The invention discloses a NIRS brain imaging system parallel photon counting lock-in detection model based on LED, including the modulation of light source unit, probe fiber distribution array unit, detection unit, FPGA, computer control and data processing unit; the modulation of the LED light source unit comprises a LED light source module, multi-channel square wave the signal generator module and a 20 optical fiber beam source, the LED light source module includes 60 three wavelength LED and LED light source driving circuit; multi-channel square wave signal generator module can output 60 different frequency square wave signal source; probe fiber distribution array unit includes a configuration of 20 light and 12 probe the source on fiber cloth with patch and multi source fiber and optical fiber probe, detection unit comprises 12 detection fiber and 12 PMT photon counter and 12 x 60 channel path variable gated photon counting lock-in Detection module. The imaging system proposed in this paper has many advantages, such as high sensitivity, large dynamic range and high time resolution.
【技术实现步骤摘要】
基于全并行锁相光子计数检测模式的NIRS脑功能成像系统
本专利技术属于近红外脑功能成像
,具体涉及基于不同频率方波调制LED编码激励的多通道、多波长锁相光子计数全并行检测模式以及基于此模式建立的NIRS脑功能成像系统,同时提出了面向脑枕部视觉功能区探测的源-探布配方案。
技术介绍
后脑枕叶部(简称枕部)作为主要的视觉区是视觉刺激脑功能(简称视觉脑功能)研究的重点区域之一[1]。对脑枕部视觉功能区的在体成像研究具有非常重要的意义:在科学研究领域,视觉脑功能成像是研究大脑认知机制的重要一环,有助于探索视觉注意和信息表达等众多未知神经机制的奥秘[1];临床医学领域,视觉脑功能成像可更有效地用于对诸如多动症、自闭症、阿尔兹海默症、癫痫等神经系统的疾病的病因诊断和疗效分析等[2,3];应用
,基于视觉脑功能探测的脑机接口技术具有较其他激励方式更高的可靠性(通信精度和分辨精度)[4,5]。近红外光谱(NIRS)成像方法使用两个以上波长的近红外光(650-900nm),将源点和探测点在预定脑功能区内成阵列布配,由于生物组织在近红外波段的弱吸收、强散射特征,入射光可穿透头皮、头骨而达到脑皮层,并获得经颅吸收和散射共同作用后的扩散光(或漫反射光)。由于大脑的神经活动会导致周围区域氧合血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(HbR)浓度发生变化,而在近红外光测量和治疗的光学窗口,由于反映脑组织代谢和血流动力学特征的HbO和HbR正是近红外光波段内的主要吸收体,因此由应激前后漫反射光强度变化的空间分辨测量可还原出脑皮层HbO和HbR浓度变化(△CHbO和△CHbR)的空间 ...
【技术保护点】
一种基于全并行锁相光子计数检测模式的NIRS脑功能成像系统,其特征在于,包括源‑探光纤布配阵列单元、可调制LED光源单元、探测单元、现场可编程门阵列(FPGA)和计算机控制及数据处理单元;所述源‑探光纤布配阵列单元包括源‑探光纤布配贴片、源光纤和探测光纤,源‑探光纤布配贴片采用源‑探点空间交叉布置的方式,源‑探光纤布配贴片与20个光源点和12个探测点的位置对应,用于布配源光纤和探测光纤的位置,以实现光源从不同光源点入射和探测器从不同的探测点接收出射光;所述可调制LED光源单元包括LED光源模块、多通道方波信号发生器模块和20束源光纤,所述LED光源模块包括60个LED和LED光源驱动电路,所述60个LED包括20个波长为660nm的LED、20个波长为780nm的LED和20个波长为830nm的LED;所述多通道方波信号发生器模块由FPGA实现,用以输出频率为从6.2kHz到18kHz、且以0.2kHz等间隔分布的60路方波调制信号对60个LED分别进行调制;每一束源光纤由分别接通到660nm,780nm和830nm波长LED的三根单模光纤通过共用一个塑料护套耦合而成;共有20束这样的 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于全并行锁相光子计数检测模式的NIRS脑功能成像系统,其特征在于,包括源-探光纤布配阵列单元、可调制LED光源单元、探测单元、现场可编程门阵列(FPGA)和计算机控制及数据处理单元;所述源-探光纤布配阵列单元包括源-探光纤布配贴片、源光纤和探测光纤,源-探光纤布配贴片采用源-探点空间交叉布置的方式,源-探光纤布配贴片与20个光源点和12个探测点的位置对应,用于布配源光纤和探测光纤的位置,以实现光源从不同光源点入射和探测器从不同的探测点接收出射光;所述可调制LED光源单元包括LED光源模块、多通道方波信号发生器模块和20束源光纤,所述LED光源模块包括60个LED和LED光源驱动电路,所述60个LED包括20个波长为660nm的LED、20个波长为780nm的LED和20个波长为830nm的LED;所述多通道方波信号发生器模块由FPGA实现,用以输出频率为从6.2kHz到18kHz、且以0.2kHz等间隔分布的60路方波调制信号对60个LED分别进行调制;每一束源光纤由分别接通到660nm,780nm和830nm波长LED的三根单模光纤通过共用一个塑料护套耦合而成;共有20束这样的源光纤将60路光源分成20束传导到20个光源点;所述探测单元包括12根探测光纤,12个PMT光子计数器和12通道×60路可变选通锁相光子计数检测模块,其中,12根探测光纤用于将所述12个探测点位置处的扩散光分别传导到所述12个PMT光子计数器;所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:高峰,贺捷,丁雪梅,丁号,赵会娟,
申请(专利权)人:天津大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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