扩展的卡尔曼滤波在近红外光谱提取脑血流信号中的研究

刘颂阳, 刘光达, 刘卓娅, 邱吉庆， 蔡 靖,朱展鹏， 张 程, 齐 远， 张 尚

1. 吉林大学， 吉林 长春 130061 2. 吉林大学珠海学院， 广东 珠海 519041 3. 吉林大学第一医院， 吉林 长春 130061

引 言

大脑作为人体的神经中枢， 是人类高级认知功能的载体。 近年来， 用于研究大脑运作机制、 疾病诊断的脑功能成像方法得到了长足的发展， 脑功能成像技术主流的方法有脑电图(electro encephalo gram, EEG)、 脑磁图(magneto encephalo graphy, MEG)、 功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging， FMRI)、 功能性近红外光谱技术(functional near infrared spectroscopy, FNIRS)等。 在上述方法中， 功能性近红外光谱技术(FNIRS)因具有较高的空间分辨率、 适中的时间分辨率、 无创费用低等优点成为脑功能成像技术研究的热点。 各种脑成像技术优劣对比见表1。

功能性近红外光谱技术(functional near infrared spectroscopy， fNIRS)探测脑组织活动的方式是间接方式。 大脑的各种神经活动需要氧气， 脑部血流(Celebral blood flow)做为大脑供氧的重要渠道， 它对大脑的神经活动是十分敏感的， fNIRS正是利用探测脑血流动力学的参数变化， 来判断脑组织的各种神经活动的。 显而易见的是， 大脑作为人的神经中枢， 各种生理活动如心跳、 呼吸、 脉搏等都会引起神经活动， 也自然会引起脑血流动力学的参数变化， 因此， 如何从包含各种生理干扰的信号中提取脑组织神经活动信号是近红外光谱提取脑功能信号难点。

表1 各种脑成像技术优劣对比

目前， 常见的提取近红外光脑信号的算法有： 脉搏色素谱法[1]、 EEMD-ICA法[3]主成分分析法(PCA)[5]、 独立成分分析法(ICA)[6]、 相干平均法[7]、 自适应滤波[8]等。 脉搏色素谱法采用注射显影剂吲哚青绿的方式进行示踪估计；……