基于时域近红外光谱的单光子计数电路及检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路及检测装置，电路包括：脉冲发光模块，用于产生近红外光对大脑皮层组织进行照射；光信号接收放大模块，用于接收经所述大脑皮层组织扩散吸收后的光信号，放大后转换成电信号；单光子计数模块，包括计数窗口产生单元与D触发器一，用于在产生的计数窗口内，通过D触发器一输出电信号的计数波形；控制模块，包括计数器，用于接收电信号的计数波形，并根据计数波形进行计数，生成直方图。本发明专利技术公开的时域近红外脑功能成像的单光子计数电路，成本低、结构简单、集成度高，可有效解决现有计时仪器复杂、昂贵的缺点以及转换时间带来的限制。昂贵的缺点以及转换时间带来的限制。昂贵的缺点以及转换时间带来的限制。

【技术实现步骤摘要】
基于时域近红外光谱的单光子计数电路及检测装置


[0001]本专利技术涉及近红外光谱脑成像
，更具体的说是涉及一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路及检测装置。

技术介绍

[0002]近红外脑功能成像，又称近红外光谱，是获得组织成分和结构的非侵入性体内测量的强大技术。具体通过生物组织对近红外光谱的光表现为低吸收系数来检索含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白的浓度，从而反应人体组织信息。
[0003]一般基于连续波(CW)、频域(FD)和时域(TD)的近红外光谱进行测量。由于时域近红外光谱系统(TD)在测量时获得的信息数据更多，因此，应用也更加广泛。
[0004]但现有时域系统集成度不高，体积较大，不够便携。且传统近红外脑成像系统中的单光子计数为了提供皮秒分辨率所用的计时仪器通常复杂、昂贵，并且转换时间(即计算单个事件的到达时间所需的时间)不可忽略，这限制了整个检测系统的最大采集速率。
[0005]因此，如何提供一种低成本且集成度高的时域近红外脑功能成像的单光子计数电路及检测装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路及检测装置，以解决现有技术中的上述缺陷。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一方面，本申请公开了一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，包括：
[0009]脉冲发光模块，用于产生近红外光对大脑皮层组织进行照射；
[0010]光信号接收放大模块，用于接收经所述大脑皮层组织扩散吸收后的光信号，放大后并转换为电信号；
[0011]单光子计数模块，包括计数窗口产生单元与D触发器一，所述计数窗口产生单元，用于根据与所述近红外光频率同步的信号产生计数窗口，所述D触发器一用于在所述计数窗口内输出所述电信号中光子数量的计数波形；
[0012]控制模块，包括计数器，用于接收所述电信号中光子数量的计数波形，并根据所述计数波形进行计数，生成直方图。
[0013]优选的，所述脉冲发光模块，包括依次相连的高频脉冲发射电路、VCESL驱动器以及VCESL，所述高频脉冲发射电路产生的高频脉冲，经过所述VCESL驱动器和所述VCESL产生周期性近红外光。
[0014]优选的，所述光信号接收放大模块，采用sipm硅光电倍增管，接收探测经所述大脑皮层组织扩散吸收后的光信号。
[0015]优选的，所述计数窗口产生单元与所述D触发器一的D端相连，所述电信号作为时钟信号与所述D触发器一的CK端相连，所述D触发器一的Q端用于输出所述电信号中光子数
量的计数波形，并通过固定延时芯片反向连接至所述D触发器一的R端。
[0016]优选的，所述固定延时芯片的延时时间为4ns。
[0017]优选的，所述控制模块还包括控制电路，用于为所述计数窗口产生单元提供与所述近红外光频率同步的信号。
[0018]优选的，所述计数窗口产生单元包括可编程延时芯片一、可编程延时芯片二和D触发器二，所述可编程延时芯片一，接收与所述近红外光频率同步的信号，延时T后，输入至所述D触发器的CK端，所述可编程延时芯片二接收与所述近红外光频率同步的信号，延时T+t后输入至所述D触发器二的R端，所述D触发器二的Q端输出包含计数窗口的波形信号，所述计数窗口的步长为t。
[0019]优选的，所述D触发器一和所述D触发器二的触发方式为边沿触发。
[0020]另一方面，本申请还公开了一种基于时域近红外光谱的检测装置，主要包括脉冲发光模块和光信号处理模块，所述脉冲发光模块，用于产生近红外光对大脑皮层组织进行照射；
[0021]所述光信号处理模块，应用如上所述的任一一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路,用于根据经大脑皮层组织扩散吸收后的光信号，输出计数窗口内的光子数量直方图。
[0022]优选的，该装置还包括波形还原评估模块，用于根据所述直方图还原经所述大脑皮层组织扩散吸收后的波形信号，并根据所述波形信号评估所述大脑皮层组织的吸收和散射性能。
[0023]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开的时域近红外脑功能成像的单光子计数电路，无需使用复杂仪器，成本低、结构简单、集成度高，采用门控单光子计数，可有效提高采集速率。且用直方图表示光子在时间上的概率分布函数，通过直方图还原检测光波形，可实现从波形的脉冲峰及其时间、面积和宽度等方面对大脑皮层组织的吸收和散射特性进行评估。
[0024]另外，与激发激光同步，持续时间可以编程低至几纳秒或数百皮秒，以确保发射的脉冲光经过组织后到达检测点的波形一致，保证还原波形的准确性。
[0025]另一方面，本专利技术公开的基于时域近红外光谱的检测装置，可设置成穿戴式结构，体积小巧，便于携带。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术提供的单光子计数电路图；
[0028]图2为本专利技术提供的D触发器一的引脚波形信号图；
[0029]图3为本专利技术提供的控制模块输出的单个计数窗口的直方图；
[0030]图4为本专利技术提供的控制模块输出的多个计数窗口的直方图；
[0031]图5为本专利技术提供的D触发器二的引脚波形信号图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]首先，针对传统近红外脑成像系统中的单光子计数为了提供皮秒分辨率所用的计时仪器复杂、昂贵，且因转换时间限制整个检测系统的最大采集速率的缺陷，本专利技术实施例公开了一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，主要包括：
[0034]脉冲发光模块，用于产生近红外光对大脑皮层组织进行照射；
[0035]光信号接收放大模块，包括跨阻放大器和比较器，用于接收经大脑皮层组织扩散吸收后的光信号，放大后并转换为电信号；
[0036]单光子计数模块，包括计数窗口产生单元与D触发器一，计数窗口产生单元，用于根据与近红外光频率同步的信号产生计数窗口，D触发器一用于在计数窗口内输出电信号中光子数量的计数波形；
[0037]控制模块，包括计数器，用于接收电信号的计数波形，并根据计数波形进行计数，生成直方图。
[0038]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0039]首先，如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，其特征在于，包括：脉冲发光模块，用于产生近红外光对大脑皮层组织进行照射；光信号接收放大模块，用于接收经所述大脑皮层组织扩散吸收后的光信号，放大后并转换为电信号；单光子计数模块，包括计数窗口产生单元与D触发器一，所述计数窗口产生单元，用于根据与所述近红外光频率同步的信号产生计数窗口，所述D触发器一用于在所述计数窗口内输出所述电信号中光子数量的计数波形；控制模块，包括计数器，用于接收所述电信号中光子数量的计数波形，并根据所述计数波形进行计数，生成直方图。2.根据权利要求1所述的一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，其特征在于，所述脉冲发光模块，包括依次相连的高频脉冲发射电路、VCESL驱动器以及VCESL，所述高频脉冲发射电路产生的高频脉冲，经过所述VCESL驱动器和所述VCESL产生周期性近红外光。3.根据权利要求1所述的一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，其特征在于，所述光信号接收放大模块，采用sipm硅光电倍增管，接收探测经所述大脑皮层组织扩散吸收后的光信号。4.根据权利要求1所述的一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，其特征在于，所述计数窗口产生单元与所述D触发器一的D端相连，所述电信号作为时钟信号与所述D触发器一的CK端相连，所述D触发器一的Q端用于输出所述电信号中光子数量的计数波形，并通过固定延时芯片反向连接至所述D触发器一的R端。5.根据权利要求4所述的一种基于时域近红外光谱的单光子计数电路，其特征在于，所述固定延时芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：高铁成，段洪峰，张奥源，杨凯，
申请(专利权)人：北京心灵方舟科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：