一种脑功能单点位近红外检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种脑功能单点位近红外检测系统及方法，系统包括激光模组，用于根据启动脉冲信号的控制命令发射脉冲激光；光路模组，用于将脉冲激光传输至人脑检测部位，接收并传输经人脑吸收反射后形成的光信号；探测模组，用于将光信号转换为弱电信号；分析控制模组，用于对弱电信号的时间数据进行分析和计算，得到脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达探测模组的时间差信息，绘制脉冲激光深入大脑皮层下方深度的光波动曲线；自检模组，对弱电信号进行分析判断光通路的状态是否良好。本发明专利技术采用单根光纤注入和收集光信号，使光源与探测器零距离检测，实现人脑单点位功能检测，提升近红外检测的空间分辨率。近红外检测的空间分辨率。近红外检测的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种脑功能单点位近红外检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及脑功能检测领域，尤其涉及一种脑功能单点位近红外检测系统及方法。

技术介绍

[0002]近红外光谱技术因其实时性强、非侵入性、不产生电磁干扰及信噪比高等特点广泛应用于人脑功能检测，其中，时域近红外光谱技术因其测量深度深，检测速度快，不仅能测量脑血氧的相对浓度，还能测量脑血氧的绝对浓度特点为脑功能检测提供更为丰富的数据而备受瞩目。
[0003]现有的人脑近红外检测设备通常在固定光源处使用一根光纤注入近红外光，并在探测器处使用另一根光纤收集发射的信号，激光源与探测器分离且往往间隔15到40mm，在使用过程中，近红外光从固定光源发出经过注入光纤进入人脑，一部分近红外光在人脑内经过香蕉形的路径后射出大脑皮层被收集光纤接收送入探测器。该方法通过检测人脑部分区域或整个人脑获得大量的数据来判断监测部位脑血氧的浓度及变化。然而，若想检测人脑某一处具体点位的脑血氧，以现有人脑近红外检测设备的空间分辨率无法实现。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种脑功能单点位近红外检测系统及方法，采用时域近红外光谱技术，采用单根光纤注入和收集光信号，使光源与探测器零距离检测，实现人脑单点位功能检测，提升近红外检测的空间分辨率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种脑功能单点位近红外检测系统，包括：激光模组，用于根据激光启动脉冲的控制命令发射脉冲激光；光路模组，用于将所述脉冲激光传输至人脑检测部位，以及接收经人脑吸收反射后形成的光信号，并输出所述光信号；探测模组，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为弱电信号；分析控制模组，用于接收所述弱电信号并对所述弱电信号的时间数据进行分析和计算，得到所述脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达所述探测模组的时间差信息，根据所述时间差信息绘制所述脉冲激光深入大脑皮层下方深度的光波动曲线；自检模组，用于通过耦合所述探测模组输出的弱电信号，对所述弱电信号进行分析，判断光通路的状态是否良好。
[0006]进一步地，所述激光模组包括比较器1，脉冲生成电路，比较器2，PHEMT及激光二极管。
[0007]进一步地，所述脉冲生成电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2和二极管D3，所述电容C1、电容C2、电容C3串联，所述电容C1与所述电容C2之间并联有所述二极管D1和所述电阻R1，所述电容C2与所述电容C3之间并联有所述二极管D2和所述电阻R2，所述电容C3与Vo端连接，所述电容C3与Vo端之间并联有所述二极
管D3和电阻R3，其中，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2和电阻R3的阳极均连接到GND，阴极均与电容连接。
[0008]进一步地，所述光路模组包括壳体、分光镜、光纤，所述壳体为一个封闭不透光的腔室，所述分光镜设置在壳体的内腔中，所述激光模组耦合在所述壳体的首端，所述光纤的插接端口耦合在所述壳体的尾端，所述探测模组耦合在所述壳体的侧面端口；所述光纤和所述探测模组位于所述分光镜的一侧，所述激光模组位于所述分光镜的另一侧，所述经人脑吸收反射后形成的光信号通过所述光纤进入所述分光镜，再经过所述分光镜反射后进入所述探测模组。
[0009]进一步地，所述探测模组包括比较器3、脉冲生成电路、比较器4、可编程延时单元、PHEMT及SiPM模块，其中，所述SiPM模块用于将采集到的光信号转换为弱电信号。
[0010]进一步地，所述分析控制模组包括CPLD芯片、FPGA芯片、TDC ASIC芯片、DAC1、比较器5、单稳态电路以及可编程晶体震荡器，其中，所述CPLD芯片用于输出激光启动脉冲到激光模组，并同时输出STOP信号到FPGA芯片；所述弱电信号经比较器5、单稳态电路后形成START信号输送至FPGA芯片，所述FPGA芯片用于将STOP信号和START信号转换为差分LVPECL电平信号；所述TDC ASIC芯片用于接收差分LVPECL电平信号并计算所述脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达所述SiPM模块的时间差，所述FPGA芯片还用于统计所述时间差出现的次数形成时域采样曲线。
[0011]进一步地，所述自检模组包括放大电路1、滤波电路、比较器6、单稳态电路及DAC2，所述探测模组输出的所述弱电信号经放大电路2放大为高电压脉冲后耦合到自检模组，所述高电压脉冲经放大电路1、滤波电路、比较器6、单稳态电路后生成脉冲信号，通过是否存在脉冲信号来判断光通路的状态是否良好，其中,DAC2用于向比较器6输出比较电压。
[0012]本专利技术还提供了一种脑功能单点位近红外检测方法，该方法包括以下步骤：S1. 根据激光启动脉冲的控制命令，激光模组发射脉冲激光;S2. 光路模组将所述脉冲激光传输至人脑检测部位，同时接收经人脑吸收反射后形成的光信号，并输出所述光信号；S3. 探测模组接收所述光路模组输出的光信号后，将光信号转换为弱电信号；S4. 分析控制模组在接收到所述探测模组输出的所述弱电信号后，对所述弱电信号的时间数据进行分析和计算，得到所述脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达所述探测模组的时间差信息，根据所述时间差信息绘制所述脉冲激光深入大脑皮层下方深度的光波动曲线；S5. 所述探测模组输出的所述弱电信号同时传输到自检模组，所述自检模组对所述弱电信号进行分析，判断光通路的状态是否良好。
[0013]进一步地，所述经人脑吸收反射后形成的光信号通过所述光路模组的光纤进入所述光路模组的分光镜，再经过所述分光镜反射后进入所述探测模组，所述探测模组的SiPM模块将光信号转换为弱电信号。
[0014]进一步地，所述分析控制模组的CPLD芯片输出激光启动脉冲到激光模组，并同时输出STOP信号到所述分析控制模组的FPGA芯片，所述弱电信号经所述分析控制模组的比较器5、单稳态电路后形成START信号输送至所述FPGA芯片，所述FPGA芯片将STOP信号和START信号转换为差分LVPECL电平信号；所述分析控制模组的TDC ASIC芯片通过所述差分LVPECL
电平信号计算所述脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达所述SiPM模块的时间差，所述FPGA芯片通过统计所述时间差出现的次数形成时域采样曲线。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术使用单根光纤注入和收集光信号，通过光路模组的分光镜实现激光模组与探测模组放置在同一光纤上，通过SiPM模块将光信号转换为弱电信号，通过TDC ASIC芯片计算脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达SiPM模块的时间差，通过FPGA芯片统计时间差出现的次数形成时域采样曲线，来观测脉冲激光深入大脑皮层特定深度的光波动情况，从而实现了光源与探测器的零距离检测及人脑单点位功能检测，提升了近红外时域检测设备的空间分辨率。
[0016]2、本专利技术采用分光镜和分光器将脉冲激光分为多个光信号，并采用多组探测模组检测，当单个激光脉冲发出后，多个分时SiPM模块将随机采集该工作时间窗口的光信号，增加了多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脑功能单点位近红外检测系统，其特征在于，包括：激光模组，用于根据激光启动脉冲的控制命令发射脉冲激光；光路模组，用于将所述脉冲激光传输至人脑检测部位，以及接收经人脑吸收反射后形成的光信号，并输出所述光信号；探测模组，用于接收所述光信号，并将所述光信号转换为弱电信号；分析控制模组，用于接收所述弱电信号并对所述弱电信号的时间数据进行分析和计算，得到所述脉冲激光发射经人脑吸收反射后到达所述探测模组的时间差信息，根据所述时间差信息绘制所述脉冲激光深入大脑皮层下方深度的光波动曲线；自检模组，用于通过耦合所述探测模组输出的弱电信号，对所述弱电信号进行分析，判断光通路的状态是否良好。2.根据权利要求1所述的脑功能单点位近红外检测系统，其特征在于，所述激光模组包括比较器1，脉冲生成电路，比较器2，PHEMT及激光二极管。3.根据权利要求2所述的脑功能单点位近红外检测系统，其特征在于，所述脉冲生成电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2和二极管D3，所述电容C1、电容C2、电容C3串联，所述电容C1与所述电容C2之间并联有所述二极管D1和所述电阻R1，所述电容C2与所述电容C3之间并联有所述二极管D2和所述电阻R2，所述电容C3与Vo端连接，所述电容C3与Vo端之间并联有所述二极管D3和电阻R3，其中，所述二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R1、电阻R2和电阻R3的阳极均连接到GND，阴极均与电容连接。4.根据权利要求1所述的脑功能单点位近红外检测系统，其特征在于，所述光路模组包括壳体、分光镜、光纤，所述壳体为一个封闭不透光的腔室，所述分光镜设置在壳体的内腔中，所述激光模组耦合在所述壳体的首端，所述光纤的插接端口耦合在所述壳体的尾端，所述探测模组耦合在所述壳体的侧面端口；所述光纤和所述探测模组位于所述分光镜的一侧，所述激光模组位于所述分光镜的另一侧，所述经人脑吸收反射后形成的光信号通过所述光纤进入所述分光镜，再经过所述分光镜反射后进入所述探测模组。5.根据权利要求4所述的脑功能单点位近红外检测系统，其特征在于，所述探测模组包括比较器3、脉冲生成电路、比较器4、可编程延时单元、PHEMT及SiPM模块，其中，所述SiPM模块用于将采集到的光信号转换为弱电信号。6.根据权利要求5所述的脑功能单点位近红外检测系统，其特征在于，所述分析控制模组包括CPLD芯片、FPGA芯片、TDC ASIC芯片、DAC1、比较器5、单稳态电路以及可编程晶体震荡器，其中，所述CPLD芯片用于输出激光启动脉冲到激光模组，并同时输出STOP信号到FP...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，吴艳兵，庞媛，吴启明，
申请(专利权)人：武汉爱可泰思医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：