经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控系统及方法技术方案

本申请涉及经颅超声与近红外光脑功能成像技术，公开了一种经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控系统及方法

【技术实现步骤摘要】
经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控系统及方法


[0001]本申请涉及医学成像和超声
，特别涉及经颅超声与近红外光脑功能成像技术
。

技术介绍

[0002]经颅超声刺激
(Transcranial Ultrasound Stimulation,TUS)
已经成为一种被广泛研究的神经调控技术
。
它通过使用低频脉冲超声波，非侵入地刺激大脑中的特定区域，以调整该区域的神经功能
。
经颅超声神经调控效应的实时检测，通常倚赖于功能磁共振成像
(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)
或类似的非侵入脑功能成像技术
。
[0003]近年来，近红外脑功能成像技术也开始得到广泛应用
。
这种技术可以提供一种较为低成本且方便的方式，对脑部活动进行非侵入性检测，因此被认为具有应用于经颅超声神经调控效应检测的巨大潜力
。
[0004]然而，目前的近红外脑功能成像在实时检测经颅超声神经调控效应时，其稳定性仍存在一定问题
。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0006]本申请公开了一种经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控系统，包括：超声换能器
、
近红外光源
、
光电传感器，以及控制器，其中，所述近红外光源和光电传感器构成的弧形检测区域与所述超声换能器产生的经颅超声聚焦区域有重叠，并且，使用近红外光源发出的近红外光信号检测超声换能器发出的超声脉冲引起的超声聚焦区域的光弹性变化，并利用光弹性变化信号对近红外光源的近红外光照强度进行实时调节
。
[0007]在一个优选例中，所述超声换能器设置在头部的选定位置，该选定位置上涂抹有超声耦合剂以增进超声传输效果，并且，所述近红外光源和光电传感器设定在以超声换能器为界的超声耦合剂两侧，以监测所述超声换能器产生的经颅超声聚焦区域
。
[0008]在一个优选例中，所述系统应用于由所述超声换能器向头部的选定位置对应的超声聚焦区域释放超声脉冲进行神经调控的同时，使用所述近红外光源
、
光电传感器，以及控制器，对该超声聚焦区域经颅超声引起的神经调控效应进行检测
。
[0009]在一个优选例中，所述超声换能器，用于对头部的选定位置对应的超声聚焦区域发出预设频率的超声脉冲，并向控制器发送与超声脉冲同步的逻辑电平信号
L(n)
，
L(n)
表示第
n
个时间点上逻辑电平信号的幅值；
[0010]所述近红外光源，用于根据控制器的指示对所述超声聚焦区域发出预设强度的近红外光照射，并根据控制器的实时调节指示改变光照强度；
[0011]所述光电传感器，用于检测反射回的近红外光，并将检测的原始光电信号
S(n)
发送给控制器，
S(n)
表示第
n
个时间点上原始光电信号的幅值；
[0012]所述控制器，用于接收所述逻辑电平信号
L(n)
和原始光电信号
S(n)
，并计算出
x(n)
＝
S(n)
×
L(n)
，以作为调制后的光电信号，然后利用短时傅里叶变换提取出调制后的光电信号
x(n)
中与超声脉冲群重复频率
F1相同的频率成分
X(l,f)
，
X(l,f)
表示第
l
帧的
f
频率分量；并计算
X(l,f)
前
M
帧的幅值平方和的移动平均值根据的值，向所述近红外光源发送调光指令，以实现实时光强调节，维持近红外脑功能检测的稳定性，其中，
[0013][0014]其中，
[0015]表示的是第
l
帧的
f
频率分量的幅值平方和的移动平均值；
[0016]m
表示的是帧索引的下限，它是一个计数变量，用于对前
M
帧的数据进行求和；
[0017]M
表示的是在计算移动平均值时要考虑的帧数的数量；
[0018]l
表示的是当前帧的索引，即正在处理的帧；
[0019]f
表示的是频率，指超声脉冲群重复频率
F1。
[0020]在一个优选例中，所述控制器根据移动平均值偏离预设的基准值的大小，对所述近红外光源的光照强度进行实时调节
。
[0021]在一个优选例中，当移动平均值与预设的基准值的比值的比值时，所述控制器向近红外光源发送指令以减小一级光强；当移动平均值与预设的基准值的比值时，所述控制器向近红外光源发送指令以增大一级光强
。
[0022]在一个优选例中，所述超声换能器的超声脉冲基波频率
F0＝
500KHz
，声脉冲群重复频率
F1＝
120Hz
，刺激重复频率
F2＝
0.25Hz。
[0023]本申请还公开了一种经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控的方法，包括以下步骤：使用超声换能器向选定的脑部区域发出预设频率的超声脉冲，并发送与超声信号同步的逻辑电平信号
L(n)
，
L(n)
表示第
n
个时间点上逻辑电平信号的幅值；
[0024]根据控制器的指示，使用近红外光源对该选定的脑部区域发出预设强度的近红外光；
[0025]使用光电传感器检测反射回的近红外光，并将检测的原始光电信号
S(n)
发送给控制器，
S(n)
表示第
n
个时间点上原始光电信号的幅值；
[0026]所述控制器接收所述逻辑电平信号
L(n)
和原始光电信号
S(n)
，并计算出
x(n)
＝
S(n)
×
L(n)
，以作为调制后的光电信号，然后利用短时傅里叶变换提取出调制后的光电信号
x(n)
中与超声脉冲群重复频率
F1相同的频率成分
X(l,f)
，
X(l,f)
表示第
l
帧的
f
频率分量；并计算
X(l,f)
前
M
帧的幅值平方和的移动平均值根据的值，向所述近红外光源发送调光指令，以实现实时光强调节，维持近红外脑功能检测的稳定性，其中，
[0027][0028]其中，
[0029]表示的是第
l
帧的
f
频率分量的幅值平方和的移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种经颅超声场景下近红外脑成像实时光强调控系统，其特征在于，包括：超声换能器
、
近红外光源
、
光电传感器，以及控制器，其中，所述近红外光源和光电传感器构成的弧形检测区域与所述超声换能器产生的经颅超声聚焦区域有重叠，并且，使用近红外光源发出的近红外光信号检测超声换能器发出的超声脉冲引起的超声聚焦区域的光弹性变化，并利用光弹性变化信号对近红外光源的近红外光照强度进行实时调节
。2.
如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器设置在头部的选定位置，该选定位置上涂抹有超声耦合剂以增进超声传输效果，并且，所述近红外光源和光电传感器设定在以超声换能器为界的超声耦合剂两侧，以监测所述超声换能器产生的经颅超声聚焦区域
。3.
如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统应用于由所述超声换能器向头部的选定位置对应的超声聚焦区域释放超声脉冲进行神经调控的同时，使用所述近红外光源
、
光电传感器，以及控制器，对该超声聚焦区域经颅超声引起的神经调控效应进行检测
。4.
如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超声换能器，用于对头部的选定位置对应的超声聚焦区域发出预设频率的超声脉冲，并向控制器发送与超声脉冲同步的逻辑电平信号
L(n)
，
L(n)
表示第
n
个时间点上逻辑电平信号的幅值；所述近红外光源，用于根据控制器的指示对所述超声聚焦区域发出预设强度的近红外光照射，并根据控制器的实时调节指示改变光照强度；所述光电传感器，用于检测反射回的近红外光，并将检测的原始光电信号
S(n)
发送给控制器，
S(n)
表示第
n
个时间点上原始光电信号的幅值；所述控制器，用于接收所述逻辑电平信号
L(n)
和原始光电信号
S(n)
，并计算出
x(n)
＝
S(n)
×
L(n)
，以作为调制后的光电信号，然后利用短时傅里叶变换提取出调制后的光电信号
x(n)
中与超声脉冲群重复频率
F1相同的频率成分
X(l
，
f)
，
X(l
，
f)
表示第
l
帧的
f
频率分量；并计算
X(l
，
f)
前
M
帧的幅值平方和的移动平均值根据的值，向所述近红外光源发送调光指令，以实现实时光强调节，维持近红外脑功能检测的稳定性，其中，其中，表示的是第
l
帧的
f
频率分量的幅值平方和的移动平均值；
m
表示的是帧索引的下限，它是一个计数变量，用于对前
M
帧的数据进行求和；
M
表示的是在计算移动平均值时要考虑的帧数的数量；
l
表示的是当前帧的索引，即正在处理的帧；
f
表示的是频率，指超声脉冲群重复频率
F1。5.
如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器根据移动平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：任李源，孙俊峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：