[发明专利]一种新型TMS-fNIRS脑成像装置

说明书

本发明公开了一种新型TMS‑fNIRS脑成像装置，其利用近红外光谱技术和经颅刺激技术来实现在磁刺激的同时监控脑血氧变化的装置，其包括光纤探头模块、fNIRS硬件模块、上位机处理模块、TMS刺激模块。光纤探头模块包括发射光纤和接收光纤；上位机处理模块控制发出和接受近红外光后，处理采集到的脑血氧信号，控制TMS设备对脑进行磁刺激。本发明将前置探头改为光纤结构，并内置反射镜，同时集成了滤波功能、功率谱计算功能和去噪功能，还设计了BNC通信接口与TMS设备进行通信。实现了避免强磁场由于电磁感应现象产生的感应电流带来的干扰，有效降低了探头的高度，保证了TMS刺激的有效距离，实时实现脑血氧预信号处理。

本发明涉及脑成像与脑调控领域，具体地说，是一种利用近红外光谱技术和经颅刺激技术来实现在磁刺激的同时监控脑血氧变化的装置。

背景技术

围绕认知神经科学的研究，发展了很多脑成像技术，包括脑电图、脑磁图、功能性磁共振成像、功能近红外光谱技术等。现在这些单一的脑成像技术，只能给出认知活动与神经活动的关联性，不能用来研究脑区之间动态因果关系。而脑调控技术可以直接干预神经元活动，可以直接揭示脑区的信息流。现有设备虽然能用于脑血氧信号成像，但是它们都是单一的成像系统，不能结合TMS设备进行使用，也就是不具备脑调控的能力，这就限制了它们不能应用于脑区之间动态因果联系的研究。目前唯一公开的能结合TMS设备的装置不能做到实时的脑成像。因此我们设计了一种利用近红外光谱技术和经颅刺激技术的装置，实现在磁刺激的同时监控脑血氧变化。

现有技术存在以下几个缺点：

1、现有的近红外脑成像设备，前置光探头多采集集成电子电路，难以承受强磁场的干扰

2、其次，前置光探头高度一般在3cm左右，而TMS刺激要尽可能的贴近头皮，这样的高度使得TMS刺激难以达到预期效果。

3、现有的近红外脑成像设备也不能与TMS设备进行数据通信，所以现有的近红外脑成像设备不能在TMS刺激的同时，进行脑血氧信号的采集，也就是不能结合TMS设备进行刺激，这就限制了这些设备不能用于脑区之间动态的因果关系的研究。

本发明将前置探头改为光纤结构，并内置反射镜，同时集成了滤波功能、功率谱计算功能和去噪功能，还设计了BNC通信接口与TMS设备进行通信。实现了避免强磁场由于电磁感应现象产生的感应电流带来的干扰，有效降低了探头的高度，保证了TMS刺激的有效距离，实时实现脑血氧预信号处理，控制TMS刺激的开始和停止。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明将前置探头改为光纤结构，并内置反射镜，同时集成了滤波功能、功率谱计算功能和去噪功能，还设计了BNC通信接口与TMS设备进行通信。实现了避免强磁场由于电磁感应现象产生的感应电流带来的干扰，有效降低了探头的高度，保证了TMS刺激的有效距离，实时实现脑血氧预信号处理，控制TMS刺激的开始和停止。

本发明提供一种利用近红外光谱技术和经颅刺激技术来实现在磁刺激的同时监控脑血氧变化的装置，其特征在于，其包括光纤探头、fNIRS硬件设备、上位机处理模块、TMS刺激器。

所述光纤探头，其特征在于：包括发射光纤和接收光纤，材料选用石英光纤，内置反射镜使光路改变90°，使探头的高度降低至5mm。

所述的fNIRS硬件设备，其特征在于：光电转换模块200采用APD模块C5460，此模块将光纤接收端采集到的光信号转化为电信号，放大和滤波模块204采用6阶巴特沃兹滤波器和PGA204数字放大器实现对电信号的放大和滤波处理。

所述的上位机处理模块，其特征在于：NI采集板卡300采用多功能采集卡PCI6251，实现上位机处理模块400与各模块的通信和模拟至数字信号的转换，供电模块201实现对各模块的供电，选用的是稳压芯片LM7805，光源驱动模块202采用以NZP为核心芯片的驱动电路，实现对激光二级管的控制。