CN108903915B - 一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位方法，包括如下步骤：S1、通过定位装置采集头部生理特征点的空间坐标；S2、为受试者头部选择对应测量头帽；S3、预设探头采集顺序，并对探头依次设定序号，并根据探头序号依次用传感探针采集各个探头空间坐标位置；S4、采集探头空间坐标位置；S5、将所计算的探头坐标数据记录在存储部件中，控制部件中的逻辑判断模块会依据已测量探头坐标的相对几何关系计算匹配度，匹配度低于预设阈值则提示当前选点数据存在错误，需要重新采集，直至完成整个采集过程。本发明便于及时重新采集纠正测量点的数据。

Description

一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位装置和方法

技术领域

本发明涉及一种近红外光谱脑功能成像领域，具体涉及一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位装置和方法。

背景技术

近红外光谱脑功能成像(functional Near-infrared Spectroscopy,fNIRS)是一种新型的脑功能成像技术。利用近红外光和发射探头-接收探头组成的多通道传感，基于神经-血氧耦合机制，fNIRS可以穿透颅骨、高时间分辨的探测和成像脑活动激活的变化，有效地对脑功能进行可视化和定量评估。

发射探头装备有光源原件，用于产生近红外光；接收探头装备有光敏原件，用于接收二次穿透颅骨散射的光信号。成像过程中，发射探头与接收探头呈一定规则排布于被试的头表面，各个探头的位置信息对于后续的数据处理分析与脑功能影像重建非常重要。所以探头的定位过程是近红外脑功能成像系统的一个重要组成部分。

中国专利(申请号：2012800770937)公布了一种用于光生物体测量装置的位置测量装置，是基于发射探头-接收探头组成的特定通道信息，将所测量的发射探头与接收探头位置点相连接而成表示通道的线段并显示，方便使用者与预设通道情况进行对比，判断探头定位顺序是否正确。但是，该方法并未在定位测量过程中提供辅助与纠错，在全部测量定位程序完成后只能依靠操作者自身经验进行判断，也不易于更正。

此外，已有的定位方法所选点测量的是探头外壳，而探头外壳由于其自身具有一定的尺寸，在选点测量过程中确定的点的位置与光源或是光纤末端实际存在的位置具有一定的偏差。由于在定量研究中对测量精度要求较高，这种偏差会对测量结果的可靠性带来较大的影响。

针对现实需求和现有定位方案存在的缺点，我们要解决的问题是，提供一种在近红外脑功能成像过程中，能够辅助操作者准确实现探头顺序定位的装置和方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于在近红外光谱脑功能成像系统中进行定位的方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过定位装置采集头部生理特征点的空间坐标；

S2、根据采集的生理区域选择发射与接收探头数量、发射-接收通道连接数量，确定探头的拓扑排列结构，为受试者头部选择对应测量头帽；

S3、预设探头采集顺序，并对探头依次设定序号；显示部件会根据所设定的探头拓扑排列结构，在显示系统上高亮显示当前需要测量探头序号，并根据探头序号依次用传感探针采集各个探头空间坐标位置；

S4、采集探头空间坐标位置，在该探头外壳外侧预留测量点各采集一次，控制部件会计算测量点的中心点数据作为对应的光源或是光纤末端的坐标数据，也以此作为该探头的坐标数据；

S5、将所计算的探头坐标数据记录在存储部件中，控制部件中的逻辑判断模块会依据已测量探头坐标的相对几何关系计算匹配度，匹配度低于预设阈值则提示当前选点数据存在错误，需要重新采集，直至完成整个采集过程。

进一步的，其特征在于：

所述步骤S4中已测量探头坐标的相对几何关系是指在采集探头坐标的位置过程中，已采集的至少两个探头坐标之间存在一个相对的位置关系，该相对的位置关系用于与系统中预存的相应的标准配置图进行匹配度的计算；其中，匹配度计算公式如下：

式子中：

i:当前测量的探头序号；

j：探头序号，j∈(1，i-1)；

d_ij:探头i到探头j的距离设计值；

d＇_ij:探头i到探头j的距离测量值；

d_th:预设的距离容差值；

a_ij:探头j、探头i、探头k形成∠jik的角度设计值，其中，以探头i为中心，探头i与探头j的连线绕中心按照逆时针顺序扫过的下一个探头为探头k；

a＇_ij:探头j、探头i、探头k形成的∠jik的角度测量值，如果探头k未测量，则其值等于a_ij；

a_th:预设的角度容差值；

∏：表示对多个“逻辑与”的计算；

表示“逻辑与”的计算。

进一步的，所述生理特征点为鼻根、枕骨隆突、左耳乳突、右耳乳突。

一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位装置，其特征在于：

包括定位装置1、存储部件2、显示部件3、控制部件4；

其中定位装置1用于对测量点进行定位；

所述显示部件3用于在近红外光谱脑功能成像过程中显示三维头部图像以及定位装置在头部的三维图像；

所述存储部件2用于存储不同的探头排布的标准配置图、测量得到的探头坐标值以及匹配度计算公式；

所述控制部件4用于控制在显示系统上对当前需要测量的探头序号进行高亮显示，并且计算已采集的至少两个探头坐标之间的相对位置关系，并将该相对位置关于与相应的探头排布标准配置图进行匹配度计算，如果匹配度低于预设阈值则在显示部件上提示操作者当前选点数据存在错误，需要重新采集，直至完成整个采集过程。

进一步的，所述定位装置1包括测量头帽11和电磁定位装置12；

其中所述测量头帽11包括契合人体头部的垫层113，以及设置在所述垫层113上的多个接收探头111和发射探头112；

所述电磁定位装置12包括基座121，设置在所述基座121上的磁场源122，以及连接所述磁场源122的传感探针123。

进一步的，所述发射探头112包括外壳1121以及设置在所述外壳1121内的光源，所述外壳1121侧面阵列设置有多个凹槽1122。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

(1)采集过程中，控制部件中的逻辑判断模块会依据已测量探头坐标的相对几何关系计算匹配度，判断测量是否准确与合理，出现误差可以即时提醒测试者，便于及时重新采集纠正。

(2)利用每个探头外壳上预留阵列设置的测量点，可以通过多次测量计算连线中点的方式，更精确地定位光纤末端位置或是光源位置，减少了外壳对于定位测量的影响。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明装置的原理图；

图2是本发明测量头帽的结构示意图；

图3是本发明电磁定位装置的结构示意图；

图4是本发明发射探头的结构示意图；

图中：定位装置1，测量头帽11，接收探头111、发射探头112、垫层113；电磁定位装置12，基座121、磁场源122、传感探针123；发射探头112、外壳1121；光源；凹槽1122；存储部件2、显示部件3、控制部件4。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图4，本发明一较佳实施例所述的一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位方法，包括如下步骤：

S1、通过定位装置采集头部生理特征点的空间坐标；

S2、根据采集的生理区域选择发射与接收探头数量、发射-接收通道连接数量，确定探头的拓扑排列结构，为受试者头部选择对应测量头帽；

S3、预设探头采集顺序，并对探头依次设定序号；显示部件会根据所设定的探头拓扑排列结构，在显示系统上高亮显示当前需要测量探头序号，并根据探头序号依次用传感探针采集各个探头空间坐标位置；

S4、采集探头空间坐标位置，在该探头外壳外侧预留测量点各采集一次，控制部件会计算测量点的中心点数据作为对应的光源或是光纤末端的坐标数据，也以此作为该探头的坐标数据；

S5、将所计算的探头坐标数据记录在存储部件中，控制部件中的逻辑判断模块会依据已测量探头坐标的相对几何关系计算匹配度，匹配度低于预设阈值则提示当前选点数据存在错误，需要重新采集，直至完成整个采集过程。

-所述步骤S4中已测量探头坐标的相对几何关系是指在采集探头坐标的位置过程中，已采集的至少两个探头坐标之间存在一个相对的位置关系，该相对的位置关系用于与系统中预存的相应的标准配置图进行匹配度的计算；其中，匹配度计算公式如下：

式子中：

i:当前测量的探头序号；

j：探头序号，j∈(1，i-1)；

d_ij:探头i到探头j的距离设计值；

d′_ij:探头i到探头j的距离测量值；

d_th:预设的距离容差值；

a_ij:探头j、探头i、探头k形成∠jik的角度设计值，其中，以探头i为中心，探头i与探头j的连线绕中心按照逆时针顺序扫过的下一个探头为探头k；

a′_ij:探头j、探头i、探头k形成的∠jik的角度测量值，如果探头k未测量，则其值等于a_ij；

a_th:预设的角度容差值；

∏：表示对多个“逻辑与”的计算；

表示“逻辑与”的计算。

-所述生理特征点为鼻根、枕骨隆突、左耳乳突、右耳乳突。

一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位装置，包括定位装置1、存储部件2、显示部件3、控制部件4；

其中定位装置1用于对测量点进行定位；

所述显示部件3用于在近红外光谱脑功能成像过程中显示三维头部图像以及定位装置在头部的三维图像；

所述存储部件2用于存储不同的探头排布的标准配置图、测量得到的探头坐标值以及匹配度计算公式；

所述控制部件4用于控制在显示系统上对当前需要测量的探头序号进行高亮显示，并且计算已采集的至少两个探头坐标之间的相对位置关系，并将该相对位置关于与相应的探头排布标准配置图进行匹配度计算，如果匹配度低于预设阈值则在显示部件上提示操作者当前选点数据存在错误，需要重新采集，直至完成整个采集过程。

-所述定位装置1包括测量头帽11和电磁定位装置12；

其中所述测量头帽11包括契合人体头部的垫层113，以及设置在所述垫层113上的多个接收探头111和发射探头112；

所述电磁定位装置12包括基座121，设置在所述基座121上的磁场源122，以及连接所述磁场源122的传感探针123。

-所述发射探头112包括外壳1121以及设置在所述外壳1121内的光源，所述外壳1121侧面阵列设置有多个凹槽1122。

本发明至少具有以下优点：

(1)采集过程中，控制部件中的逻辑判断模块会依据已测量探头坐标的相对几何关系计算匹配度，判断测量是否准确与合理，出现误差可以即时提醒测试者，便于及时重新采集纠正。

(2)利用每个探头外壳上预留阵列设置的测量点，可以通过多次测量计算连线中点的方式，更精确地定位光纤末端位置或是光源位置，减少了外壳对于定位测量的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过定位装置采集头部生理特征点的空间坐标；

S2、根据采集的生理区域选择发射与接收探头数量、发射-接收通道连接数量，确定探头的拓扑排列结构，为受试者头部选择对应测量头帽；

S3、预设探头采集顺序，并对探头依次设定序号；显示部件会根据所设定的探头拓扑排列结构，在显示系统上高亮显示当前需要测量探头序号，并根据探头序号依次用传感探针采集各个探头空间坐标位置；

S4、采集探头空间坐标位置，在该探头外壳外侧预留测量点各采集一次，控制部件会计算测量点的中心点数据作为对应的光源或是光纤末端的坐标数据，也以此作为该探头的坐标数据；

S5、将所计算的探头坐标数据记录在存储部件中，控制部件中的逻辑判断模块会依据已测量探头坐标的相对几何关系计算匹配度，匹配度低于预设阈值则提示当前选点数据存在错误，需要重新采集，直至完成整个采集过程。

2.根据权利要求1所述的一种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位方法，其特征在于：

所述步骤S4中已测量探头坐标的相对几何关系是指在采集探头坐标的位置过程中，已采集的至少两个探头坐标之间存在一个相对的位置关系，该相对的位置关系用于与系统中预存的相应的标准配置图进行匹配度的计算；其中，匹配度计算公式如下：

式子中：

i:当前测量的探头序号；

j：探头序号，j∈(1，i-1)；

d_ij:探头i到探头j的距离设计值；

d′_ij:探头i到探头j的距离测量值；

d_th:预设的距离容差值；

a_ij:探头j、探头i、探头k形成∠jik的角度设计值，其中，以探头i为中心，探头i与探头j的连线绕中心按照逆时针顺序扫过的下一个探头为探头k；

a′_ij:探头j、探头i、探头k形成的∠jik的角度测量值，如果探头k未测量，则其值等于a_ij；

a_th:预设的角度容差值；

∏：表示对多个“逻辑与”的计算；

·：表示“逻辑与”的计算。

3.根据权利要求2所述的一 种用于近红外光谱脑功能成像系统的定位方法，其特征在于：所述生理特征点为鼻根、枕骨隆突、左耳乳突、右耳乳突。

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