具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置
技术领域
本发明涉及近红外光谱脑成像技术领域,更具体地,涉及一种具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置。
背景技术
近年来,光学成像技术的发展,为探测认知活动过程和神经机制提供了新的重要研究手段。光成像的依据是,神经元活动会引起某些有关物质(如水、离子)的改变,导致其光学特性发生变化,在与外加的某些特定波长的光量子相互作用后就得到了相应的光信号。通过成像仪器系统探测到此光信号的某一时间间隔内的空间分布,形成影像。
光学成像有多种,其中近红外光谱技术(fNIRS)发展迅速,能够提供观察脑皮质功能柱的高分辨图像。近红外光谱成像利用不同波长近红外光对氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收和散射特性,可以实现非侵入、实时、连续检测人体组织的血氧参数,监测皮肤组织受外界影响的变化,预测、评价生物的某些生理现象和变化,在人体组织机能检测和临床分析等多个领域具有良好的应用前景。
近红外光谱成像设备主要由探头、测控模块和计算机3个部分组成,测控模块包括光源恒流驱动单元、后级放大滤波单元和数据采集单元。在计算机设定的时钟频率控制下,光源驱动单元采取时分复用技术依次点亮探头上的多个光源。光源发射出特定波长的近红外光照射待测组织,然后由探测器负责接收经过组织衰减后的光信号,并完成光电转换和信号的前置放大。前端模拟信号经过进一步的放大和滤波处理并在数据采集卡内完成模/数转换,最后经USB接口输入到计算机当中。计算机在利用系统软件控制电路工作状态的同时,对所采集的多通道数据进行实时运算,并在界面上显示出血氧/血容浓度变化,以反映各个通道所对应脑区的功能活动强弱。
功能近红外光谱成像技术已经成为现代神经科学领域研究的重要手段,在科研领域有重要的研究价值,而且在临床方面也有大量应用。在临床使用过程中,当利用探头和探测器进行脑活动测量时,需要一边将妨碍测量的头发分开,一边将探头和探测器配置到头部的规定位置上,在测量开始之前的准备、设置过程需花费大量时间;并且,如果不能在前期排除人体头发的干扰,将无法有效采集到光信号,直接影响测量的灵敏度及数据采集的准确性。
发明内容
针对目前在戴上头套进行近红外光谱脑成像检测时,检测探头常常由于头发遮挡不能直接与头皮接触,导致对检测灵敏度和数据采集造成影响的问题,本专利设计了一种新型的具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置,该检测装置包含两层拨开头发的部件,能够在使用时完全避免人体头发的干扰,显著提高检测的灵敏度和数据采集率,具有良好的应用前景。
本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置,包括头套、探头、旋转部和套筒;
所述头套上设置有多个检测接口,所述探头通过连接件与所述检测接口连接;
所述旋转部通过所述连接件与探头相连,所述旋转部控制所述探头的旋转;
所述套筒套设于所述探头检测端的外周,所述套筒的头部包含多个可开合的拨开件;
所述近红外光谱脑成像检测装置还包括控制所述拨开件的开合控制装置。
本发明提供了一种具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置,该检测装置可直接取代现有近红外光谱脑成像设备上的头套部分,将所述探头与现有的光路导线相连,即可完成近红外光谱脑成像检测步骤。所述现有的近红外光谱脑成像设备一般包含有探测模块、双波长激光发射模块、信号解调模块和用于数据处理及成像的主机等部件,探头作为探测模块与双波长激光发射模块相连,用于向受测者的脑部发送近红外光且接收经过氧合血红蛋白、还原血红蛋白的吸收、散射特性影响后的近红外光,并进一步将光谱信号发送给近红外光谱脑成像设备主机,完成近红外光谱脑成像。本发明主要针对光源的发射和接收过程对头套上的检测装置进行了改进,设计了两层拨开头发的部件:首先利用套在探头检测端外的带有拨开件的套筒,在接触头发时所述开合控制装置控制所述拨开件向外打开拨开大部分头发,然后利用旋转部控制探头在受力范围内多次旋转,可进一步分开头发,使探头完全接触头皮,有效解决了现有技术中在戴上头套后需要人工调整探头或利用弹簧等部件调节探头拨开头发容易反弹的缺点,能够在使用时完全避免人体头发的干扰,显著提高检测的灵敏度和数据采集率,具有良好的应用前景。
本发明所述探头包含间隔排列的送光探头和受光探头,所述送光探头和受光探头通过连接总线或现有的光路导线与近红外光谱脑成像设备连接。所述现有的光路导线包括送光导线、受光导线;所述送光导线与送光探头相连,所述受光探头与受光导线相连。为使线路简化,优选地,所述连接总线包含了多个上述的光路导线,将与多个探头分别连接的光路导线汇总成一条连接总线。
本发明所述开合控制装置可以设置于现有的近红外光谱脑成像设备的主机上,或者设置于本发明所述近红外光谱脑成像检测装置上,具体还可以位于所述头套或所述套筒上。
优选地,所述旋转部旋转的角度范围为顺时针10°~逆时针10°,即所述旋转部偏离既有位置10°,即可拨开头发又节能省力。为避免探头的旋转幅度过大可能对探头结构造成影响,延长探头的使用寿命,更优选地,所述旋转部带动所述探头旋转的角度范围为顺时针5°~逆时针5°,即所述探头偏离既有位置5°。
优选地,所述连接件包含固定连接件和活动连接件,所述固定连接件和所述活动连接件内啮合连接,所述固定连接件与所述检测接口相连,所述活动连接件与所述探头相连。例如,所述固定连接件可以为一外圈为圆周,内圈设有全齿的直齿齿轮;所述活动连接件可以为一部分直齿齿轮,更为具体的,所述活动连接件上的齿轮部分所对应的圆周角为20°。
优选地,所述旋转部包括:手动旋转件或/和机械旋转件;所述手动旋转件或/和机械旋转件设置于所述活动连接件上远离人体头部的外侧,位于所述活动连接件的上端面。所述手动旋转件由人手控制晃动或旋转,所述机械旋转件由伺服电机自动控制小幅度旋转。具体实施时,所述的旋转部可以选择采用手动旋转件或机械旋转件中的一种,或两者同时设置,手动旋转件由人工控制可对一些特殊情况如头发缠绕进行处理,机械旋转件可对一般头发遮挡的情况进行处理,且其具有快速、省力、人体感觉舒适的优点。
所述头套上或近红外光谱脑成像设备主机上设有所述伺服电机的控制模块,当所述近红外光谱脑成像设备检测到收发光信号强度较弱时,所述控制模块控制对应信号较弱部分的机械旋转件小幅旋转,拨开头发,增强信号,保证了近红外光谱脑成像检测的顺利进行,避免了人工的逐一排查。
作为一种优选的实施方式,所述手动旋转件为杆状或旋钮状,位于所述活动连接件上端,由人手控制手动旋转件轻微晃动或旋转,利于拨开头发。
作为另一种优选的实施方式,所述机械旋转件与所述伺服电机之间还设有联轴器,对所述探头进行一定的保护,机械旋转件通过伺服电机控制旋转,节省人工和时间,且可同时对多个所述探头进行微小旋转,提高了拨开头发的效率。
为了减少套筒与头发接触时头发随意的滑动,优选地,多个所述拨开件的头部端面均设有防滑结构。首先,所述防滑结构在所述拨开件接触头发时对套筒起到了一定的防滑固定的作用,其次,当设有所述防滑结构的拨开件在打开时,能够保证头发随着所述拨开件的打开而拨开,避免了头发的回弹,能够使所述拨开件拨开探头检测端四周的大部分头发,进一步提高检测端的灵敏度和数据采集率。
所述防滑结构只要能达到防滑的目的即可,优选地,所述防滑结构为防滑橡胶或防滑纹路。更优选地,所述防滑纹路为锯齿形或阵列排布的凸起结构。
优选地,所述套筒的头部在多个所述拨开件闭合时为粗蘑菇头形,所述套筒的头部形状一方面能够由端面圆弧接触头发,避免了套筒对人体头部的刮伤或刺伤,具有缓冲和保护作用,另一方面,上述头部形状能够在插入头发时增大与头发正面和侧面的接触面积,当所述拨开件打开时能够拨开尽可能多的头发。
优选地,所述开合控制装置为感应开关,多个所述拨开件分别通过所述感应开关与套筒的主体相连;多个所述拨开件打开时与套筒形成爪型,向外推开头发。所述感应开关可以采用现有的感应开关,具体的,所述感应开关可以为接触感应开关或压力感应开关,如:当所述套筒接触/按压头发时,所述接触感应开关/压力感应开关开启,所述套筒头部的拨开件打开。
优选地,所述活动连接件与所述探头的连接处之间还设有推进装置。由于所述探头的检测端与所述套筒的头部拨开件之间有微小的间隙,因此,进一步设置推进装置能够在所述套筒的头部拨开件打开后,通过推进装置的设置推动所述探头的检测端向前与人体头皮充分接触,当检测到信号强度满足测量要求时停止推进装置向前。
优选地,所述推进装置通过缓冲件与所述活动连接件相连。更优选地,所述缓冲件为缓冲垫片,防止推进装置启动或推进过程中加速度过快对所述活动连接件及探头造成机械损伤,延长探头的使用寿命。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:提供了一种具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置,该新型的检测装置替代传统的检测头套,在检测装置的头套上设计了两层拨开头发的部件,外层为带有多个所述拨开件的套筒,内层为由所述旋转部传动可小角度旋转的所述探头的检测端;当人体需要进行近红外光谱脑成像检测时,戴上所述头套,所述套筒与头发接触,控制所述拨开件向外打开拨开大部分头发,然后由人工手动或/和机械自动控制所述探头检测端的小幅度旋转,可进一步分开头发,使探头完全接触头皮。并且,该新型的检测装置还进一步设置了推进装置,推动所述探头的检测端向前与人体头皮充分接触,进一步提高送光和受光的信号强度。本发明能够在使用时完全避免人体头发的干扰,在有效拨开头发的同时还能够对人体头皮及检测仪器进行保护,显著提高检测的灵敏度和数据采集率,该检测装置使用寿命长,人体使用舒适,具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置的示意图。
图2为实施例1具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中所述旋转部和连接件的局部示意图。
图3为实施例1具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中所述探头的局部分布示意图。
图4为实施例2具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中微型伺服电机控制机械旋转件的示意框图。
图5为实施例2具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中所述套筒的局部示意图。
图6为实施例3具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中所述探头的局部示意图。
图7为实施例4具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中所述探头的局部示意图。
图8为实施例4所述防滑结构的示意图之一。
图9为实施例5具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置中所述探头的局部示意图。
其中:1、头套;101、检测接口;2、探头;201、检测端;202、送光探头;203、受光探头;3、旋转部;301、手动旋转件;302、机械旋转件;303、伺服电机;304、联轴器;4、套筒;401、拨开件;4011、防滑结构;4012、开合控制装置;5、连接件;501、固定连接件;502、活动连接件;6、推进装置。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要指出的是,所有附图均为示例性的表示,例如,图1中头套、检测接口、套筒、旋转部和探头的相对大小均不代表实际大小,图中检测接口、探头等的数量也不代表实际数量。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1~3所示,本实施例提供了一种具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置,包括头套1、探头2、旋转部3、套筒4和连接件5。所述头套1上设置有多个检测接口101,检测接口101阵列排布在整个头套1的区域,所述探头2通过连接件5与所述检测接口101连接。所述套筒4套设于所述探头2检测端201的外周,所述套筒4的头部包含两个可开合的拨开件401,闭合时两个拨开件401形成粗蘑菇头形;所述套筒4的头部形状一方面能够由弧形接触头发,避免了套筒4对人体头部的刮伤或刺伤,具有缓冲和保护作用,另一方面,该粗蘑菇头形能够在插入头发时增大与头发正面和侧面的接触面积,当所述拨开件401打开时能够拨开尽可能多的头发。具体地,所述两个拨开件401的打开方向与头发的生长方向相交,可顺利地拨开探头2两侧的头发。本实施例所述具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置还包括控制所述拨开件401的开合控制装置4012。
具体地,在本实施例中,所述连接件5包含固定连接件501和活动连接件502,所述固定连接件501与所述检测接口101直接固定相连,所述活动连接件502与固定连接件501内啮合连接,所述活动连接件502与所述探头2相连。所述固定连接件501具体为一外圈为圆周,内圈设有全齿的直齿齿轮;所述活动连接件502为一部分直齿齿轮,更为具体的,所述活动连接件502上的齿轮部分所对应的圆周角为20°。
所述旋转部3通过所述连接件5与探头2相连,所述旋转部3控制所述探头2的旋转。具体地,探头2与所述活动连接件502相连,旋转部3通过带动活动连接件502转动,进而带动所述探头2转动,所述旋转部3旋转的角度范围为顺时针10°~逆时针10°,即旋转部3偏离既有位置10°,可拨开头发又节能省力,同时又避免探头2的旋转幅度过大可能对探头2结构造成影响,延长探头2的使用寿命。本实施例通过手动旋转的动作,实现所述探头2的旋转,所述旋转部3为手动旋转件301,具体地,在所述活动连接件502上设置一手动旋转件301,所述手动旋转件301设置于所述活动连接件502远离人体头部的外侧,位于所述活动连接件502的上端面;所述手动旋转件301为杆状,由人手控制晃动或旋转,利于拨开头发,手动旋转件301由人工控制可对一些特殊情况如头发缠绕进行处理。
本发明所述探头2包含间隔排列的送光探头202和受光探头203,所述送光探头202和受光探头203通过现有的光路导线与近红外光谱脑成像设备连接。所述现有的光路导线包括送光导线、受光导线;所述送光导线与送光探头202相连,所述受光导线与受光探头203相连。
本实施例的近红外光谱脑成像检测装置可直接取代现有近红外光谱脑成像设备上的头套部分完成近红外光谱脑成像。进行近红外光谱脑成像检测时,受测者戴好所述头套1,套筒4接触到人体头发,且套筒4头部粗蘑菇头形的两个拨开件401深入头发,该粗蘑菇头形的弯折处卡住部分头发,然后通过开合控制装置4012控制套筒4上两个拨开件401向外打开,一方面拨开卡在粗蘑菇头弯折处的头发,另一方面通过粗蘑菇头形的头部弧面拨开头发,再然后拨动与探头2连接的手动旋转件301控制探头2在受力范围内多次旋转,可进一步分开头发,使探头2完全接触头皮,有效解决了现有技术中在戴上头套后需要人工调整探头或利用弹簧等部件调节探头拨开头发容易反弹的缺点,能够在使用时完全避免人体头发的干扰,显著提高检测的灵敏度和数据采集率,具有良好的应用前景。
实施例2
如图4~5所示,本实施例与实施例1的区别在于,所述旋转部3采用自动化的机械旋转件302替代手动旋转件301。
所述机械旋转件302设置于所述活动连接件502远离人体头部的外侧,位于所述活动连接件502的上端面,所述机械旋转件302与所述活动连接件502固连;所述机械旋转件302为一轴,所述机械旋转件302与伺服电机303相连,所述伺服电机303为微型的伺服电机,通过设置伺服电机303的步进角,可以实现探头2的转动方向及角度。
具体地,所述机械旋转件302与所述伺服电机303之间还设有联轴器304,所述联轴器304中含有弹性片,对所述探头2进行一定的保护。
所述头套1上或近红外光谱脑成像设备主机上设有所述伺服电机303的控制模块,当所述近红外光谱脑成像设备检测到收发光信号强度较弱时,所述控制模块控制对应信号较弱部分的机械旋转件302小幅旋转,拨开头发,增强信号,保证了近红外光谱脑成像检测的顺利进行,避免了人工的逐一排查,节省人工和时间,且可同时对多个所述探头2进行微小旋转,提高了拨开头发的效率。机械旋转件302可对一般头发遮挡的情况进行处理,且其具有快速、省力、人体感觉舒适的优点。
实施例3
如图6所示,本实施例将实施例1、2中的两种旋转动作的执行机构旋转部结合起来均设置于所述活动连接件502上,可以对于具体情况选择使用其中的一种或同时使用两种,手动旋转件301由人工控制可对一些特殊情况如头发缠绕进行处理,机械旋转件302可对一般头发遮挡的情况进行处理,且其具有快速、省力、人体感觉舒适的优点。
作为对本实施例的进一步补充,所述机械旋转件302设置在所述活动连接件502远离人体头部的外侧,位于所述活动连接件502的上端面中心,所述机械旋转件302与活动连接件502固连,由于伺服电机控制活动连接件502的运转速度较快,将机械旋转件302设置在中心,避免了偏心力对探头2的影响。另一方面,在所述活动连接件502的上端面设置一手动旋转件301,由于手动旋转件301人工可调、速度较慢的特性,所述手动旋转件301位于所述机械旋转件302的一侧。其中,机械旋转件302对探头2的转动控制是相同的,对于个别探头2的微调,则可采用手动旋转件301对所需的探头2进行旋转调整。
实施例4
如图7~8所示,本实施例与实施例3的不同之处在于,还在多个所述拨开件401的头部端面均设有防滑结构4011,该防滑结构4011具体为防滑橡胶或防滑纹路,减少套筒4与头发接触时头发随意的滑动。更具体地,所述防滑结构4011可以为防滑橡胶,如一层橡胶层,或呈锯齿形的橡胶,或阵列排布的凸起结构的橡胶;所述防滑结构4011还可以为其他材料形成的防滑纹路,如阵列排布的凸起结构。
此外,本实施例中所述拨开件401有4个,均通过开合控制装置4012分别与套筒4的主体相连;多个所述拨开件401打开时与套筒4形成手爪型,向外推开头发。所述开合控制装置4012为压力感应开关,当所述套筒4按压头发的压力达到预设值以上时,所述压力感应开关开启,所述拨开件401打开。
本发明所述防滑结构4011在所述拨开件401接触头发时对套筒4起到了一定的防滑固定的作用,其次,当设有所述防滑结构4011的拨开件401在打开时,能够保证头发随着所述拨开件401的打开而拨开,避免了头发的回弹,能够使所述拨开件401拨开大部分探头检测端201四周的头发,进一步提高检测端201的灵敏度和数据采集率。
实施例5
如图9所示,本实施例在前述实施例1~3的基础上在所述活动连接件502与所述探头2的连接处之间设有推进装置6。所述推进装置6通过缓冲件与所述活动连接件502相连。具体地,所述缓冲件为缓冲垫片,防止推进装置6启动或推进过程中加速度过快对所述探头2造成机械损伤,延长探头的使用寿命。
由于所述探头2的检测端201与所述套筒4的头部拨开件401之间有微小的间隙,因此,进一步设置推进装置6能够在所述套筒4的头部拨开件401打开后,通过推进装置6的设置推动所述探头2的检测端201向前与人体头皮充分接触,当检测到信号强度满足测量要求时停止推进装置向前,提高检测精度。
本发明具有高灵敏度数据采集的近红外光谱脑成像检测装置能够在使用时完全避免人体头发的干扰,在有效拨开头发的同时还能够对人体头皮及检测仪器进行保护,显著提高检测的灵敏度和数据采集率,该检测装置使用寿命长,人体使用舒适,具有良好的应用前景。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。