独立成分分析联合最小二乘法的近红外脑机接口的信号检测方法，属于血红蛋白浓度检测技术领域。它解决了近红外脑机接口检测中由于人体生理干扰造成检测获得的氧合血红蛋白浓度变化和还原血红蛋白浓度变化量不准确，而影响脑功能活动信号准确提取的问题。它通过检测器记录大脑安静状态下和处于诱发激励时漫反射光强，获得光密度变化量的时间序列和和再获取Δ[HbO2]N(k)、Δ[HHb]N(k)、Δ[HbO2]F(k)Δ[HHb]F(k)；用x1(k)表示步骤二中的Δ[HbO2]N(k)或Δ[HHb]N(k)；用x2(k)表示步骤二中Δ[HbO2]F(k)或Δ[HHb]F(k)；推算出脑功能信号表达式s(k)；求解脑功能信号s(k)。本发明专利技术适用于脑机接口的信号检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于血红蛋白浓度检测
技术介绍
脑机接口是一种由人脑与计算机或其它电子设备建立起来的，基于大脑功能的电生理测量，而不依赖于外周神经和肌肉组织这些常规的人脑信息输出通道，实现人与外界信息交流和控制的全新通讯系统。通过分析脑信号将用户的运动等意图转换为语言、设备的控制输入量等，使用户直接通过脑信号与外面的环境进行实时的交互，从而绕开了人类神经末梢和肌肉等通常的信息通道，建立能直接“让思想变成行动”的对外信息交流和控制新途径。目前，脑机接口研究的基本方法是提取并识别特定意识活动的脑功能状态特征信息，现有的主要技术包括脑电图、脑磁图、正电子放射层扫描术、功能磁共振。基于神经元的活动、局部能量代谢与局部血液动力学之间存在着一定的关系，通过测量脑组织对近红外光波的吸收特性，能够提供基于氧合血红蛋白和还原血红蛋白浓度等信息的血液动力学变化。因此，利用近红外光谱技术测量该区域光学参数、血氧及血液动力学参数信息，可以获取大脑皮质在肢体运动、视觉、听觉、触觉以及语言等刺激激励时的功能响应，用于脑机接口的研究。功能近红外光谱技术可以安全、便携、经济以及非侵入式的检测脑活动等特性， 基于较高的时间分辨率和合理的空间分辨率，在脑机接口研究中具有一定的发展潜力。然而，通过近红外光谱技术进行诱发激励时脑功能活动的检测，会受到人体的生理活动如心脏跳动、呼吸、低频振荡、超低频振荡的影响，称之为生理干扰。这种生理干扰不但出现在头皮、颅骨和脑脊液等外层脑组织中，也出现在脑灰质和脑白质等深层脑组织中， 这些原因会使得近红外脑机接口检测获得的氧合血红蛋白浓度变化和还原血红蛋白浓度变化量不准确，进而严重影响脑功能活动信号的准确提取。
技术实现思路
本专利技术是为了解决近红外脑机接口检测中由于人体生理干扰造成检测获得的氧合血红蛋白浓度变化和还原血红蛋白浓度变化量不准确，而影响脑功能活动信号准确提取的问题，提供了一种。本专利技术所述，它包括以下步骤步骤一采用近红外探头靠近待检测头部的头皮表面，使得该近红外探头发射的近红外光入射至待测脑组织，该近红外探头由双波长光源S、检测器Dl和检测器D2构成，其中双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为Γι，5mm彡Γι彡15mm,双波长光源S到检测器D2之间的直线距离为r2，30mm ^ r2 ^ 45mm ;检测器Dl用于感应外层脑组织的血液动力学变化，检测器D2用于感应大脑皮质的血液动力学变化；步骤二 通过检测器Dl记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励状态下的漫反射光强，获得大脑安静状态下双波长光源S波长为λ i时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列(幻，及获得大脑处于诱发激励状态下双波长光源S波长为λ 2时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列ΔΟΙ^(幻；通过检测器D2记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励状态下的漫反射光强，获得大脑安静状态下双波长光源S波长为λ i时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列(岣，及获得大脑处于诱发激励状态下双波长光源S波长为λ 2时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列(幻；k为获得时间序列的点数，k= 1，2，...，M，M为正整数;步骤三根据步骤二中获得的时间序列401 (幻和时间序列ΔΟΖ$㈨采用修正朗伯比尔定律获取与检测器Dl的检测信号对应的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ N(k)，及获取与检测器Dl的检测信号对应的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列 权利要求1.一种，其特征在于，它包括以下步骤 步骤一采用近红外探头靠近待检测头部的头皮表面，使得该近红外探头发射的近红外光入射至待测脑组织，该近红外探头由双波长光源S、检测器Dl和检测器D2构成，其中双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离为ri，5mm < T1 < 15mm,双波长光源S到检测器D2之间的直线距离为r2，30mm ^ r2 ^ 45mm ;检测器Dl用于感应外层脑组织的血液动力学变化，检测器D2用于感应大脑皮质的血液动力学变化； 步骤二 通过检测器Dl记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励状态下的漫反射光强，获得大脑安静状态下双波长光源S波长为\ x时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列(幻，及获得大脑处于诱发激励状态下双波长光源S波长为入2时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列(k)； 通过检测器D2记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励状态下的漫反射光强，获得大脑安静状态下双波长光源S波长为\ x时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列^<(/ 0，及获得大脑处于诱发激励状态下双波长光源S波长为\ 2时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列； k为获得时间序列的点数，k = 1,2, . . . , M, M为正整数； 步骤三根据步骤二中获得的时间序列AODf(々)和时间序列4( '⑷采用修正朗伯比尔定律获取与检测器Dl的检测信号对应的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列△ N(k)，及获取与检测器Dl的检测信号对应的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列A N(k),.U W狀(k) / DPI' ) — (儿{k) / /)/)/'■) AF(k)，及获取与检测器D2的检测信号对应的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列AF(k) ^nho ];. (/;) _ (%免⑷ / /)/"'.) -i i)pnrZ(^2、￡mib(^l ) - ￡HbO' iA)￡HHb (A)) A； (/；) _ (牟)乂(々)/ DPI' ) - ^ W)Dj {k) / DPI-')r2 (^HbO2 (Al )^HHb (A) ~ ^HbO2 (A )￡HHb (A )) 步骤四用X1 (k)表示步骤三中的A F(k)或A _F(k)JXl(k)作为脑机接口检测中的测量通道信号，X1 (k)扩展至加噪模型为2.根据权利要求I所述的，其特征在于，双波长光源S发出的两种波长分别为入I = 760nm, A 2 = 850nm。3.根据权利要求I所述的，其特征在于，双波长光源S到检测器Dl之间的直线距离ri为10mm，双波长光源S到检测器D2之间的直线距离r2为40mm。4.根据权利要求I所述的，其特征在于， 步骤二中光密度变化量的时间序列(幻和光密度变化量的时间序列40/5(幻按如下公式获取5.根据权利要求4所述的，其特征在于，步骤七中残差e(k)的获得方法为 首先，通过最小二乘估计准则表示使残差e(k)的累计平方误差性能函数J最小，J表示为全文摘要，属于血红蛋白浓度检测
它解决了近红外脑机接口检测中由于人体生理干扰造成检测获得的氧合血红蛋白浓度变化和还原血红蛋白浓度变化量不准确，而影响脑功能活动信号准确提取的问题。它通过检测器记录大脑安静状态下和处于诱发激励时漫反射光强，获得光密度变化量的时间序列和和再获取ΔN(k)、ΔN(k)、ΔF(k)ΔF(k)；用x1(k)表示步骤二中的ΔN(k)或ΔN(k)；用x2(k)表示步骤二中ΔF(k)或ΔF(k)；推算出脑功能信号表达式s(k)；求解脑功能信号s(k)。本专利技术适用于脑机接口的信号检测。文档编号A61B5/1455GK102本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种独立成分分析联合最小二乘法的近红外脑机接口的信号检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一：采用近红外探头靠近待检测头部的头皮表面，使得该近红外探头发射的近红外光入射至待测脑组织，该近红外探头由双波长光源S、检测器D1和检测器D2构成，其中双波长光源S到检测器D1之间的直线距离为r1，5mm≤r1≤15mm，双波长光源S到检测器D2之间的直线距离为r2，30mm≤r2≤45mm；检测器D1用于感应外层脑组织的血液动力学变化，检测器D2用于感应大脑皮质的血液动力学变化；步骤二：通过检测器D1记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励状态下的漫反射光强，获得大脑安静状态下双波长光源S波长为λ1时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列及获得大脑处于诱发激励状态下双波长光源S波长为λ2时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列通过检测器D2记录大脑安静状态下的漫反射光强和大脑处于诱发激励状态下的漫反射光强，获得大脑安静状态下双波长光源S波长为λ1时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列及获得大脑处于诱发激励状态下双波长光源S波长为λ2时、对应的漫反射光的光密度变化量的时间序列k为获得时间序列的点数，k＝1，2，...，M，M为正整数；步骤三：根据步骤二中获得的时间序列和时间序列采用修正朗伯比尔定律获取与检测器D1的检测信号对应的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HbO2]N(k)，及获取与检测器D1的检测信号对应的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HHb]N(k)：Δ[HbO2]N(k)=(ϵHHb(λ1)ΔODλ2N(k)/DPF)-(ϵHHb(λ2)ΔODλ1N(k)/DPF)r1(ϵHbO2(λ2)ϵHHb(λ1)-ϵHbO2(λ1)ϵHHb(λ2)),Δ[HHb]N(k)=(ϵHbO2(λ2)ΔODλ1N(k)/DPF)-(ϵHbO2(λ1)ΔODλ2N(k)/DPF)r1(ϵHbO2(λ2)ϵHHb(λ1)-ϵHbO2(λ1)ϵHHb(λ2));其中，εHHb(λ1)为双波长光源S的波长为λ1时还原血红蛋白的消光系数，εHHb(λ2)为双波长光源S的波长为λ2时还原血红蛋白的消光系数，为双波长光源S的波长为λ1时氧合血红蛋白的消光系数，为双波长光源S的波长为λ2时氧合血红蛋白的消光系数，DPF为差分路径因子；根据步骤二中获得的时间序列和时间序列采用修正朗伯比尔定律获取与检测器D2的检测信号对应的氧合血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HbO2]F(k)，及获取与检测器D2的检测信号对应的还原血红蛋白浓度变化量的时间序列Δ[HHb]F(k)：Δ[HbO2]F(k)=(ϵHHb(λ1)ΔODλ2F(k)/DPF)-(ϵHHb(λ2)ΔODλ1F(k)/DPF)r2(ϵHbO2(λ2)ϵHHb(λ1)-ϵHbO2(λ1)ϵHHb(λ2)),Δ[HHb]F(k)=(ϵHbO2(λ2)ΔODλ1F(k)/DPF)-(ϵHbO2(λ1)ΔODλ2F(k)/DPF)r2(ϵHbO2(λ2)ϵHHb(λ1)-ϵHbO2(λ1)ϵHHb(λ2));步骤四：用x1(k)表示步骤三中的Δ[HbO2]F(k)或Δ[HHb]F(k)，将x1(k)作为脑机接口检测中的测量通道信号，x1(k)扩展至加噪模型为：x1(k)＝s(k)+n(k)，其中s(k)为脑机接口信号中的血液动力学信号，n(k)为生理干扰信号；用x2(k)表示步骤三中的Δ[HbO2]N(k)或Δ[HHb]N(k)...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张岩，孙金玮，王宽全，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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