CN111227790B - 一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法及头帽 - Google Patents

一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法及头帽 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法及头帽，包括以下步骤：一：将近红外探头分为参考探头和非参考探头；二：以头围长度和头围宽度分别为椭圆长轴和短轴构建椭圆A；三：构建与椭圆A同心，且长轴和短轴比椭圆A短的椭圆B；四：根据椭圆B与椭圆A的长轴和短轴的交点，在椭圆B上均匀设置若干参考点；五：以椭圆B与椭圆A短轴的两个交点和椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在椭圆C上均匀设置参考点，同时在椭圆C的长轴的中点作为参考点；步骤六：将参考探头设置在参考点上；非参考探头围绕参考探头设置。其能够准确检测不同头围的被试的大脑指定区域，提高了近红外脑成像大脑功能区检测的准确性。

Description

一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法及头帽
技术领域
本发明是关于一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法及头帽，属于脑功能成像技术领域。
背景技术
近红外脑功能成像作为一种新兴的大脑功能活动检测手段，在近十多年得到了快速发展。相比于其它脑成像技术，近红外脑成像有许多优点，如仪器设备操作简单、高便携性、生态效度好、能实现高时间分辨率(10-100Hz)下的数据采集等。其利用近红外光在生物组织中传播时的低吸收和高散射特性，使得一部分光子能够从大脑组织中出射，通过计算入射光子和出射光子强度的变化反推出大脑组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的改变，进而推算出大脑组织内的神经元活动。目前，近红外脑成像技术已经广泛用于基础研究、工程与临床实践研究中，而且其普及性仍在快速增长。
近红外脑成像过程中，通常需要将所用光源和接收器的近邻距离以及整体空间排布事先确定，然后插入近红外头帽孔中用于检测受试者大脑皮层特定区域。然而，由于不同受试者头围大小不同，甚至在一些纵向研究中，需要涉及不同年龄/月龄的被试群体，其受试者头围范围变化更大，这种情况如果采用传统的探头排布方法(即固定光源和接收器的近邻距离以及整体空间排布)施测大脑特定皮层区域必将在被试间产生巨大的位置错放误差，导致研究结果失去可比性以及研究结论的不准确性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法及头帽，使其在近红外成像过程中能够对不同被试群体以及相同群体不同头围个体的大脑脑功能区进行准确施测，提高近红外脑功能成像空间位置检测的准确性。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，包括以下步骤：步骤一：将近红外探头分为参考探头和非参考探头；步骤二：以头围长度和头围宽度分别为椭圆长轴和短轴构建椭圆A；步骤三：构建与椭圆A同心，且长轴和短轴比椭圆A短的椭圆B；步骤四：根据椭圆B与椭圆A的长轴和短轴的交点，在椭圆B上均匀设置若干参考点；步骤五：以椭圆B与椭圆A短轴的两个交点和椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在椭圆C上均匀设置参考点，同时将椭圆C的长轴的中点作为参考点；步骤六：将参考探头设置在所有的参考点上；非参考探头围绕参考探头设置。
进一步，参考探头为光源，非参考探头为光探测器；或参考探头为光探测器，非参考探头为光源。
进一步，步骤三中分别以头尾长度的90％和头尾宽度的90％为椭圆的长轴和短轴，构建与椭圆A同心的椭圆B。
进一步，步骤四中在椭圆B上设置参考点的方式如下：以椭圆A中心点为原点，长轴为x轴，短轴为y轴，椭圆B与x轴的两个交点处各设置一参考点A，在任一参考点A顺时针转动36°和逆时针转动36°处各设置一个参考点B；椭圆B与y轴的两个交点处各设置一参考点C，在任一参考点C顺时针转动18°和逆时针转动18°处各设置一个参考点D；椭圆B的两侧半长轴中点和两侧半短轴中点各设置一参考点E。
进一步，步骤五中以椭圆B与椭圆A短轴的两个交点和椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在椭圆C与y＝-x和y＝x两条直线的4个交点设置参考点F。
进一步，非参考探头排列成十字形，X字形和三角形。
进一步，若参考探头设置在椭圆B的圆周上，非参考探头排列形状成三角形；若参考探头未设置在椭圆B的圆周上，非参考探头排列形状成十字型。
本发明还包括一种头帽，头帽上设置若干近红外探头安装孔，近红外安装孔按照上述任一项近红外探头排列方法排列。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：参考探头的放置点根据实际测量的头部大小来进行计算，非参考探头的位置依赖于预设距离和参考探头的位置。因此，对于不同尺寸的头部，参考探头所在的脑区位置都是确定的，各个参考探头及其四周的非参考探头所测量的脑区都是确定的，从而能够对不同尺寸的头部的同一脑区进行近红外脑成像。
附图说明
图1是本发明一实施例中参考探头排列方式的示意图；
图2是本发明一实施例中非参考探头十字形围绕参考探头排列的示意图；
图3是本发明一实施例中非参考探头三角形围绕参考探头排列的示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
本实施例公开了一种近红外探头排列方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一：将近红外探头分为参考探头和非参考探头；步骤二：以头围长度和头围宽度分别为椭圆长轴和短轴构建椭圆A；步骤三：构建与椭圆A同心，且长轴和短轴比椭圆A短的椭圆B；步骤四：根据椭圆B与椭圆A的长轴和短轴的交点，在椭圆B上均匀设置若干参考点；步骤五：以椭圆B与椭圆A短轴的两个交点和椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在椭圆C上均匀设置参考点，同时将椭圆C的长轴的中点作为参考点；步骤六：将参考探头设置在所有的参考点上；非参考探头围绕参考探头设置。其能够准确检测不同头围的被试的大脑指定区域，提高了脑成像检测的准确性。
其中，参考探头为光源，非参考探头为光探测器；或参考探头为光探测器，非参考探头为光源。以两眼间的鼻梁为起点，枕骨前凸点为终点，绕头骨测量两点间的距离，记为头围长度。以张开嘴时两耳孔前方的颧骨凹陷为起点和终点，绕头骨测量两点间的距离，记为头围宽度。头围长度可以大于头围宽度，也可以等于头围宽度。头围长度等于头围宽度时，椭圆A为圆形。本实施例中测得头围长度等于头围宽度，且头围长度为40cm。
步骤三中分别以头尾长度的90％和头尾宽度的90％为椭圆的长轴和短轴，构建与椭圆A同心的椭圆B。
步骤四中在椭圆B上设置参考点的方式如下：以椭圆A中心点为原点，长轴为x轴，短轴为y轴，椭圆B与x轴的两个交点处各设置一参考点A，在任一参考点A顺时针转动36°和逆时针转动36°处各设置一个参考点B；椭圆B与y轴的两个交点处各设置一参考点C，在任一参考点C顺时针转动18°和逆时针转动18°处各设置一个参考点D；椭圆B的两侧半长轴中点和两侧半短轴中点各设置一参考点E。
步骤五中以椭圆B与椭圆A短轴的两个交点和椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在椭圆C与y＝-x和y＝x两条直线的4个交点设置参考点F。
如图2、3所示，参考探头是光探测器D，非参考探头是光源S。非参考探头的放置预设距离为3cm，参考探头四周的非参考探头放置方式主要有两种。不在椭圆B上的参考探头四周有4个非参考探头，排列形状为十字型；在椭圆B上的参考探头周围有3个非参考探头，排列形状为三角形，将非参考探头置放于参考探头四周，即可得近红外探头的最终排布。
实施例二
本实施例与实施例一不同之处在于：参考探头是光探测器D，非参考探头是光源S。以两眼间的鼻梁为起点，枕骨前凸点为终点，绕头骨测量两点间的距离，假设测得为30cm,记为头围长度。以张开嘴时两耳孔前方的颧骨凹陷为起点和终点，绕头骨测量两点间的距离，即为头围宽度。本实施例中头围长度和头围宽度均为30cm。非参考探头的放置预设距离为2cm。可见针对不同头围参数只要相应调整非参考探头的预设距离即可，而不用调整参考探头的位置，操作简单，实用性强，降低了医务人员的工作量。
实施例三
本实施例与实施例一不同之处在于：非参考探头包括光探测器D和光源S，参考探头为光源S和光探测器D之间的测量通道。以两眼间的鼻梁为起点，枕骨前凸点为终点，绕头骨测量两点间的距离，即为头围长度。以张开嘴时两耳孔前方的颧骨凹陷为起点和终点，绕头骨测量两点间的距离，即为头围宽度。本实施例中头围长度和头围宽度均为20cm。非参考探头的放置预设距离为1.5cm。参考探头周围的非参考探头的排布方式为十字形和一字型，对一些相距较近的光源进行合并。
实施例四
一种近红外头帽，头帽上设置若干近红外探头安装孔，近红外安装孔按照上述任一项近红外探头排列方法排列。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将近红外探头分为参考探头和非参考探头；
步骤二：以头围长度和头围宽度分别为椭圆长轴和短轴构建椭圆A；
步骤三：构建与所述椭圆A同心，且长轴和短轴比所述椭圆A短的椭圆B；
步骤四：根据所述椭圆B与所述椭圆A的长轴和短轴的交点，在所述椭圆B上均匀设置若干参考点；
所述步骤四中在椭圆B上设置参考点的方式如下：以椭圆A中心点为原点，长轴为x轴，短轴为y轴，所述椭圆B与所述x轴的两个交点处各设置一参考点A，在任一所述参考点A顺时针转动36°和逆时针转动36°处各设置一个参考点B；所述椭圆B与所述y轴的两个交点处各设置一参考点C，在任一所述参考点C顺时针转动18°和逆时针转动18°处各设置一个参考点D；所述椭圆B的两侧半长轴中点和两侧半短轴中点各设置一参考点E；
步骤五：以所述椭圆B与所述椭圆A短轴的两个交点和所述椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在所述椭圆C上均匀设置参考点，同时将所述椭圆C的长轴的中点作为参考点；
步骤六：将所述参考探头设置在所述参考点上；所述非参考探头围绕所述参考探头设置。
2.根据权利要求1所述的基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，其特征在于，所述参考探头为光源，所述非参考探头为光探测器；或所述参考探头为光探测器，所述非参考探头为光源。
3.根据权利要求1所述的基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，其特征在于，所述步骤三中分别以头尾长度的90％和头尾宽度的90％为椭圆的长轴和短轴，构建与所述椭圆A同心的所述椭圆B。
4.根据权利要求1所述的基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，其特征在于，所述步骤五中以所述椭圆B与所述椭圆A短轴的两个交点和所述椭圆B的两个半长轴的中点，构建椭圆C，在椭圆C与y＝-x和y＝x两条直线的4个交点设置参考点F。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，其特征在于，所述非参考探头排列成十字形，X字形和三角形。
6.根据权利要求5所述的基于脑功能区定位的近红外探头排布方法，其特征在于，若所述参考探头设置在所述椭圆B的圆周上，所述非参考探头排列形状成三角形；若所述参考探头未设置在所述椭圆B的圆周上，所述非参考探头排列形状成十字型。
7.一种头帽，其特征在于，所述头帽上设置若干近红外探头安装孔，所述近红外安装孔按照所述权利要求1-6任一项所述的近红外探头排列方法排列。
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