研究显示：fNIRS采用692和830nm波长组合信噪比高
尧利书
学术前沿
2022-11-21

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信噪比（S/N）

指一个设备或系统中信号与噪声的比例。如在音频放大器中，我们希望的是该放大器除了放大信号外，不应该添加任何其它额外的东西。因此，信噪比应该越高越好。


近红外脑功能成像技术（fNIRS）

是一种利用不同波长的近红外光来检测组织中氧合血红蛋白（oxy-Hb）和脱氧血红蛋白（deoxy-Hb）浓度变化的技术，常用于非侵入性的人脑功能测量。

fNIRS通常使用位于oxy-Hb和deoxy-Hb光吸收相等点（约在800nm处）两侧的波长，但尚未确定最佳的波长组合。

在Tsukasa FUNANE的研究中我们已知，fNIRS应用中，二波段比三波段组合信噪比更高（点击可温习→研究显示：fNIRS采用二波段组合信噪比更高）。

那在二波段里，哪两种波长组合信噪比更高呢？

日本学者HirokiSato等人，通过比较五个波长（678、692、750、782和830nm）与830nm配对，以期找到最佳配对的波长组合。结果发现，692和830nm波长组合信噪比最高。

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一种理论认为，将较短的波长与830nm配对可以提供更高的灵敏度，因为两个波长之间的血红蛋白吸收系数存在较大差异。

该研究在四个皮质区域（额叶、枕叶、顶叶和颞叶）测量的变化表明，当678nm、692nm和750nm波长与830nm配对时，噪声水平通常低于782nm波长与830nm配对时的噪声水平，这与理论预测一致。

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此外，在所有区域和受试者中检测到的功率信噪比（S/NS）和波长依赖关系表明，692nm配对具有最高的信噪比（oxy-Hb和deoxy-Hb在692nm配对的S/NS约为782nm配对的1.52和1.63倍）。

根据观测值中误差与观测值函数中误差之间关系的定律（即误差传播定律）预测，当使用较短的波长（如678nm）时，会有更高的信噪比，但实际并非如此，这表明最佳波长不能仅由波长（Hb物种的吸收系数）决定，必须考虑测量区域的光学性质。

请注意，最佳波长还取决于系统特性，如辐照光强度和检测设备。本研究结果证明了使用约690nm改善近红外测量脑功能研究的实用性。

因此，对于与830nm配对以测量皮质激活引起的血红蛋白变化而言，692nm波长是比780nm左右的波长更理想的选择。


参考文献：
HirokiSato,MasashiKiguchi,FumioKawaguchi,etal.Practicalityofwavelengthselectiontoimprovesignal-to-noiseratioinnear-infraredspectroscopy[J].NeuroImage,（2004）1554-1562.

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