本技术公开了一种高分辨率便携的近红外脑功能成像系统。所述系统包括可穿戴近红外装置以及上位机;可穿戴近红外装置上设有控制器模块、光源模块和探测器模块;受试者进行佩戴可穿戴近红外装置后,由控制器模块对光源模块进行驱动,光源模块中的LED光源被依次点亮,向受试者脑区发射第一光信号,第一光信号经脑区漫反射后产生的第二光信号由探测器模块接收并转换为电流信号,经过信号处理后,转换为多通道的原始光强数据并由控制器模块发送至上位机,上位机将多通道的原始光强数据定量转换到血氧浓度,构建实时高分辨率脑血氧变化模型,实现脑功能成像。本发明建立完整的脑功能信号处理流程、稳定性强、适用于复杂任务场景。
背景技术
功能近红外光谱成像(functional near infrared spectroscopy, fNIRS)作为一种新兴的成像技术,具有如下优点:设备轻便,灵活,可在学校或医院等场所使用;信号受头动影响小,被试甚至可以在跑步运动等条件下的完成实验;能够同时提供氧合血红蛋白,脱氧合血红蛋白以及整体血红蛋白浓度的信息,从多个角度反映脑功能活动的变化;属于非侵入性技术,因此可以实施多次重复测量。而且,近十几年来的许多研究成果也充分展示了fNIRS在脑科学基础研究中的广阔应用前景。一个高性能的fNIRS系统可以辅助诊断患者的精神类疾病、床边实时检测患者的脑活动以及帮助研究人员探究人类大脑的奥秘等等。
连续波功能近红外光谱(Continuous Wave functional Near InfraredSpectroscopy, CW-fNIRS)技术作为一种无创神经成像手段在认知能力监测领域被大量应用。常见的CW-fNIRS脑血氧检测系统硬件复杂度随血氧信号时间分辨率的提升而增加,搭建多模态生理信号采集系统过程繁琐且难以实现时钟源同步。而且,受限于笨重的设备、高昂的价格和不舒适的佩戴体验,传统的fNIRS监测系统仍然无法实现连续和长期监测。
现有技术中,公开了一种fNIRS近红外脑功能成像装置及其调整方法、脑成像系统(CN118000721A),涉及脑成像技术领域。该专利所述装置佩戴于前额,依赖推动件(气囊)实现光源发射器和光源接收器的角度和位置移动,通过以上模块实现设备佩戴的高贴合度。其中结构复杂,导致设备笨重且佩戴舒适度低,难以实现自然情景下的连续监测。由于该专利装置或者其他采用光纤的装置过于厚重(装置的厚度过高导致经颅磁刺激无法打入待调控脑区),无法联合经颅磁刺激设备实现脑刺激和脑功能检测同步进行的闭环调控。
现有技术基于最佳3cm距离的发射探头-接收探头进行排布,该距离探测到的信息包括深层脑功能信号变化信息和浅层全局震荡干扰的噪声,故存在分辨率低,脑功能信号湮没于噪声中难以精准提取的缺陷。
近红外脑功能成像技术基于光源模块向脑区发射光信号,经脑区散射吸收后由探测器模块进行接收采集,光信号易受到自然情境下日光及灯光干扰,现有技术采用探头帽进行遮挡覆盖,或采用接收光纤进行传输,该方式无法实现设备的小型化,受试者难以进行便携运动。
实现思路