CN115040120A - 一种集成化近红外脑成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成化近红外脑成像系统，包括头套、近红外成像装置和供电装置，近红外成像装置和供电装置均设置在头套上，供电装置电连接所述近红外成像装置；近红外成像装置包括防护外壳、弹性板、左活动块、右活动块、前额探头、光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块，防护外壳连接弹性板，弹性板两端分别连接左活动块和右活动块，左活动块和右活动块均连接头套。本发明的优点在于，该红外脑成像系统提高了该红外脑成像系统测试精度和稳定性，并且将光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块集成化设在近红外成像模块上，消除现有红外脑成像系统功能模块间运动伪迹引入的信号误差，保证了红外脑成像系统测试信号的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及脑机接口技术领域，具体为一种集成化近红外脑成像系统。
背景技术
功能性近红外光谱技术(fNIRS)是一种无创、性价比高、低噪声、使用便捷且可连续测量的光学脑成像技术，在自然情境下的高级认知、发展心理学、异常心理学等领域具有广泛应用前景。fNIRS利用大脑组织的光穿透性和血液组织中某些生色团对特定频谱近红外光的特异吸收性，测量与大脑皮层活动的能量供应和新陈代谢密切相关的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白，进而获得大脑皮层组织的血液动力学变化指标。相对于功能性核磁共振成像技术(fMRI)，fNIRS具有更高的时间分辨率(几毫秒到几十毫秒)，对被试身体活动限制较小，可以提供更为丰富的皮层血氧代谢信息(包括含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白和总血红蛋白等浓度变化信息)。同时，fNIRS在价格、操作便利性、设备的可移动性以及兼容性上均优于fMRI。与脑电图(EEG)相比，fNIRS具有更高的空间分辨率(厘米量级)和更好的抗噪声性能，可以在任何时间、任何地点进行长时间不间断测量。
但是，fNIRS每个信息通道均由多波长光源及对应波长的光电转换器组成，相对于EEG的电极/电信号放大器构成方式，fNIRS系统更加复杂，故仍以对设备体积、成本、易用性不敏感的多导联科研级应用为主。随着靶向性脑功能疾病诊疗技术的发展，有必要开发集成化、穿戴式、专用化的近红外脑成像系统，实现自然情境脑信息的长时监测，拓展fNIRS脑机接口技术的应用方向。
目前，近红外脑成像系统大部分由光极帽、光极(包括光源光极、接收光极)、光缆或电缆、光源调控与信号处理系统组成。其中，光极通过光极帽固定在头部感兴趣区域，光源调控与信号处理系统布置在远端控制柜或以控制盒形态放置在背包内提高便携性，光缆或电缆在其中起到信号传递作用。但是上述分布式布局导致近红外脑成像系统庞杂、成本高昂、操作复杂；此外，中间光缆或电缆在运动场景测试过程中会引入运动伪迹，降低测试精度和信号稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种集成化、提高测试精度和信号稳定性的脑成像系统。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种集成化近红外脑成像系统，包括头套、近红外成像装置和供电装置，所述近红外成像装置和供电装置均设置在头套上，所述供电装置电连接所述近红外成像装置；
所述近红外成像装置包括防护外壳、弹性板、左活动块、右活动块、前额探头、光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块，所述防护外壳连接所述弹性板，所述弹性板两端靠近防护外壳的一侧分别连接左活动块和右活动块，所述左活动块和右活动块均连接头套，所述弹性板上设置有三个前额探头，所述防护外壳上设有光源发射模块和信号处理模块，所述左活动块和右活动块内部均设有电连接信号处理模块的光电检测模块，所述光源发射模块的输出端连接弹性板中部的前额探头，所述左活动块上的光电检测模块连接弹性板左侧的前额探头，所述右活动块上的光电检测模块连接弹性板右侧的前额探头，所述光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块均电连接供电装置。
该红外脑成像系统的左活动块和右活动块能够随弹性板的弯曲变形而移动，保证光电检测模块不会因为前额探头适配不同的额头曲率而和前额探头发生相对位移，进而提高了该红外脑成像系统测试精度和稳定性，并且将光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块集成化设在近红外成像模块上，消除现有红外脑成像系统功能模块间运动伪迹引入的信号误差，保证了红外脑成像系统测试信号的稳定性。
优选地，所述光源发射模块包括中央安装板、光源和第一导光纤维，所述光源发射模块固定在防护外壳内，所述光源和第一导光纤维固定在中央安装板上，所述第一导光纤维连接弹性板中部的前额探头，所述信号处理模块固定在中央安装板顶部。
优选地，所述第一导电光纤维由两组光纤维组成。
优选地，所述光电检测模块包括光电检测板、光电传感器和第二导光纤维，两个光电检测板分别固定在左活动块和右活动块上，所述光电检测板上固定光电传感器，左活动块和右活动块上的光电传感器分别通过第二导光纤维连接弹性板左侧的前额探头和弹性板右侧的前额探头。
优选地，两个光电检测板均通过检测板压块固定在左活动块和右活动块上，所述第二导光纤维贯穿检测板压块连接前额探头。
优选地，所述第二导电光纤维由两组光纤维组成。
优选地，所述前额探头上还设有卡接部；在卡接部上安装电极片，还能实现脑电信号的测试，形成脑电-近红外脑血氧混合脑机接口系统，应用范围更广。
优选地，所述头套包括横向头带、纵向头带和调节装置，两个横向头带一端分别连接左活动块和右活动块，另一端通过调节装置连接成能够包裹头部的环形状，两个纵向头带一端分别对应的连接在两个横向头带上，另一端通过调节装置连接，驱动所述调节装置来调节横向头带和纵向头带的松紧。
优选地，所述调节装置包括带套、螺杆和旋钮，所述带套套设在横向头带一端端部和纵向头带一端端部，套设在带套内的横向头带和纵向头带上均设有能够与螺杆配合的锯齿，所述螺杆能够转动的固定在带套上，所述旋钮连接螺杆。
优选地，两个横向头带分别通过万向节结构连接左活动块和右活动块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该红外脑成像系统的左活动块和右活动块能够随弹性板的弯曲变形而移动，保证光电检测模块不会因为前额探头适配不同的额头曲率而和前额探头发生相对位移，进而提高了该红外脑成像系统测试精度和稳定性，并且将光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块集成化设在近红外成像模块上，消除现有红外脑成像系统功能模块间运动伪迹引入的信号误差，保证了红外脑成像系统测试信号的稳定性。
2、通过设有卡接部，在卡接部上安装电极片，还能实现脑电信号的测试，形成脑电-近红外脑血氧混合脑机接口系统，应用范围更广。
附图说明
图1为本发明实施例的一种集成化近红外脑成像系统的结构示意图；
图2为本发明实施例调节装置的结构示意图；
图3为本发明实施例近红外成像装置的结构示意图；
图4为本发明实施例近红外成像装置的爆炸图；
图5为本发明实施例弹性板的结构示意图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，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该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，本实施例公开了一种集成化近红外脑成像系统，包括头套1、近红外成像装置2和供电装置3，所述近红外成像装置2和供电装置3均设置在头套1上，所述供电装置3电连接所述近红外成像装置2为其提供电力。
所述头套1包括横向头带11、纵向头带12和调节装置13，两个横向头带11一端分别连接近红外成像装置2两端，另一端通过调节装置13连接成能够包裹头部的环形状，两个纵向头带12一端分别对应的连接在两个横向头带11上，另一端通过调节装置13连接，驱动所述调节装置13来调节横向头带11和纵向头带12的松紧，保证近红外成像装置2能够稳定贴合在额头。
参阅图2，所述调节装置13包括带套131、螺杆132和旋钮133，两个带套131分别对应的套设在横向头带横向头带11一端端部和纵向头带12一端端部，套设在带套131内的横向头带11和纵向头带12上均设有能够与螺杆132配合的锯齿，所述螺杆132能够转动的固定在带套131上，所述旋钮133连接螺杆132；具体的，通过转动旋钮133带动螺杆132转动，进而带动横向头带11和纵向头带12在螺杆132上直线运动，实现横向头带11和纵向头带12的松紧调节，保证近红外成像装置2能够稳定贴合在额头。
进一步的，两个横向头带11端部分别通过万向节结构4连接近红外成像装置2，使得近红外成像装置2在横向头带11和纵向头带12收紧时，可以自动贴合前额，实现近红外成像装置2与额头的稳固、柔顺贴合，解决长期佩戴舒适性问题。
所述近红外成像装置2包括防护外壳21、弹性板22、左活动块23、右活动块24、前额探头25、光源发射模块26、光电检测模块27和信号处理模块28，所述防护外壳21内部呈中空状，防护外壳21连接所述弹性板22的中部，所述弹性板22为沟折弹性结构，所述弹性板22两端靠近防护外壳21的一侧分别连接左活动块23和右活动块24，所述左活动块23和右活动块24分别通过万向节结构4连接横向头带11，所述弹性板22上设置有三个前额探头25，所述防护外壳21上设有光源发射模块26和信号处理模块28，所述左活动块23和右活动块24内部均设有电连接信号处理模块28的光电检测模块27，所述信号处理模块28通过蓝牙连接外部的上位机，将处理后的信号发生至上位机。
所述光源发射模块26的输出端连接弹性板22中部的前额探头25，所述左活动块23上的光电检测模块27连接弹性板22左侧的前额探头25，所述右活动块上的光电检测模块27连接弹性板22右侧的前额探头25。
所述光源发射模块26、光电检测模块27和信号处理模块28均电连接供电装置3。
该红外脑成像系统的左活动块23和右活动块24能够随弹性板22的弯曲变形而移动，保证光电检测模块27不会因为前额探头25适配不同的额头曲率而和前额探头25发生相对位移，进而提高了该红外脑成像系统测试精度和稳定性，并且将光源发射模块26、光电检测模块27和信号处理模块28集成化设在近红外成像模块2上，消除现有红外脑成像系统功能模块间运动伪迹引入的信号误差，保证了红外脑成像系统测试信号的稳定性。
所述光源发射模块26包括中央安装板261、光源262和第一导光纤维263，所述光源发射模块26固定在防护外壳21内，所述光源262和第一导光纤维固定在中央安装板263上，所述第一导光纤维263连接弹性板22中部的前额探头25，所述信号处理模块28固定在中央安装板261顶部。
所述光电检测模块27包括光电检测板271、检测板压块272、光电传感器273和第二导光纤维274，两个光电检测板271均通过检测板压块272分别固定在左活动块23和右活动块24上，所述光电检测板271上固定光电传感器273，左活动块23和右活动块24上的光电传感器273分别通过第二导光纤维274贯穿检测板压块272连接弹性板22左侧的前额探头25和弹性板22右侧的前额探头25。
所述第一导电光纤维263和第二导电光纤维274均由两组光纤维组成。
具体的，光源发射模块26上的第一导光纤维263将光源262上两种分别为760nm和850nm的波长的近红外光传输到前额，经脑组织散射后光信号由弹性板22两侧前额探头25中的第二导电光纤维274传到光电检测板26上有两颗独立的光电传感器273，分别检测760nm和850nm波长的散射后红外光，经过放大运算将信号传输到信号处理模块28上，进行进一步的运算处理，处理结果通过蓝牙发给上位机。
进一步的，连接前额探头25上的导电光纤维均采用竖向直列安装，保证光源和信号采集点位置的精确性。
进一步的，所述前额探头25上还设有卡接部251，在卡接部251上安装电极片，还能实现脑电信号的测试，形成脑电-近红外脑血氧混合脑机接口系统，应用范围更广。
本实施例的工作原理为：将头套1戴设在头部，转动旋钮133带动螺杆132转动，进而带动横向头带11和纵向头带12在螺杆132上直线运动，实现横向头带11和纵向头带12的松紧调节，保证近红外成像装置2上的前额探头25稳定贴合在额头。
然后打开光源262，通过第一导光纤维263将光源262上两种分别为760nm和850nm的波长的近红外光传输到前额，经脑组织散射后光信号由弹性板22两侧前额探头25中的第二导电光纤维274传到光电检测板26上有两颗独立的光电传感器273，分别检测760nm和850nm波长的散射后红外光，经过放大运算将信号传输到信号处理模块28上，进行进一步的运算处理，处理结果通过蓝牙发给上位机，实现红外脑成像系统测试。在测试过程中，通过供电装置3为光源发射模块26、光电检测模块27和信号处理模块28提供电力。
当需要脑电信号的测试时，在卡接部251上安装电极片即可实现脑电信号的测试。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：包括头套、近红外成像装置和供电装置，所述近红外成像装置和供电装置均设置在头套上，所述供电装置电连接所述近红外成像装置；
所述近红外成像装置包括防护外壳、弹性板、左活动块、右活动块、前额探头、光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块，所述防护外壳连接所述弹性板，所述弹性板两端靠近防护外壳的一侧分别连接左活动块和右活动块，所述左活动块和右活动块均连接头套，所述弹性板上设置有三个前额探头，所述防护外壳上设有光源发射模块和信号处理模块，所述左活动块和右活动块内部均设有电连接信号处理模块的光电检测模块，所述光源发射模块的输出端连接弹性板中部的前额探头，所述左活动块上的光电检测模块连接弹性板左侧的前额探头，所述右活动块上的光电检测模块连接弹性板右侧的前额探头，所述光源发射模块、光电检测模块和信号处理模块均电连接供电装置。
2.根据权利要求1所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述光源发射模块包括中央安装板、光源和第一导光纤维，所述光源发射模块固定在防护外壳内，所述光源和第一导光纤维固定在中央安装板上，所述第一导光纤维连接弹性板中部的前额探头，所述信号处理模块固定在中央安装板顶部。
3.根据权利要求2所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述第一导电光纤维由两组光纤维组成。
4.根据权利要求1所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述光电检测模块包括光电检测板、光电传感器和第二导光纤维，两个光电检测板分别固定在左活动块和右活动块上，所述光电检测板上固定光电传感器，左活动块和右活动块上的光电传感器分别通过第二导光纤维连接弹性板左侧的前额探头和弹性板右侧的前额探头。
5.根据权利要求4所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：两个光电检测板均通过检测板压块固定在左活动块和右活动块上，所述第二导光纤维贯穿检测板压块连接前额探头。
6.根据权利要求4所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述第二导电光纤维由两组光纤维组成。
7.根据权利要求1所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述前额探头上还设有卡接部。
8.根据权利要求1所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述头套包括横向头带、纵向头带和调节装置，两个横向头带一端分别连接左活动块和右活动块，另一端通过调节装置连接成能够包裹头部的环形状，两个纵向头带一端分别对应的连接在两个横向头带上，另一端通过调节装置连接，驱动所述调节装置来调节横向头带和纵向头带的松紧。
9.根据权利要求8所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：所述调节装置包括带套、螺杆和旋钮，所述带套套设在横向头带一端端部和纵向头带一端端部，套设在带套内的横向头带和纵向头带上均设有能够与螺杆配合的锯齿，所述螺杆能够转动的固定在带套上，所述旋钮连接螺杆。
10.根据权利要求8所述的一种集成化近红外脑成像系统，其特征在于：两个横向头带分别通过万向节结构连接左活动块和右活动块。
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| CN202210609857.8A CN115040120A (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种集成化近红外脑成像系统 |
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| CN (1) | CN115040120A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115587975A (zh) * | 2022-09-28 | 2023-01-10 | 国网湖北省电力有限公司超高压公司 | 充油设备套管积污缺陷诊断系统、方法和介质 |
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2022
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