[发明专利]一种多通道并行近红外光谱成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及医学影像领域，且具体涉及一种基于相敏检波技术的多通道脑功能近红外光谱成像系统。

背景技术

作为脑功能成像技术的代表，功能核磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层成像(PET)和脑电(EEG)等技术在脑功能研究领域和脑疾病诊断治疗方面发挥着重要的作用，但是高昂的成本、较低的时间分辨率、对被试或病患本身的限制要求以及可能带来的副作用等缺点使这些技术的应用都有一定的局限。近红外光谱成像技术(NIRS)以低成本、时间分辨率高、无副作用伤害、对被试或病患无限制要求等优点成为脑功能成像技术的重要组成部分。国外近红外光谱成像技术发展较早，已有比较成熟的产品，例如日本日立公司的ETG系列、岛津的FOIRE系列、美国TechEn公司的CW系列。国内相关技术则比较落后，还没有比较成熟的产品。现有中国专利申请CN201110286531.8、中国专利申请CN200410096007.X和其他已有的NIRS系统尽管能够完成血氧信息检测，但是在具体模块的设计和系统整体的集成上都存在不足。

首先，中国专利申请CN201110286531.8和中国专利申请CN200410096007.X中的光源均采用激光源，这不仅提高了系统的成本，而且由于激光本身的局限性限制了光源波长的选择。另外由于每个光源仅对应一个波长，而每个通道至少需要两种以上不同波长的光，所以每个通道至少需要两个光源并且通过耦合器将不同光源的两束光耦合在一起。这又一次提高了制造成本并且使系统更为复杂，实际使用中也更加不便。

其次，中国专利申请CN201110286531.8和中国专利申请CN200410096007.X的探测器模块分别选用了光电倍增管和普通硅光电二极管作为光电转换核心器件。其中，光电倍增管存在造价高、体积大、抗机械冲击能力差等缺点，而且光阴极表面灵敏度不均匀以及“疲乏”现象会导致采集数据不可信。而普通光电二极管则会因为灵敏度低而无法完成微弱光信号，特别是在NIRS系统中经过颅脑散射出的光信号的检测。

另外，中国专利申请CN201110286531.8、中国专利申请CN200410096007.X对于其所述的自适应探头部分，即通道排布方面的设计不合理或考虑欠缺。由于以上等问题以及所使用的数据采集技术的限制，使得整个近红外光谱成像系统无论是在制造成本上，还是在实际使用中都无法满足近红外数据采集的要求，也就不能发挥近红外光谱成像技术的优势。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种真正可用于临床应用和科学研究的多通道的近红外光谱成像系统。

为实现上述目的，本发明采用光功率稳定发射技术、微弱光信号检测技术以及移相解调技术等核心技术设计了一套新型多通道并行近红外光谱成像系统，该技术方案主要包括系统控制部分、光纤连接部分、近红外光发射部分、采集头盔、雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)探测器部分、多通道移相解调部分和数据处理部分。其中，

所述的系统控制部分主要是通过上位机实现整系统正常工作的控制。具体控制内容包括：检测系统各个通道使能、通道载波光频率设置、被测个体适应性调整和各个通道数据接收。

所述的光纤连接部分主要是将近红外光从光源传送的人体头部，再将从头部出射的近红外光传输到光电转换模块。在光纤连接部分主要包括光纤连接头、光纤。

所述的近红外光发射部分包括多个发射单元，每个发射单元又包括发射控制模块、多波长发光二极管(Light Emitting Diode，LED)模块、恒流反馈模块和连接光纤。由发射控制模块输出控制信号决定LED的发射功率并调制发射信号，多波长LED根据控制信号发射双波长或多波长的近红外光，再由连接光纤将近红外光高效的传送至探测头盔。另有恒流反馈模块保证了发射的近红外光功率恒定。

所述多通道解调部分包括多个解调通道，每个解调通道由移相模块、锁相放大模块和滤波电路组成。移相模块将输入信号和对应的参考信号作移相处理以保证其相位相同，锁相放大模块再将信号锁定放大，最终经过滤波得到对应通道的血氧信号。

所述数据处理部分主要是进行数据预处理，包括进行数据放大、滤波和归一化处理。

通过采取以上技术方案，本发明采用了更为精确且性价比高的模块，如多波长LED，而不需要使用耦合器；采用了雪崩二极管进行微弱光信号放大；采用模拟锁定放大器技术等完成了一套新型的多通道并行的近红外光谱成像系统，由此具有以下优点：