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CN116135136A - 功能性近红外光谱脑成像设备 - Google Patents

功能性近红外光谱脑成像设备 Download PDF

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CN116135136A CN202111356576.8A CN202111356576A CN116135136A CN 116135136 A CN116135136 A CN 116135136A CN 202111356576 A CN202111356576 A CN 202111356576A CN 116135136 A CN116135136 A CN 116135136A
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丁可
黄海鹏
房银芳
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Abstract

本发明公开了一种功能性近红外光谱脑成像设备，其包括：电路板、探测器和光源；所述电路板上配置有多个通道接口，各个所述通道接口包括第一针脚组和第二针脚组，所述第一针脚组用作所述探测器的模拟信号输入端口，所述第二针脚组用作所述光源的电源输出端口。本发明提供的功能性近红外光谱脑成像设备，通过将用作探测器的模拟信号输入端口的第一针脚组和用作光源的电源输出端口的第二针脚组集成到同一个通道接口中，能够实现光源和探测器的接口复用，电路板上的任意一个通道接口均可对接光源或探测器，从而可以实现对通道数的灵活配置。

Description

功能性近红外光谱脑成像设备
技术领域
本发明是关于脑成像领域，特别是关于一种功能性近红外光谱脑成像设备。
背景技术
现有的功能性近红外光谱脑成像设备，在硬件上都是无法进行通道数量配置的。这种设计虽然在一定程度上确保了稳定性和易操作性，但是对便携检测很不利。因为，针对不同便携功能性近红外光谱脑成像设备检测项目的通道数，即光源和探测器的数量是不固定的。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的功能性近红外光谱脑成像设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能性近红外光谱脑成像设备，其通过通道接口的设置可灵活的配置通道数量。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种功能性近红外光谱脑成像设备，其包括：电路板、探测器和光源；所述电路板上配置有多个通道接口，各个所述通道接口包括第一针脚组和第二针脚组，所述第一针脚组用作所述探测器的模拟信号输入端口，所述第二针脚组用作所述光源的电源输出端口。
在一个或多个实施方式中，所述探测器包括所述探测器包括探测头、信号输出接头和信号输出线缆，所述信号输出接头与所述通道接口匹配，所述信号输出线缆连接所述探测头和所述信号输出接头，所述信号输出线缆包括用于输出差分信号的第一信号输出线和第二信号输出线。
在一个或多个实施方式中，所述第一针脚组包括第一插针和第二插针，所述第一插针用于与所述第一信号输出线连接，所述第二插针用于与所述第二信号输出线连接。
在一个或多个实施方式中，所述光源包括多个发光二极管，所述多个发光二极管共用阴极或共用阳极且能够发射多种波长的红外光。
在一个或多个实施方式中，所述光源还包括与所述通道接口匹配的电源接头以及连接所述多个发光二极管和所述电源接头的电源线缆；所述电源线缆包括多根电源线，所述多根电源线分别与所述多个发光二极管的阴极和阳极连接。
在一个或多个实施方式中，所述第二针脚组中包括多根插针，所述多个插针用于与所述多根电源线连接且与所述多根电源线一一对应。
在一个或多个实施方式中，所述电路板上还配置有处理器以及与所述处理器连接的恒流驱动模块、可编程放大模块、第一多路复用器、第二多路复用器；其中，所述第一多路复用器具有第一控制端、第一输出端和多个第一输入端，所述第一控制端与所述处理器连接，所述第一输出端与所述可编程放大模块连接，所述多个第一输入端分别与所述多个通道接口的第一针脚组连接；所述第二多路复用器具有第二控制端、第二输入端和多个第二输出端，所述第二控制端与所述处理器连接，所述第二输入端与所述恒流驱动模块连接，所述多个第二输出端分别与所述多个通道接口的第二针脚组连接。
在一个或多个实施方式中，所述电路板上还配置有传输模块，所述传输模块与所述处理器连接并用于与外部设备对接。
在一个或多个实施方式中，所述电路板上还配置有电源模块，所述电源模块与所述处理器连接并用于向所述电路板提供电源。
在一个或多个实施方式中，所述功能性近红外光谱脑成像设备还包括通道拓展板，所述通道拓展板包括板体、多个通道接头、多个光源接口和多个探测器接口；所述通道接头与所述通道接口相匹配并用于与所述通道接口对接，每个所述通道接头连接一个所述光源接口及一个所述探测器接口。
与现有技术相比，本发明提供的功能性近红外光谱脑成像设备，通过将用作探测器的模拟信号输入端口的第一针脚组和用作光源的电源输出端口的第二针脚组集成到同一个通道接口中，能够实现光源和探测器的接口复用，电路板上的任意一个通道接口均可对接光源或探测器，从而可以实现对通道数的灵活配置。
附图说明
图1是本发明一实施方式中电路板的结构框图；
图2是本发明一实施方式中通道接口的结构示意图；
图3是本发明一实施方式中探测器的结构示意图；
图4是本发明一实施方式中光源的结构示意图；
图5是本发明一实施方式中拓展板的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-电路板，11-通道接口，111-第一针脚组，112-第二针脚组，12-处理器，13-恒流驱动模块，14-可编程放大模块，15-第一多路复用器，16-第二多路复用器，17-传输模块，18-电源模块，2-探测器，21-探测头，22-信号输出接头，23-信号输出线缆，3-光源，31-发光二极管，32-电源线缆，33-电源接头，4-通道拓展板，41-板体，42-探测器接口，43-光源接口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
功能性近红外光谱(fNIRS)是一种利用近红外光对脑组织良好的透射和散射性质，无创且连续地检测脑氧合水平的脑功能成像技术。1977年，NIRS技术首次被提出；1988年，Delpy等人通过光散射提出了NIRS信号与相对氧合水平的数学方法，首次系统地论证了NIRS信号与脑血氧浓度的关系；1993年，四个研究小组独立地证明了fNIRS进行非入侵脑活动研究的可行性。如今，fNIRS已经成为一种重要的研究工具进入了神经科学和认知科学领域。大量的研究案例表明，fNIRS是一种可靠的监测大脑活动的技术。可以成为其他脑功能成像技术，如功能磁共振成像(fMRI)和正电子发射断层扫描(PET)良好的替代或补充方案。
相比于fMRI(功能性磁共振成像)或PET(正电子发射型计算机断层显像)等脑功能成像技术，fNIRS具有便携检测的优势，即高生态效度。这使得在更现实的条件，如办公、自然对话、娱乐活动等情景下的脑活动检测成为可能。但到目前为止，大部分的商业fNIRS设备几乎都是静止或台式的，同时价格十分昂贵，失去了fNIRS技术高生态效度的优势。一方面，商业设备庞大的设计与高精度的传感器，如激光、雪崩二极管等器件的高电压、高散热效率、高精度和光纤的连接方式是紧密相关的。但目前来看新技术已经面世，在相似的精确度下可使fNIRS设备变得更加紧凑、安全和便携。此外，大部分商业fNIRS设备在硬件上都是无法进行通道数量((光源3+探测器2模块的组合))配置的。这种设计一定程度上确保了稳定性和易操作，但对便携检测很不利。因为针对不同便携fNIRS检测项目的通道数，即光源3和探测器2的数量是不固定的。
为此，如图1至图4所示，本发明一实施方式中提供了一种功能性近红外光谱脑成像设备，其包括：电路板1、探测器2和光源3。
电路板1上配置有多个通道接口11，各个通道接口11包括第一针脚组111和第二针脚组112。其中，第一针脚组111用作探测器2的模拟信号输入端口，第二针脚组112用作光源3的电源输出端口。
本发明对通道接口11的数量并无特别限定，可以根据实际需要进行配置。一般来说，针对单个脑的fNIRS成像所需的光源3和探测器2的总数大约为10～60个，对不同的应用所需的接口数目差异巨大，若配置60个接口会影响整个系统的便携性，若只配置10个接口则会影响系统的适用性。为此，可以预先在电路板1上配置30个接口。
在本实施方式中，通过将第一针脚组111和第二针脚组112集成到同一个通道接口11中，能够实现光源3和探测器2的接口复用，电路板1上的任意一个通道接口11均可对接光源3或探测器2，可以通过第一针脚组111和第二针脚组112的电位来判断接入的是光源3、探测器2还是空置，从而可实现对通道数的灵活配置。
一示例性的实施例中，如图3所示，探测器2包括探测头21、信号输出接头22和信号输出线缆23，信号输出接头22与通道接口11匹配，信号输出线缆23连接探测头21和信号输出接头22，信号输出线缆23包括用于输出差分信号的第一信号输出线和第二信号输出线。
第一针脚组111包括第一插针和第二插针，第一插针用于与第一信号输出线连接，第二插针用于与第二信号输出线连接。信号输出接头22上形成有与第一插针和第二插针相匹配的插孔，信号输出接头22与通道接口11对接时，第一插针和第二插针能够插入到信号输出接头22插孔的中，以实现第一插针和第二插针与第一信号输出线和第二信号输出线的对接。
一示例性的实施例中，如图4所示，光源3包括多个发光二极管31，多个发光二极管31共用阴极或共用阳极且能够发射多种波长的红外光。光源3还包括与通道接口11匹配的电源接头33以及连接多个发光二极管31和电源接头33的电源线缆32；电源线缆32包括多根电源线，所述多根电源线分别与多个发光二极管31的阴极和阳极连接。fNIRS的单路光源3至少需要两个不同波长的红外光发光二极管31，如760nm和850nm发光二极管31，它们以共阳极或共阴极的方式形成所述光源3。因此，每个光源3至少需要三根电源线，其中一根连接共阳极或共阴极。
第二针脚组112中包括多根插针，所述多个插针用于与所述多根电源线连接且与所述多根电源线一一对应。第二针脚组112中插针的数量由光源3中发光二极管31的数量决定，第二针脚组112中插针的数量比光源3中发光二极管31的数量多一个(作为共阴极或共阳极的连接端)。
在本实施方式中，并不限定第一针脚组111和第二针脚组112中插针的具体数量，可以根据实际需要进行配置。例如，每个通道接口11需要对接多组光源3或多组探测器2时，可以相应增加第一针脚组111和第二针脚组112中的插针数量。
一示例性的实施例中，如图1所示，电路板1上还配置有处理器12以及与处理器12连接的恒流驱动模块13、可编程放大模块14、第一多路复用器15、第二多路复用器16。
其中，第一多路复用器15具有第一控制端、第一输出端和多个第一输入端，第一控制端与处理器12连接，第一输出端与可编程放大模块14连接，多个第一输入端分别与多个通道接口11的第一针脚组111连接；
第二多路复用器16具有第二控制端、第二输入端和多个第二输出端，第二控制端与处理器12连接，第二输入端与恒流驱动模块13连接，多个第二输出端分别与多个通道接口11的第二针脚组112连接。
一示例性的实施例中，电路板1上还配置有传输模块17，传输模块17与处理器12连接并用于与外部设备对接，以实现与外部设备通信。电路板1上还配置有电源模块18，电源模块18与处理器12连接并用于向电路板1提供电源。
一示例性的实施例中，如图5所示，功能性近红外光谱脑成像设备还包括通道拓展板4，该通道拓展板4包括板体41、多个通道接头、多个光源接口43和多个探测器接口42。通道接头与通道接口11相匹配并用于与通道接口11对接，每个通道接头连接一个光源接口43及一个探测器接口42。通道接头位于板体41的背面，光源接口43和探测器接口42位于板体41的正面。通道拓展板4可以扩展总的接口数量，已适配需要更多通道数的fNIRS检测项目。
综上所述，本发明提供的功能性近红外光谱脑成像设备，通过将用作探测器2的模拟信号输入端口的第一针脚组111和用作光源3的电源输出端口的第二针脚组112集成到同一个通道接口11中，能够实现光源3和探测器2的接口复用，电路板1上的任意一个通道接口11均可对接光源3或探测器2，从而可以实现对通道数的灵活配置。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，包括：电路板、探测器和光源；
所述电路板上配置有多个通道接口，各个所述通道接口包括第一针脚组和第二针脚组，所述第一针脚组用作所述探测器的模拟信号输入端口，所述第二针脚组用作所述光源的电源输出端口。
2.如权利要求1所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述探测器包括探测头、信号输出接头和信号输出线缆，所述信号输出接头与所述通道接口匹配，所述信号输出线缆连接所述探测头和所述信号输出接头，所述信号输出线缆包括用于输出差分信号的第一信号输出线和第二信号输出线。
3.如权利要求2所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述第一针脚组包括第一插针和第二插针，所述第一插针用于与所述第一信号输出线连接，所述第二插针用于与所述第二信号输出线连接。
4.如权利要求1所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述光源包括多个发光二极管，所述多个发光二极管共用阴极或共用阳极且能够发射多种波长的红外光。
5.如权利要求4所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述光源还包括与所述通道接口匹配的电源接头以及连接所述多个发光二极管和所述电源接头的电源线缆；所述电源线缆包括多根电源线，所述多根电源线分别与所述多个发光二极管的阴极和阳极连接。
6.如权利要求5所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述第二针脚组中包括多根插针，所述多个插针用于与所述多根电源线连接且与所述多根电源线一一对应。
7.如权利要求1-6任一项所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述电路板上还配置有处理器以及与所述处理器连接的恒流驱动模块、可编程放大模块、第一多路复用器、第二多路复用器；
其中，所述第一多路复用器具有第一控制端、第一输出端和多个第一输入端，所述第一控制端与所述处理器连接，所述第一输出端与所述可编程放大模块连接，所述多个第一输入端分别与所述多个通道接口的第一针脚组连接；
所述第二多路复用器具有第二控制端、第二输入端和多个第二输出端，所述第二控制端与所述处理器连接，所述第二输入端与所述恒流驱动模块连接，所述多个第二输出端分别与所述多个通道接口的第二针脚组连接。
8.如权利要求7所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述电路板上还配置有传输模块，所述传输模块与所述处理器连接并用于与外部设备对接。
9.如权利要求7所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述电路板上还配置有电源模块，所述电源模块与所述处理器连接并用于向所述电路板提供电源。
10.如权利要求7所述的功能性近红外光谱脑成像设备，其特征在于，所述功能性近红外光谱脑成像设备还包括通道拓展板，所述通道拓展板包括板体、多个通道接头、多个光源接口和多个探测器接口；
所述通道接头与所述通道接口相匹配并用于与所述通道接口对接，每个所述通道接头连接一个所述光源接口及一个所述探测器接口。
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