[发明专利]近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置及其成像方法

权利要求书

1.一种近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置，对待测生物组织体不同深度的横截面进行血流指数重建，所述近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置包括：

光源模块；包括：

激光器(1)，用于发射激光；

第一光开关(2)，其一端与所述激光器(1)相连；以及

多个源光纤，所述多个源光纤的一端与所述第一光开关(2)另一端相连；

源-探光纤探头(3)，与所述多个源光纤的另一端相连，用于将所述激光器(1)发出的激光通过源光纤传导至待测生物组织体表面；

检测模块；包括：

多个探光纤，所述多个探光纤的一端与所述源-探光纤探头(3)相连，与所述多个源光纤按阵列形态排布，用于将通过源光纤传导至待测生物组织体表面的激光的溢出漫射光生成光子流；

第二光开关(4)，其一端与所述多个探光纤的另一端相连；

光电探测器(5)，与所述第二光开关(4)另一端相连，用于将所述多个探光纤所生成并输入的光子流转换成电脉冲流；以及

控制与数据处理模块；包括：

控制器(6)，与所述光电探测器(5)相连，将光电探测器(5)转换并输入的电脉冲流进行计数和自相关运算；以及

计算机(9)，与所述控制器(6)相连，将控制器(6)技术和自相关运算后的数据进行血流指数拓扑成像。

2.根据权利要求1所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置，所述控制器(6)为基于FPGA的控制器，其包括：

计数器(7)，用于对光电探测器(5)输入的电脉冲流进行计数；以及

相关器(8)，用于对光电探测器(5)输入的电脉冲流进行自相关运算，所述相关器(8)包括多通道时延光子相关器。

3.根据权利要求1所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置，所述激光器(1)为中心波长为785nm，相干长度大于10m的长相干激光器。

4.根据权利要求1所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置，所述第一光开关(2)为1×N路光开关；所述第二光开关(4)为N×1路光开关，其中N＝8、16、32、48或64。

5.根据权利要求1所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置，所述源光纤采用多模光纤；所述探光纤采用单模光纤。

6.根据权利要求1所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置，所述光电探测器(5)采用包括幅度甄别-比较电路的光电倍增管，所述光电倍增管具有50ns的光脉冲分辨率以及2.5×10^6的线性光子计数范围。

7.一种近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像方法，采用权利要求1至6任一项所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像装置进行成像，所述近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像方法包括：

步骤A：利用激光器(1)发射激光，所述激光经源光纤传导至待测生物组织体；

步骤B：步骤A中所述传导至待测生物组织体的激光经待测生物组织体表面溢出漫射光，再经由探光纤生成光子流输入到探测器(5)；

步骤C：将步骤B所述输入到探测器(5)的光子流转换成电脉冲流，再输入控制与数据处理模块中的控制器(6)进行处理；以及

步骤D：控制器(6)将所述步骤C中处理后的数据发送至计算机(9)进行血流指数重建，完成近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像。

8.根据权利要求7所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像方法，所述步骤C包括：

步骤C1：探测器(5)将经由探光纤输入的随机的光子流转换成随机的电脉冲流，再输入控制器(6)；以及

步骤C2：控制器(6)对步骤C1中探测器(5)输入到控制器(6)中的随机电脉冲流进行计数和自相关运算。

9.根据权利要求8所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像方法，所述步骤C2中，计数采用双计数器轮流计数，同时自相关运算与计数并行进行，通过计算机(9)设定测量参数，所述测量参数包括时间分辨率、动态范围以及测量通道。

10.根据权利要求8所述的近红外扩散相关光谱血流指数拓扑成像方法，所述步骤C2中自相关运算过程中，光强的归一化自相关计算公式如下所示：

其中，r表示采样点的位置参数，I(i)表示第i个采样点的光强，I(i+τ)表示第i+τ个采样点的光强，<>表示时间平均。