CN116616764A - 菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脑功能成像技术领域,涉及一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽及其使用方法,包括:帽体、激光光源探头和激光接收探头;所述帽体上设置若干连续排布的菱形区域,所述帽体的左半边排布的菱形区域与所述右半边排布的菱形区域对称,所述菱形区域的顶点处设置所述激光光源探头或激光接收探头。本发明中菱形设计具有内部空间灵活,可以明显提高覆盖范围内的检测通道密度,提高近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率等诸多优点,并且采用了左右半脑对称设计的方案,便于近红外对称脑区功能指标分析。

Description

菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽及其使用方法,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成像手段,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。水、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对光的吸收曲线如图1所示。由图1可知,水、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白等人体组织的主要成分对近红外光的吸收较弱,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散射,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。
近红外光谱脑功能成像系统中,近红外光通过激光光源探头入射大脑组织,穿过大脑组织后的出射光由激光接收探头检测。由于大脑组织对近红外光的散射和吸收作用,近红外光在大脑组织中的传播路径如图2所示。图2中,近红外光在大脑组织中的传播路径和探测深度由激光光源探头和激光接收探头之间的距离决定,激光光源探头和激光接收探头之间的距离较近时,近红外光在大脑组织中的传播路径较短,探测深度较浅;激光光源探头和激光接收探头之间的距离较远时,近红外光在大脑组织中的传播路径较长,探测深度较深。当激光光源探头和激光接收探头之间的距离过近时,近红外光的传播路径不通过大脑皮层,无法探测大脑皮层的功能活动;当激光光源探头和激光接收探头之间的距离过远时,由于大脑组织的散射和吸收作用,近红外光迅速衰减,导致激光接收探头接收到的光信号过于微弱且噪声水平较高。目前,国际上公认的激光光源探头和激光接收探头之间的较佳距离为2cm至5cm。
探头的摆放布局对于最终的成像结果非常重要,合理的空间分布会大大提高精度。传统的探头排布方式主要有正方形排布、正六边形排布等,正方形排布会导致内部空间覆盖面积过大,通道密度降低,正六边形排布会导致空间利用率低,探头排布较少、内部空间固定导致探头位置不易改变等缺点。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供了一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽及其使用方法,其设计了更为合理的激光探头位置。
为实现上述目的,本发明提出了以下技术方案:一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,包括:帽体、激光光源探头和激光接收探头;所述帽体上设置若干连续排布的菱形区域,所述帽体的左半边排布的菱形区域与所述右半边排布的菱形区域对称,所述菱形区域的顶点处设置所述激光光源探头或激光接收探头。
进一步,所述菱形区域的面积能够根据需要设置的激光光源探头和激光接收探头的数量进行调整。
进一步,通过调整所述菱形区域中与任一顶点相连的两条边的夹角设置所述菱形区域的面积。
进一步,每个所述菱形区域内设置的激光光源探头和激光接收探头的数量相等。
进一步,若某一所述菱形区域的顶点上设置激光光源探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光接收探头;若某一所述菱形区域的顶点上设置激光接收探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光光源探头。
本发明还公开了一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,用于如上述任一项所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,包括以下步骤:测量头围长度和头围宽度,并绘制平面图形;按照左右脑对称的方式,将菱形区域排布在所述平面图形上均匀填充,并将所述菱形的顶点标记为参考点;将激光光源探头和激光接收探头交错设置在所有的所述参考点。
进一步,所述头围长度为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;所述头围宽度为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。
进一步,所述头围长度大于等于所述头围宽度。
进一步,每个所述菱形区域内设置的激光光源探头和激光接收探头的数量相等。
进一步,若某一所述菱形区域的顶点上设置激光光源探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光接收探头;若某一所述菱形区域的顶点上设置激光接收探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光光源探头。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:
1、本发明中菱形设计具有内部空间灵活,可以明显提高覆盖范围内的检测通道密度,提高近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率等诸多优点,并且采用了左右半脑对称设计的方案,便于近红外对称脑区功能指标分析。
2、本发明基于菱形可随意改变形状的性质,提高了现有正方形、正六边形形等设计的近红外光谱脑功能成像头帽覆盖区域内检测通道密度,在保证光源和接收器距离不变的情况下根据探头数量任意改变其内部空间,大大提高了固定空间内的通道数量,从而提高了近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率。
附图说明
图1是水、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对光的吸收曲线图;
图2是近红外光在大脑组织中的传播路径图;
图3是本发明一实施例中设置菱形区域的示意图;
图4是本发明另一实施例中设置菱形区域的示意图;
图5是本发明第三个实施例中设置菱形区域的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案,通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解,具体实施方式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,所用到的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。
为了解决现有技术中正方形排布会导致内部空间覆盖面积过大,通道密度降低,正六边形排布会导致空间利用率低,探头排布较少、内部空间固定导致探头位置不易改变等缺点。本发明公开了一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽及其使用方法,其在帽体上设置若干连续排布的菱形区域,菱形相对于其他图形可以在保证光源与接收器距离保持不变的情况下最大限度的节省内部空间,以此实现在固定的区域面积内达到更多的通道数。下面结合附图,通过实施例对本发明方案进行详细说明。
实施例一
本实施例公开了一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,包括:帽体、激光光源探头和激光接收探头;帽体上设置若干连续排布的菱形区域,帽体的左半边排布的菱形区域与右半边排布的菱形区域对称,菱形区域的顶点处设置激光光源探头或激光接收探头。本实施例中菱形的菱形区域边长为3cm左右。本实施例中采用左右脑对称的设计方案,并最终计算通道数量。
菱形区域的面积能够根据需要设置的激光光源探头和激光接收探头的数量进行调整。如图3、图4和图5所示,通过调整菱形区域中与任一顶点相连的两条边的夹角设置菱形区域的面积。例如图3中顶点相连的两条边的夹角的角度较大,可以放置的激光光源探头和激光接收探头数量比较少,若激光光源探头和激光接收探头数量较多时,只需要减小顶点相连的两条边的夹角的角度。故本实施例中激光光源探头和激光接收探头数量可以根据需要设定。
本实施例中激光光源探头和激光接收探头分布在菱形区域内,上述帽体上设置若干插入激光光源探头和激光接收探头的孔,该孔的孔径应根据插入探头位置的传导近红外光的光纤的规格不同进行调整。每一个探头位置上,均可插入激光光源探头和激光接收探头。当一个激光光源探头和一个激光接收探头可以构成一个检测通道时,把它们所插入的探头位置互换,它们仍然可以构成一个检测通道。每个菱形区域内设置的激光光源探头和激光接收探头的数量相等。在菱形覆盖区域内设计了4个探头位置,分别位于菱形的四个顶点,两个光源和两个接收器交错排布,将所有光源和接收器均匀的分配在头帽上。若某一菱形区域的顶点上设置激光光源探头,则与顶点相连的顶点上设置激光接收探头;若某一菱形区域的顶点上设置激光接收探头,则与顶点相连的顶点上设置激光光源探头。
实施例二
基于相同的发明构思,本实施例公开了一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,用于如上述任一项的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,包括以下步骤:
S1测量头围长度和头围宽度,并绘制平面图形,如图3-5所示;
头围长度为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;头围宽度为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。头围长度大于等于头围宽度。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。
S2按照左右脑对称的方式,将菱形区域排布在平面图形上均匀填充,并将菱形的顶点标记为参考点;
每个菱形区域内设置的激光光源探头和激光接收探头的数量相等。
S3将激光光源探头和激光接收探头交错设置在所有的参考点,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。
若某一菱形区域的顶点上设置激光光源探头,则与顶点相连的顶点上设置激光接收探头;若某一菱形区域的顶点上设置激光接收探头,则与顶点相连的顶点上设置激光光源探头。其可以根据实时需求,通过改变菱形区域的压缩程度,在保证探头距不变额情况下,增加或减少探头的个数。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,其特征在于,包括:帽体、激光光源探头和激光接收探头;
所述帽体上设置若干连续排布的菱形区域,所述帽体的左半边排布的菱形区域与所述右半边排布的菱形区域对称,所述菱形区域的顶点处设置所述激光光源探头或激光接收探头。
2.如权利要求1所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,其特征在于,所述菱形区域的面积能够根据需要设置的激光光源探头和激光接收探头的数量进行调整。
3.如权利要求2所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,其特征在于,通过调整所述菱形区域中与任一顶点相连的两条边的夹角设置所述菱形区域的面积。
4.如权利要求1所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,其特征在于,每个所述菱形区域内设置的激光光源探头和激光接收探头的数量相等。
5.如权利要求4所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,其特征在于,若某一所述菱形区域的顶点上设置激光光源探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光接收探头;若某一所述菱形区域的顶点上设置激光接收探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光光源探头。
6.一种菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,其特征在于,用于如权利要求1-5任一项所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽,包括以下步骤:
测量头围长度和头围宽度,并绘制平面图形;
按照左右脑对称的方式,将菱形区域排布在所述平面图形上均匀填充,并将所述菱形的顶点标记为参考点;
将激光光源探头和激光接收探头交错设置在所有的所述参考点。
7.如权利要求6所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,其特征在于,所述头围长度为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;所述头围宽度为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。
8.如权利要求7所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,其特征在于,所述头围长度大于等于所述头围宽度。
9.如权利要求6所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,其特征在于,每个所述菱形区域内设置的激光光源探头和激光接收探头的数量相等。
10.如权利要求9所述的菱形高分辨率近红外光谱脑功能成像头帽的使用方法,其特征在于,若某一所述菱形区域的顶点上设置激光光源探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光接收探头;若某一所述菱形区域的顶点上设置激光接收探头,则与所述顶点相连的顶点上设置激光光源探头。
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