fNIRS近紅外光信號質量影響因素

很多神經科學的研究技術來說，干擾偽跡是不可避免的。正如腦電偽跡來源——《EEG信號偽跡來源》一樣，在進行fNIRS近紅外實驗時，雖然說受到的干擾因素會比EEG信號來源小很多，但是不可避免的是fNIRS技術在采集數據時還是會存在一些偽影。

文獻1：
[NeuroImage 2014] Motion artifacts in functional near-infrared
spectroscopy: A comparison of motion correction techniques
applied to real cognitive data

文獻2：
[Frontiers in Neuroscience 2012] A systematic comparison of
motion artifact correction techniques for functional nearinfrared
spectroscopy


fNIRS偽影來源哪些方面？

近紅外中的偽影主要來源三個方面：

1、受試者本身的生理噪聲

2、外部的運動偽影（這是主要來源）

3、光極間的接觸（即信號的評價）


近紅外實驗中，生理的信號噪聲是無法在采集的時候剔除的，這是血流的特性決定的，fNIRS測量通過設備發射近紅外光源和接收從組織反向散射的光的檢測器，來推斷血流的變化過程。這其中不可避免生理運動過程——
Heartbeat(心跳)：周期性變換1次/秒，大概的頻率范圍1Hz。
respiration（呼吸）：周期性變化0.4次/秒，大概的頻率范圍0.4Hz。
bloodpressure（血壓mayer waves）：這可很接近我們想要的信號頻率，這種是很微小的變化，一般我們也很少在意它，頻率范圍0.1Hz左右。

生理的信號干擾，雖然是不可避免的，但是這也是檢測信號質量的另類的方法，查看在采集中是否存在這些信號也是評價設備以及信號質量的評價之一。


運動偽影：這是fNIRS信號采集中的阻礙，近紅外設備可以用來做跑步，音樂表演，研究嬰兒和多動癥兒童的研究，但是也避免不了運動誘發的偽影的可能，只是這種偽影相比較明顯而穩定，可以在分析數據中應用多種方法（樣值插條，小波濾波，主成分分析等）將這種偽影剔除。
運動偽影的特征通常在于幅度大于血流動力學變化的信號變化。它們的波形形狀、頻譜及時間點均不同，它們可以是高幅度、高頻尖峰，在數據波形中很容易發現檢測到，也可以是較低的頻率變化，并且與正常的fNIRS的信號很難區分。一般來說，運動偽影可分為三類：高頻尖峰（A high-frequency spike）、基線偏移（A shift from the baseline intensity）和低頻變化（Low-frequency variations）
高頻尖峰信號：

基線偏移：這是可能在采集過程中突然發生某種變化導致記錄到的信號突然向上或者是向下移動而不再回到之前的基線上，這是可能出現的。

低頻變化：這個很難辨別出來，這需要大量的數據分析經驗。