CN106037665A - 一种近红外光谱脑功能成像装置 - Google Patents

一种近红外光谱脑功能成像装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种近红外光谱脑功能成像装置，包括支撑体、固定座以及由近红外发射探头和近红外探测探头组成的近红外探头，所述的支撑体包括覆盖于脑部且与脑部曲率相吻合的弹性支撑体以及位于弹性支撑体之上的非弹性支撑体，所述的非弹性支撑体由非弹性固定单元排列组合而成，所述的非弹性固定单元上设有探头定位孔，所述的固定座为圆柱体，所述圆柱体的外表面设有用于固定弹性支撑体和非弹性支撑体的固定凹槽；本发明的结构合理，佩戴舒适，近红外探头与头皮接触良好，非弹性支撑体可按需组合，提高了非弹性支撑体固定单元的利用率。

Description

一种近红外光谱脑功能成像装置
技术领域
本发明属于医疗影像技术领域，具体涉及一种近红外光谱脑功能成像（NearInfrared Spectroscopy，NIRS）装置，特别适于脑电联合近红外光谱联合采集。
背景技术
近红外光谱脑功能成像是新近出现的一种利用近红外光（波长为600nm—1000nm电磁波）对电脑皮层活动进行检测的无创光学成像技术。它利用大脑活动时皮质局部所伴随的氧合血红蛋白(HbO2) 和脱氧合血红蛋白(Hb) 含量的变化来获得大脑功能信息。
氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外波段(650nm-950nm)的吸收很小，该特性使得近红外光能够穿透大脑头皮及颅骨进入头皮下2-3cm 深的大脑皮层皮质区域。当大脑皮层的局部区域活动增强时，血流量增加，引起氧合血红蛋白含量增加，脱氧血红蛋白含量减少。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白具有不同的光谱吸收特性，采用两种以上不同波长的近红外光从大脑头皮的某一点入射，从距离入射点几厘米以外(国际公认2-5cm为最佳距离) 的位置检测出射光的变化，就可以反算出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的含量变化，从而获取脑功能激活特性。近红外光谱的优点是无创，空间分辨率高，可以对脑功能活动进行厘米级的空间定位。
近红外光谱脑功能成像系统，近红外发射探头S和近红外探测探头D插入特制的头盔上，头盔佩戴于被试头上进行检测。头盔上一个近红外发射探头S和一个近红外探测探头D构成一个检测通道，两者之间的直线距离通常为3cm，可以检测位于该激光光源探头S和激光接收探头D连线下的一部分脑皮层活动情况。
CN1833605A公布了一种近红外脑功能成像头盔，由单片边长为3cm的正五边形和单片边长为3cm的正六边形拼接而成。专利CN1911168A公布了一种正六边形高分率近红外脑功能成像头盔，由一片覆盖于脑部，且与脑部曲率相吻合的柔性材料制成，该片柔性材料至少包括一片正六边形，每一片正六边形覆盖的区域内，排布有特定分布的通孔，激光光源探头和激光接收探头以可拆卸的方式插接于通孔中。但这两种近红外光谱脑功能成像头盔均是单支撑层，若采用单层的柔性支撑体弹性支撑体，易因张力分散，引起近红外探与头皮接触不好；若采用单层的刚性非弹性支撑体，被试不舒适，且与头皮的贴合度不好，每种头盔仅能适合少数的被试的头型。另外，无论采用正六边形还是正五边形，存在很多空白区域，近红外探头排布密度相对有限，从而可能遗漏一些重要的研究信息。近红外光学信号采集时需尽可能覆盖到感兴趣的区域甚至全脑来进行数据分析，提高近红外探头的排布密度很有必要。
另外，现有技术的近红外光谱脑功能成像头盔，近红外探头位置布置固定，不能根据研究需要进行灵活调整，一个特定头盔往往只适合研究某类问题，具有很大的应用局限性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种近红外光谱脑功能成像装置，其结构合理，佩戴舒适，近红外探头与头皮接触良好，非弹性支撑体可按需组合，提高了非弹性支撑体固定单元的利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种近红外光谱脑功能成像装置，包括支撑体、固定座以及由近红外发射探头和近红外探测探头组成的近红外探头，所述的支撑体包括覆盖于脑部且与脑部曲率相吻合的弹性支撑体以及位于弹性支撑体之上的非弹性支撑体，所述的非弹性支撑体由非弹性固定单元排列组合而成，所述的非弹性固定单元上设有探头定位孔，所述的固定座为圆柱体，所述圆柱体的外表面设有用于固定弹性支撑体和非弹性支撑体的固定凹槽。
进一步的技术方案是：所述的非弹性固定单元为具有两个探头定位孔的条状固定单元，所述的探头定位孔位于条状固定单元的两端，所述的非弹性支撑体为若干个条状固定单元连接而成。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其非弹性支撑体为若干个条状固定单元形成的条带形非弹性支撑体。
进一步的技术方案是：所述的非弹性固定单元为具有三个探头定位孔的人字形固定单元，相邻两个探头定位孔的孔距相等，所述的非弹性支撑体为若干个人字形固定单元连接而成。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其非弹性支撑体为若干个人字形固定单元形成的六边形非弹性支撑体。
进一步的技术方案是：所述的非弹性固定单元包括具有两个探头定位孔的条状固定单元和具有三个探头定位孔的人字形固定单元，所述的非弹性支撑体为若干个条状固定单元和若干个人字形固定单元连接形成的混合型非弹性支撑体，所述条状固定单元上探头定位孔的孔距与人字形固定单元上探头定位孔的孔距相等。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其条状固定单元和人字形固定单元上位于相邻两个探头定位孔之间的部位可拆卸连接有加固件。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其加固件通过纽扣或魔术贴连接，所述的非弹性支撑体和弹性支撑体之间通过扣式连接或粘结连接。
更进一步的技术方案是：所述的固定座包括可拆卸连接的下座圈和上紧件。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其下座圈和上紧件通过螺纹连接。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其支撑体还包括覆盖于近红外探头之上的第三层支撑体。
所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其固定座、或/和弹性支撑体、或/和非弹性支撑体为黑色。
本发明的有益效果是：
（1）本发明提供的近红外光谱脑功能成像装置，支撑体包括弹性支撑体和非弹性支撑体，既能舒适地与不同头型的头部舒适贴合，又保证了近红外光光源和近红外探头与头皮接触良好，克服了现有技术非弹性支撑体不舒适，仅适合个别头型以及弹性支撑体近红外光源和近红外探头固定不牢的技术缺陷。
（2）本发明提供的近红外光谱脑功能成像装置，非弹性支撑体由条状固定单位或/和人字形固定单元组合而成，可根据需要进行自由组合，保证近红外发射探头和近红外探测探头距离相等，并可满足不同研究的需求；同时避免了弹性支撑体全部覆盖刚性的非弹性支撑体，提高了非弹性支撑体的利用率和舒适性。另外，相对现有技术的正五边形或/和正六边形排布，本发明的近红外脑功能成像装置可组合成高密度排布的近红外探头，提高通道密度进而增加空间分辨率。
（3）本发明提供的近红外光谱脑功能成像装置，固定座以及非弹性支撑体的加固件、第三支撑体的固定元件与弹性支撑体采用能拆卸连接方式，方便非弹性固定单元的安装、拆卸，非弹性固定单元可根据需要进行增减、移动、组合以满足不同的研究需要，提高了非弹性固定单元的利用率；由于非弹性固定单位组合某些位点重叠带来高度的不一致，螺纹连接通过旋转不同高度即可实现不同的高度的固定。
（4）本发明提供的近红外光谱脑功能成像装置，加固件能进一步加强非弹性支撑体的固定，以保证近红外探头与头皮更好地接触；第三支撑体可作为备用支撑体，当成像装置因某些被试头型贴合不好造成近红外探头与头皮接触不好，或部分位点近红外探头接触不好，通过压住近红外探头顶部，保证近红外探头与头皮接触良好；固定座、弹性支撑体为黑色，这样有利于避免因近红外光的反射引起的光强度衰减。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明条状固定单元的结构示意图；
图3为本发明人字形固定单元的结构示意图；
图4为本发明条形非弹性支撑体的结构示意图；
图5为本发明六边形非弹性支撑体的结构示意图；
图6为本发明混合型非弹性支撑体的结构示意图；
图7为本发明实施例6的结构示意图；
图8为本发明实施例7的结构示意图。
各附图标记为：1—支撑体，1.1—弹性支撑体，1.2—非弹性支撑体，1.3—第三支撑体，2—固定座，2.1—下座圈，2.2—上紧件，2.3—固定凹槽，3—近红外探头，S—近红外发射探头，D—近红外探测探头，4—探头定位孔，5—加固件，6—固定元件，A—条状固定单元，B—人字形固定单元，1.2a—条带形非弹性支撑体，1.2b—六边形非弹性支撑体，1.2c—混合型非弹性支撑体，a—条形固定单元定位孔间距， b—人字形固定单元定位孔间距。
具体实施方式
实施例1：是本发明的一个基本实施例。如图1所示，一种近红外光谱脑功能成像装置，包括支撑体1、固定座2和近红外探头3；所述的支撑体1包括弹性支撑体1.1和非弹性支撑体1.2；所述的弹性支撑体1.1覆盖于脑部，且与脑部曲率相吻合；所述的非弹性支撑体1.2由非弹性固定单元排列组合而成，非弹性固定单元上设有探头定位孔4，位于弹性支撑体1.1之上；所述的固定座2外圆柱面上设有固定凹槽2.3，用于使弹性支撑体1.1及非弹性弹性支撑体1.2上的探头定位孔4的周边嵌入其内，从而使固定座2与支撑体1固定；所述的近红外探头3由近红外发射探头S和近红外探测探头D组成，安装于固定座2上。
本发明提供的近红外光谱脑功能成像装置，弹性支撑体1.1能与不同头型的头部舒适贴合，克服了非弹性支撑体1.2不舒适、仅适合个别头型的缺陷；非弹性支撑体1.2用于加强固定近红外光光源和近红外探头3，克服弹性支撑体近红外光源和近红外探头固定不牢的缺陷，这样既佩戴舒适，又保证了近红外光光源和近红外探头与头皮接触良好。非弹性支撑体由非弹性固定单元排列组合而成，可根据需要进行自由组合，避免了弹性支撑体全部覆盖刚性的非弹性支撑体，提高了非弹性支撑体的利用率和舒适性。
实施例2：是本发明进一步的实施例。如图2和图3所示，所述的非弹性固定单元包括条状固定单元A和等臂且均匀分布的人字形固定单元B；所述的条状固定单元A两端设有探头定位孔4；所述的人字形固定单元B三条臂顶端设有探头定位孔4，条形固定单元定位孔间距a和人字形固定单元定位孔间距b相等，即任意两个近红外定位孔的间距相等。其优点是：通过条状固定单位或/和人字形固定单元可以根据需要进行自由组合，保证近红外发射探头S和近红外探测探头D距离相等，并可满足不同研究的需求。另外，相对现有技术的正五边形或/和正六边形排布，条状固定单元和人字形固定单元可组合成高密度排布的近红外探头，提高通道密度进而增加空间分辨率。
实施例3：是本发明进一步的实施例。所述的非弹性固定单元为条状固定单元A，由任意数量的条状固定单元A按任意方式连接而成，条状固定单元A的数量和连接方式根据需要灵活选择。如图4所示，所述的非弹性支撑体1.2为若干个条状固定单元A连接形成条带形非弹性支撑体1.2a。
实施例4：是本发明进一步的实施例。与实施例3不同的是，所述的非弹性固定单元为臂长相等且均匀分布的人字形固定单元B，由任意数量的人字形固定单元B按任意方式连接而成，人字形固定单元B的数量和连接方式根据需要灵活选择。如图5所示，所述的非弹性支撑体1.2为若干个人字形固定单元连接形成正六边形非弹性支撑体1.2b。
实施例5：是本发明进一步的实施例。与实施例3、4不同的是，如图6所示，所述的非弹性固定单元包括条状固定单元A和人字形固定单元B两种；所述的条状固定单元A探头定位孔间距a与人字形固定单元B探头定位孔间距b相等。所述的非弹性支撑体1.2由任意数量的条状固定单元A和人字形固定单元B按任意方式形成混合型非弹性支撑体1.2c，条状固定单元、人字形二者的数量和连接方式根据需要灵活选择。
实施例6：是本发明进一步的实施例。与实施例1不同的是，如图7所示，所述的固定座2包括下座圈2.1和上紧件2.2，二者通过能拆卸的方式连接。其优点是：固定座2采用可拆卸连接方式，方便非弹性固定单元的安装、拆卸，非弹性固定单元可根据需要进行增减、移动、组合以满足不同的研究需要，提高了非弹性固定单元的利用率。所述的能拆卸的连接为螺纹连接，好处是：由于非弹性固定单位组合某些位点重叠带来高度的不一致，螺纹连接通过旋转不同高度即可实现不同的高度的固定。
实施例7：是本发明进一步的实施例。如图8所示，所述的条状固定单元A的中部或/和人字形固定单元B的每条臂中部设有加固件5，所述的加固件5与弹性支撑体1.1为能拆卸的固定连接。所述的加固件5为纽扣或魔术贴，其与固定元件6与弹性支撑体能拆卸连接为扣式连接或贴粘结连接。加固件能进一步加强非弹性支撑体的固定，以保证近红外探头与头皮更好地接触；能拆卸连接方式，方便非弹性固定单元的安装、拆卸，非弹性固定单元可根据需要进行增减、移动、组合以满足不同的研究需要，提高了非弹性固定单元的利用率。
实施例8：是本发明进一步的实施例。如图7、图8所示，所述的支撑体还包括第三支撑体1.3，其覆盖于近红外发射探头S与近红外探测探头D之上。所述的第三支撑体外周设有固定元件6，与弹性支撑体1.1为能拆卸的固定连接。所述的加固件5为纽扣或其他固定元件，连接为纽扣式连接或魔术贴粘结连接。第三支撑体可作为备用支撑体，当成像装置因某些被试头型贴合不好造成近红外探头与头皮接触不好，或部分位点近红外探头接触不好，通过压住近红外探头顶部，保证近红外探头与头皮接触良好。
实施例9：是本发明进一步的实施例。所述的固定座、弹性支撑体为黑色，这样有利于减少近红外光的反射。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种近红外光谱脑功能成像装置，包括支撑体（1）、固定座（2）以及由近红外发射探头（S）和近红外探测探头（D）组成的近红外探头（3），其特征在于：所述的支撑体（1）包括覆盖于脑部且与脑部曲率相吻合的弹性支撑体（1.1）以及位于弹性支撑体（1.1）之上的非弹性支撑体（1.2），所述的非弹性支撑体（1.2）由非弹性固定单元排列组合而成，所述的非弹性固定单元上设有探头定位孔（4），所述的固定座（2）为圆柱体，所述圆柱体的外表面设有用于固定弹性支撑体（1.1）和非弹性支撑体（1.2）的固定凹槽（2.3）。
2.根据权利要求1所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的非弹性固定单元为具有两个探头定位孔（4）的条状固定单元（A），所述的探头定位孔（4）位于条状固定单元（A）的两端，所述的非弹性支撑体（1.2）为若干个条状固定单元（A）连接而成。
3.根据权利要求2所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的非弹性支撑体（1.2）为若干个条状固定单元（A）形成的条带形非弹性支撑体(1.2a)。
4.根据权利要求1所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的非弹性固定单元为具有三个探头定位孔（4）的人字形固定单元（B），相邻两个探头定位孔（4）的孔距相等，所述的非弹性支撑体（1.2）为若干个人字形固定单元（B）连接而成。
5.根据权利要求4所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的非弹性支撑体（1.2）为若干个人字形固定单元（B）形成的六边形非弹性支撑体(1.2b)。
6.根据权利要求1所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的非弹性固定单元包括具有两个探头定位孔（4）的条状固定单元（A）和具有三个探头定位孔（4）的人字形固定单元（B），所述的非弹性支撑体（1.2）为若干个条状固定单元（A）和若干个人字形固定单元（B）连接形成的混合型非弹性支撑体（1.2c），所述条状固定单元（A）上探头定位孔（4）的孔距与人字形固定单元（B）上探头定位孔（4）的孔距相等。
7.根据权利要求2或4或6所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的条状固定单元（A）和人字形固定单元（B）上位于相邻两个探头定位孔（4）之间的部位可拆卸连接有加固件（5）。
8.根据权利要求7所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的加固件（5）通过纽扣或魔术贴连接，所述的非弹性支撑体（1.2）和弹性支撑体（1.1）之间通过扣式连接或粘结连接。
9.根据权利要求1所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的固定座（2）包括可拆卸连接的下座圈（2.1）和上紧件（2.2）。
10.根据权利要求9所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的下座圈（2.1）和上紧件（2.2）通过螺纹连接。
11.根据权利要求1所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的支撑体（1）还包括覆盖于近红外探头（3）之上的第三层支撑体（1.3）。
12.根据权利要求1至11任意一项所述的一种近红外光谱脑功能成像装置，其特征在于，所述的固定座（2）、或/和弹性支撑体（1.1）、或/和非弹性支撑体（1.2）为黑色。
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