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 研究背景

功能磁共振成像 (fMRI)在臨床研究中具有廣泛的用途。fMRI 信號的一個主要問題是在低頻范圍 (<0.15 Hz) 中存在全身生理波動，這顯著降低了任務誘導的對神經元激活的血流動力學反應的檢測能力。在本研究中，我們評估了一種簡潔且計算效率高的方法，該方法通過考慮整個腦血管系統中的動態，從任務 fMRI 信號中去除系統性低頻振蕩 (sLFO)。此研究利用與近紅外光譜 (NIRS) 同時記錄指間HBO信息，并將檢查 a) 功能對比度噪聲比 (CNR)、b) 靈敏度和 c) 特異性的改進由此產生的 fMRI 激活圖在單個主題和組級別。

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研究方法
 

2.1、被試

共8名有效被試被招募，其中男性5名，女性3名。
 

2.2、實驗材料

實驗包含視覺刺激，但無具體描述。
 

2.3、實驗過程

被試者先完成靜息態掃描，隨后是 4 分鐘的連續減法實驗和五次 3 分鐘的視覺刺激接收，間隔 2 分鐘的休息。
 

2.4、數據采集和處理

MRI數據由 Siemens TIM Trio 3T 掃描儀采集。NIRS數據使用 ISS Imagent（ISS, Inc., Champaign, IL）在 690 和 830 nm 處以 25 Hz 采集速率連續記錄。在 fMRI 掃描期間，具有 MRI 兼容光纖的近紅外掃描儀（Imagent, ISS, Inc., Champaign, IL）同時運行。NIRS 數據通過放置在右指尖和覆蓋右前額葉皮層區域的前額上的探針收集。指尖探頭的源-檢測器距離為 1.5 cm。NIRS 數據以 6.25 Hz 的采樣率和兩個波長（690 和 830 nm）收集。在后處理步驟和帶通濾波至 0.01-0.2 Hz 的過程中，NIRS 信號被轉換為氧合血紅蛋白 (HBO) 和脫氧血紅蛋白 (HBR) 濃度變化的時間序列。

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實驗結果

延遲的指尖 HBO 信號更好地解釋了 fMRI 信號的時間方差（p<0.05），相對于零滯后 HBO 信號的平均附加解釋方差為 8%（圖1A）。最佳延遲指尖 NIRS HBO 信號的解釋方差得到改善，尤其是在大腦皮層的大量灌注區域和大血管，如上矢狀竇和側竇。該結果表明，對外周 NIRS-HBO 回歸器應用最佳延遲允許調整每個體素中的血液到達。與激活掩碼外的體素相比，指尖 NIRS-HBO 信號的時間延遲處理從激活掩碼內的體素時間序列中去除了更多差異（圖1B-C）

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結論

考慮系統性低頻噪聲相對到達的時間延遲對于從 fMRI 數據中最佳去除噪聲至關重要。RIPTiDe 方法可以表征任何輸入生理噪聲建模回歸器的體素特定時間延遲

Erdoğan, S.B., Tong, Y., Hocke, L.M., Lindsey, K.P. and Frederick, B.D.B., 2017, May. Improving sensitivity of task-iMRI by use of reciprocal information from peripheral near infrared spectroscopy (NIRS) measurements. In 2017 25th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU) (pp. 1-5). IEEE.

無DOI