fNIRS数据处理与应用解析

学术   2024-10-06 09:55   湖北  














小磁说|TIPS

在fNIRS(功能性近红外光谱成像)研究领域中,数据处理流程包括预处理、光学密度变化计算、血氧浓度变化计算、数据分析以及结果可视化等。


数据处理流程中每一步的准确执行,保证了研究数据的准确性与可靠性,为后续深入研究提供高质量的支撑。















预处理

1. 去噪使用滤波器去除噪声信号,如心跳、呼吸等生理噪声和其他噪声。

2. 信号校正:对因探头位置变化或头皮运动引起的信号波动进行校正,可以使用头动校正算法或借助其他运动传感器的数据进行校正。

3. 数据标准化:将原始数据转换为可比较的格式,如转化为相对浓度变化或百分比变化。


光学密度变化计算

根据Beer-Lambert定律,将采集的光强度变化转换为光学密度变化。


血氧浓度变化计算

利用修正后的Beer-Lambert定律计算氧合血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(HbR)的浓度变化。


数据分析

1. 使用统计模型(常采用一般线性模型GLM这一被广泛采用的fNIRS脑成像数据建模方法)分析数据,识别与特定任务或刺激相关的脑区激活情况。

2. 绘制大脑激活图,展示不同任务或条件下的脑区激活强度和分布。

3. 多种指标(均值、峰值、积分值等)的提取与统计分析。

4. 脑网络与功能连接分析、图论分析等。


结果可视化
1. 时间序列图:绘制脑血氧浓度随时间变化的图表,直观展示任务相关的脑功能变化。常见的时间序列图包括HbO和HbR浓度随时间变化的曲线图。
2. 2D/3D拓扑图:结合头皮位置绘制脑功能活动的分布图,展示不同脑区的活动情况。可以使用2D拓扑图或3D头模图展示结果。

3. 静息态功能连接:功能连接分析、图论分析等结果可视化。

 

图  fNIRS结果多种图形展现方式

 


总结

fNIRS数据处理涵盖去噪、校正、标准化、光学密度与血氧浓度计算,结合统计分析与可视化技术,揭示大脑活动模式与功能连接。


目前,fNIRS被广泛的应用于心理学、体育运动、认知神经科学等领域的研究。同时,在医学领域也被用于为各种疾病的早期预防、病情诊断及评估提供客观准确的影像学依据。


要想更充分发挥fNIRS技术的应用潜力,一款好用的数据处理工具必不可少。下一篇小磁将为大家带来fNIRS数据处理工具的选择,敬请关注!

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