CN114245519A - 一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，包括控制组件和发射组件，所述控制组件和发射组件之间电连接；所述控制组件，用于生成并输出不同频率的驱动信号，以及生成并输出不同大小的电压信号；所述发射组件，用于根据驱动信号驱动发射组件发出不同频率的光，以及根据电压信号改变流经发射组件的电流大小。本发明通过简单电路的设计，实现了发射光信号的波长可调可选以及光强可调，提高了整个系统的适用范围，以较低的成本拓宽了对表皮到脑髓液间生理信号检测的研究场景。
Description
技术领域
本发明属于医疗影像技术领域，具体为一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统。
背景技术
近红外脑功能成像，又称功能近红外光谱(Functional near-infraredspectroscopy，fNIRS)，作为一种无创脑功能神经影像技术，具有操作简单、使用成本低、抗干扰性强、兼容性好等优势，可实现临床多种自然场景下患者脑功能的快速检查，在临床领域得到广泛应用。
目前的近红外扩散光学技术可以用来侦测脑部相关的功能性神经活动情形，主要通过使用在近红外光范围内不同波长的光线针对含氧血红素与缺氧血红素不同的吸收系数进行演算进而可以得到随着大脑活动而产生不同的血氧浓度。
利用光的某些特性进行各项生理研究指标，已日趋流行。如公开号CN103565440A的中国专利于2014年2月12日公开的一种大脑体积测量系统，利用光线通过大脑时，大脑结构的不同影响光学讯号在大脑中的分布情形来进行造影与量化分析。
目前，对于达到表皮到脑髓液间的相关生理指标的研究，备受研究者关注。但是市场上现有产品波段较为集中，可选空间小，不利于多场景的应用研究。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，以解决上述至少一个技术问题。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，包括控制组件和发射组件，所述控制组件和发射组件之间电连接；所述控制组件，用于生成并输出不同频率的驱动信号，以及生成并输出不同大小的电压信号；所述发射组件，用于根据驱动信号驱动发射组件发出不同频率的光，以及根据电压信号改变流经发射组件的电流大小。
上述技术方案中，控制组件和发射组件之间以电信号的方式进行信息传输，信号干扰较小，保证了研究结果的准确性；控制组件通过输出多个不同频率的驱动信号给发射组件，使发射组件中多个发光元件分别发出不同波长的光，同时，控制组件通过输出多个不同大小的电压信号给发射组件，使发射组件中流经对应发光元件的电流大小不同，产生具有不同光强的光，最终形成不同波长、不同光强的光信号的同时发射。
上述技术方案通过简单电路的设计，实现了发射光信号的波长可调可选以及光强可调，提高了整个系统的适用范围，以较低的成本拓宽了对表皮到脑髓液间生理信号检测的研究场景。
作为进一步的技术方案，所述发射组件内集成有多个LED，每一LED对应一驱动电路，所述驱动电路与控制组件电连接。该技术方案通过控制组件发送驱动信号给驱动电路，使驱动电路驱动LED发光，多个不同频率的驱动信号驱动多个LED发出不同波长的光，从而通过控制组件端对驱动信号频率的设置，实现不同波长光的发射，提高了发射光波长的可选择空间。
作为进一步的技术方案，多个所述驱动电路分别接入不同频率的驱动信号，用于驱动多个LED分别发出不同波长的光。不同频率的驱动信号驱动不同的LED发光，同时获取具有不同波长的光信号，拓展了整个系统的适用面。
作为进一步的技术方案，所述驱动电路包括三极管，所述三极管的通断由控制组件发出的驱动信号控制，所述三极管的集电极电压由控制组件发出的电压信号控制。该技术方案中，驱动电路接收到驱动信号，则驱动对应的三极管导通，使对应的LED发光；驱动电路接收到电压信号，使三极管的集电极获得电压，并依据电压的大小改变流经LED的电流大小，使LED发出的光的光强改变。该技术方案通过对三极管的控制实现了对LED发光的波长及光强的控制。
作为进一步的技术方案，所述控制组件具有处理单元，用于生成不同频率的PWM波信号；DA转换单元，用于对处理单元生成的数字信号进行DA转换得到不同大小的模拟电压信号。该技术方案中，处理单元可采用单片机、MCU等实现，DA转换单元可采用高速DA采集芯片，处理单元和DA转换单元均可集成在电路板上且所占空间较小，并且由于控制组件与发射组件电连接的形式，在不使用时可将控制组件与发射组件拆开来分别存储或携带，提高整体系统的便携性。
作为进一步的技术方案，所述DA转换模块为多通道模块，用于输出多路不同大小的模拟电压信号。这里可以依据实际研究需要设定多通道的数量，每一通道输出不同的模拟电压信号。进一步来说，多通道的数量可由硬件终端发送指令来设置或由软件应用程序进行设置。
作为进一步的技术方案，所述控制组件与发射组件之间通过两条线路连接，一路用于传输驱动信号，一路用于传输电压信号。该技术方案中，两条线路都是可拔插的方式连接在控制组件和发射组件之间，线路连接方便，且不会干扰监测信号，整体系统具有很好的便携性。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的系统由控制组件和发射组件构成，控制组件和发射组件之间以电信号的方式进行信息传输，信号干扰较小，保证了研究结果的准确性；控制组件通过输出多个不同频率的驱动信号给发射组件，使发射组件中多个发光元件分别发出不同波长的光，同时，控制组件通过输出多个不同大小的电压信号给发射组件，使发射组件中流经对应发光元件的电流大小不同，产生具有不同光强的光，最终形成不同波长、不同光强的光信号的同时发射。
(2)本发明通过简单电路的设计，实现了发射光信号的波长可调可选以及光强可调，提高了整个系统的适用范围，以较低的成本拓宽了对表皮到脑髓液间生理信号检测的研究场景。
(3)本发明在控制组件和发射组件之间通过两条线路进行电连接，两条线路都是可拔插的方式连接在控制组件和发射组件之间，线路连接方便，且不会干扰监测信号，整体系统具有很好的便携性。
附图说明
图1为根据本发明实施例的多波段调制光发射系统的示意图。
图2为根据本发明实施例的发射组件内的驱动电路示意图。
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所示，本实施例提供一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，包括控制组件和发射组件，所述控制组件和发射组件之间电连接。
所述控制组件可采用控制板实现，或者具有发出控制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。
本实施例中，所述控制组件采用控制板实现，所述控制板上集成有单片机和DA芯片。这里也可以在控制板上集成电源，或者由外部电源给控制板供电。
单片机生成PWM波作为驱动信号，根据需要生成不同频率的PWM波信号并以电信号的方式传输至发射组件。
单片机发出数字信号，通过DA芯片转换成模拟电压值并输出至发射组件。DA芯片输出的模拟电压通过改变发射组件内流经发光元件的电流大小，来改变发光元件的亮度。
本实施例中，所述发射组件内集成有三个LED，每一LED对应一驱动电路，用于驱动三个LED发出不同波长的光。其电压工作范围为3-5.5V。
优选地，发射组件内设有三块电路板，每层电路板上分别集成有LED驱动电路和多波段的单个LED贴片，最上层电路板上集成有电源。本实施例将电源和LED驱动电路集成在发射组件内，简小了控制端的体积，简化了进入到发射组件内的输入信号，提高了抗干扰能力。
所述发射组件的尾部设有可拔插式接口，用于经由该可拔插式接口实现控制组件与发射组件之间的可拆卸连接。
发射组件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组件输出探测光信号。这样使得发射组件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。
如图2所示，所述驱动电路包括三极管，当接入PWM波驱动信号时，三极管导通，对应的LED发光。当调整控制端输出的模拟电压值时，发射端三极管的集电极电压对应调整，使得流经LED的电流大小改变，进而使LED的光强改变。
本实施例可通过不同频率的PWM波驱动信号控制LED发出不同波长的光，通过不同大小的模拟电压值控制LED发出不同亮度的光。
本实施例在发射组件内集成了三个LED及对应的三个驱动电路，通过在控制端进行PWM波驱动信号的频率设置，可得到三种不同波长的光。
本实施例通过控制端对驱动信号频率的设置，实现不同波长光的发射，提高了发射光波长的可选择空间。
本实施例中，所述控制组件与发射组件之间通过两条线路连接，一路用于传输驱动信号，一路用于传输电压信号。两条线路都是可拔插的方式连接在控制组件和发射组件之间，线路连接方便，且不会干扰监测信号，整体系统具有很好的便携性。
实施例2
本实施例中，所述控制组件与管理终端相连，用于根据管理终端发送的指令确定输出模拟电压信号的通道。举例而言，对于只需一种波长光进行探测的场景，可通过管理终端发送指令确定对应通道，然后由单片机根据所需输出波长确定驱动信号频率并输出给发射组件。
本实施例根据研究场景的不同选择不同的驱动信号输出通道，实现不同波长光的自由选择和组合，拓宽了研究范围。
所述管理终端包括硬件终端或软件应用程序。本实施例不限定提供通道指令的终端的形式，通过硬件驱动或通过软件程序驱动均可以，只要能够实现指令的输送即可，从而提高了整体系统的适用性。
本实施例可对通道进行自由选择，对感兴趣的通道进行指定，并控制DA模块在指定时段对感兴趣的通道内的信号进行采样；或者，对不感兴趣的通道进行指定，并控制DA模块在指定时段对不感兴趣的通道不进行采样，实现了通道的自由组合，极大拓展了近红外脑功能成像的应用场景，且无需额外增加成本。
实施例3
本实施例提供一种壳体，用于装配实施例1所述的发射组件。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。
所述发射组件的盖体上均设置有可拔插式接口，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，用于设置集成LED及驱动电路的电路板。
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。
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 (8)
1.一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，包括控制组件和发射组件，所述控制组件和发射组件之间电连接；所述控制组件，用于生成并输出不同频率的驱动信号，以及生成并输出不同大小的电压信号；所述发射组件，用于根据驱动信号驱动发射组件发出不同频率的光，以及根据电压信号改变流经发射组件的电流大小。
2.根据权利要求1所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，所述发射组件内集成有多个LED，每一LED对应一驱动电路，所述驱动电路与控制组件电连接。
3.根据权利要求2所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，多个所述驱动电路分别接入不同频率的驱动信号，用于驱动多个LED分别发出不同波长的光。
4.根据权利要求2所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，所述驱动电路包括三极管，所述三极管的通断由控制组件发出的驱动信号控制，所述三极管的集电极电压由控制组件发出的电压信号控制。
5.根据权利要求1所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，所述控制组件具有处理单元，用于生成不同频率的PWM波信号；DA转换单元，用于对处理单元生成的数字信号进行DA转换得到不同大小的模拟电压信号。
6.根据权利要求5所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，所述DA转换模块为多通道模块，用于输出多路不同大小的模拟电压信号。
7.根据权利要求1所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，所述控制组件与发射组件之间通过两条线路连接，一路用于传输驱动信号，一路用于传输电压信号。
8.根据权利要求5所述一种用于穿透大脑皮层到脑髓液的多波段高频光发射系统，其特征在于，所述控制组件连接有管理终端，用于根据管理终端发送的指令确定DA转换单元的采集通道。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102665332A (zh) * | 2012-04-19 | 2012-09-12 | 重庆邦桥科技有限公司 | 一种照明灯具控制装置及照明系统 |
| CN103166904A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-06-19 | 中国科学院自动化研究所 | 一种多路载波光信号的并行发射方法及系统 |
| CN113080848A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-09 | 深圳德技医疗器械有限公司 | 近红外光皮肤检测装置及方法 |
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