CN113951832A - 一种头戴式近红外脑功能成像系统及与其相适配的电极帽 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种头戴式近红外脑功能成像系统及与其相适配的电极帽，系统包括控制组件、至少一个发射探头和至少一个接收探头，所述控制组件分别与发射探头和接收探头电连接；所述发射探头内集成有至少一组LED组件；所述接收探头内集成有光电转换电路和信号处理电路；所述发射探头和接收探头的任一者内集成有温度传感器，所述温度传感器与控制组件电连接。本发明利用简单的结构、较低的成本得到更为精确和丰富的监测信号。
Description
技术领域
本发明属于医疗影像技术领域，尤其涉及脑血流信号和温度信号同时监测的近红外脑功能成像系统，具体为一种头戴式近红外脑功能成像系统及与其相适配的电极帽。
背景技术
随着近红外脑功能成像系统的应用场景增多，近红外脑功能成像系统有越来越多的生理参数需要关注研究，传统的脑功能成像系统功能较为单一，极大的限制了学科研究的进展。
为了在脑活动过程中同时获取不同的生理参数并进行综合分析，公开号CN101449968A的中国专利于2009年6月10日公开了一种实现近红外脑功能检测仪测量同步的方法，该方法采用外产生的同步开始和结束的控制信号，并分路传输给其他仪器和近红外脑功能检测仪的方式，实现对多种不同生理参数的同时获取。但是该专利申请的方法需要额外产生同步信号，所获取的检测结果与同步信号的准确性相关很大，在实际应用时存在较大难题。
现有的近红外脑功能成像多是采用光纤信号连接，通过发射光纤将激光传输至发射探头并把激光照射在人体头部，如公开号CN110786843A的中国专利于2020年2月14日公开的一种无创光学测量方法，其近红外测量设备包括一个激光器，通过发射光纤与发射探头相连；光电探测器，通过接收光纤连接到接收探头上；光电探测器的输出通过电缆连接到相关器上，相关器和计算机相连。前述方法中的信号传输容易受到外界光信号及环境信号的干扰，导致监测数据误差较大。
现有技术中，由于光纤传输对外界信号的敏感性，使得光纤与探头的连接更加牢固紧密，不易拔插，而且光纤传输线路的拔插存在漏光等带来的信号干扰问题。因此，需要提供一种近红外脑功能成像系统，既能够获得更加丰富的生理监测数据，又具有结构简单、容易实现的优势。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种头戴式近红外脑功能成像系统及与其相适配的电极帽，该系统利用简单的结构、较低的成本得到更为精确和丰富的监测信号。
根据本发明说明书的一方面，提供一种头戴式近红外脑功能成像系统，包括控制组件、至少一个发射探头和至少一个接收探头，所述控制组件分别与发射探头和接收探头电连接；所述发射探头内集成有至少一组LED组件；所述接收探头内集成有光电转换电路和信号处理电路；所述发射探头和接收探头的任一者内集成有温度传感器，所述温度传感器与控制组件电连接。
上述技术方案中，发射探头和接收探头均采用高集成度结构，将LED组件集成在发射探头内，将光电检测和信号处理电路集成在接收探头内，发射探头与接收探头均通过电信号的方式与控制组件之间进行信息交互，既避免了光纤传输容易受外界信号干扰导致监测数据不准确的问题，又具有整体设备便携易操作的优势。
上述技术方案利用现有探头的尾部空间集成驱动电路，在不改变现有探头的体积的基础上，减小了控制组件的体积，同时简化了进入到探头内的输入信号，提高了抗干扰能力。
作为进一步的技术方案，所述LED组件包括LED驱动电路和LED贴片。所述LED驱动电路接收控制组件的信号，驱动LED贴片发光。该技术方案由控制组件发出的电信号来触发LED组件工作，避免了光信号传输存在的信号干扰问题。
作为进一步的技术方案，所述发射探头的前端设有发射光纤通道，用于将至少一组LED组件发出的光导出发射探头；所述发射探头的尾端设有第一接口，用于经由所述第一接口将发射探头与控制组件电连接。
发射探头的前端与人体头部相连，尾端与控制组件相连，由控制组件发出电信号驱动发射探头输出探测光信号。这样使得发射探头与控制组件之间通电信号进行信息交互，避免了光纤信号传输存在的信号干扰问题。
作为进一步的技术方案，所述接收探头的前端设有接收光纤通道，用于将来自人体头部的散射光导入接收探头；所述接收探头的尾端设有第二接口，用于经由所述第二接口将接收探头与控制组件电连接。
接收探头的前端与人体头部相连，尾端与控制组件相连，来自人体头部的散射光经由接收探头转换处理后以电信号的形式传输给控制组件。这样使得接收探头与控制组件之间通过电信号进行信息交互，提高了抗干扰能力。
作为进一步的技术方案，所述温度传感器设置在发射探头靠近发射光纤通道的一端，或设置在接收探头靠近接收光纤通道的一端。这样设置能够同步获得人体头部的温度信号与脑血流信号，无需额外的同步设备或同步控制方法，以最低的成本、最简单的结构和工作方式得到更丰富的生理监测数据。
作为进一步的技术方案，所述LED组件具有多组，多组所述LED组件在发射探头内层叠设置。所述LED组件的数量由所需波段的数量确定，需要两波段LED就设置两组LED组件，需要三波段LED就设置三组LED组件，且每组LED组件之间层叠设置。
作为进一步的技术方案，所述发射探头内层叠设置有多块电路板，其中一块电路板上单独集成LED驱动电路和电源模块，其他电路板上集成LED组件。多块电路板按照一块一层的结构设置在探头内。
进一步地，在发射探头最上层的电路板上集成单独的LED驱动电路，在该层电路板下方的其他层电路板上集成LED组件，即LED驱动电路和LED贴片。
作为进一步的技术方案，所述光电转换电路和信号处理电路在接收探头内层叠设置。所述光电转换电路和信号处理电路分别集成在电路板上，各自的电路板在接收探头内逐层设置。所述信号处理电路可包括信号放大电路和滤波电路，用于对光电转换后的信号进行放大、滤波后传输给控制组件，提高信号抗干扰能力。
根据本发明说明书的一方面，提供一种电极帽，配置有所述的发射探头和接收探头。该电极帽为便携式设置，在不使用时，拔出与发射探头和接收探头相连的电线，即可实现便携功能，使用时再将电线插上发射探头和接收探头，使控制组件与发射探头和接收探头电连接即可开始近红外脑功能成像操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明的发射探头和接收探头均采用高集成度结构，将LED组件集成在发射探头内，将光电检测和信号处理电路集成在接收探头内，发射探头与接收探头均通过电信号的方式与控制组件之间进行信息交互，既避免了光纤传输容易受外界信号干扰导致监测数据不准确的问题，又具有整体设备便携易操作的优势。
(2)本发明利用现有探头的尾部空间集成驱动电路，在不改变现有探头的体积的基础上，减小了控制组件的体积，同时简化了进入到探头内的输入信号，提高了抗干扰能力。
(3)本发明由控制组件发出的电信号来触发LED组件工作，避免了光信号传输存在的信号干扰问题。
(4)本发明的发射探头和接收探头具有可拔插接口，控制组件与发射探头和接收探头之间通过电线插入、拔出该接口来实现连接和断开，在不使用时，可将控制组件与发射探头和接收探头分开收纳及携带，相对于现有的近红外脑功能成像系统，本发明具有可便携优势。
附图说明
图1为根据本发明实施例的头戴式近红外脑功能成像系统的示意图。
图2为根据本发明实施例的发射探头的示意图。
图3为根据本发明实施例的接收探头的示意图。
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，所描述发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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
如图1，本实施例提供一种头戴式近红外脑功能成像系统，包括控制组件、发射探头和接收探头。控制组件和发射探头、接收探头之间均为电连接。
控制组件可采用控制板实现，或者具有发出控制信号、接收检测信号及进行信号处理功能的设备来实现，所采用的设备也可同时具备显示功能。
如图2所示，本实施例的发射探头内设有两块电路板，上层电路板上集成有电源和LED驱动电路，下层电路板上集成有LED驱动电路和多波段的单个LED贴片。本实施例将电源和LED驱动电路集成在发射探头内，在不改变现有发射探头的体积的基础上，减小了控制板的体积，同时简化了进入到发射探头内的输入信号，提高了抗干扰能力。
所述发射探头的前端设有发射光纤通道，用于将至少一组LED组件发出的光导出发射探头；所述发射探头的尾端设有第一接口，用于经由所述第一接口将发射探头与控制组件电连接。
发射探头的前端与人体头部相连，尾端与控制板相连，由控制板发出电信号驱动发射探头输出探测光信号。这样使得发射探头与控制板之间通电信号进行信息交互，避免了光纤信号传输存在的信号干扰问题。
所述发射探头尾端的第一接口为可拔插接口，发射探头与控制板之间通过该可拔插接口实现可拆卸连接。
如图3所示，本实施例的接收探头内设有两块电路板，下层电路板上集成有APD光电转换电路，上层电路板上集成有信号放大电路和滤波电路。
所述接收探头的前端设有接收光纤通道，用于将来自人体头部的散射光导入接收探头；所述接收探头的尾端设有第二接口，用于经由所述第二接口将接收探头与控制板电连接。
接收探头的前端与人体头部相连，尾端与控制板相连，来自人体头部的散射光经由接收探头转换处理后以电信号的形式传输给控制板。这样使得接收探头与控制板之间通过电信号进行信息交互，提高了抗干扰能力。
所述接收探头尾端的第二接口为可拔插接口，接收探头与控制板之间通过该可拔插接口实现可拆卸连接。
本实施例在接收探头靠近人体头部皮肤的一端设置温度传感器，所述温度传感器与控制板电连接，用于将采集的头部温度信号以电信号的方式传输给控制板，使控制板能够将同步获取的脑血流信号和温度信号相结合进行分析，为临床研究提供更丰富的数据支持。
本实施例在工作时，控制板发送控制信号给发射探头，驱动LED贴片发出多波段光照射在人体头部，接收探头通过接收光纤通道接收来自人体头部的散射光，通过APD光电转换电路把光信号转化为电信号，通过信号放大电路和滤波电路把电信号进行放大和滤波，然后以电信号的方式传输给控制板进行处理；同时，温度传感器采集人体头部的温度数据并通过第二接口以电信号的方式传输给控制板进行处理，控制板对同步获取的脑血流和温度的电信号进行综合分析。
本实施例结构简单，不会对原有电路造成较大影响，且工作原理及实现方式比较简单，能够以更低的成本得到更加丰富的生理数据监测。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例将温度传感器设置在发射探头内，位于发射探头与人体头部皮肤相连的一端。温度传感器通过单独的线路与控制板相连，一条线作为地线相连，另一条线作为信号线相连，在系统工作时，同步将人体头部的温度数据传输至控制板。
实施例3
本实施例提供一种壳体，用于装配实施例1和2所述的发射探头或接收探头。所述壳体为圆柱结构与圆锥结构的组合。所述壳体的圆锥结构的中部尖端用于设置光纤通道。所述壳体的圆柱结构的端部形成有盖体。
所述发射探头和接收探头的盖体上均设置有可拔插接口，用于通过线路与控制板电连接。所述盖体可采用塑料制成。
所述壳体的圆柱结构所形成的空腔，用于集成LED组件或光电转换电路或信号处理电路的电路板。
本实施例的壳体直径约为1.2cm。
本实施例电路板上集成的LED贴片的体积非常小，可以做到2mm左右的长宽尺寸。
实施例4
本实施例提供一种电极帽，该电极帽配置有所述的发射探头和接收探头。该电极帽为便携式设置，在不使用时，拔出与发射探头和接收探头相连的电线，即可实现便携功能，使用时再将电线插上发射探头和接收探头，使控制组件与发射探头和接收探头电连接即可开始近红外脑功能成像操作。
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。
Claims (9)
1.一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，包括控制组件、至少一个发射探头和至少一个接收探头，所述控制组件分别与发射探头和接收探头电连接；所述发射探头内集成有至少一组LED组件；所述接收探头内集成有光电转换电路和信号处理电路；所述发射探头和接收探头的任一者内集成有温度传感器，所述温度传感器与控制组件电连接。
2.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述LED组件包括LED驱动电路和LED贴片。
3.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述发射探头的前端设有发射光纤通道，用于将至少一组LED组件发出的光导出发射探头；所述发射探头的尾端设有第一接口，用于经由所述第一接口将发射探头与控制组件电连接。
4.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述接收探头的前端设有接收光纤通道，用于将来自人体头部的散射光导入接收探头；所述接收探头的尾端设有第二接口，用于经由所述第二接口将接收探头与控制组件电连接。
5.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述温度传感器设置在发射探头靠近发射光纤通道的一端，或设置在接收探头靠近接收光纤通道的一端。
6.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述LED组件具有多组，多组所述LED组件在发射探头内层叠设置。
7.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述发射探头内层叠设置有多块电路板，其中一块电路板上单独集成LED驱动电路和电源模块，其他电路板上集成LED组件。
8.根据权利要求1所述一种头戴式近红外脑功能成像系统，其特征在于，所述光电转换电路和信号处理电路在接收探头内层叠设置。
9.一种电极帽，其特征在于，配置有权利要求1-8任一项所述的发射探头和接收探头。
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