[发明专利]一种穿戴式fNIRS脑成像系统

说明书

本发明公开了一种穿戴式fNIRS脑成像系统，包括光源‑光电探测器模块、控制及无线传送模块、电源模块和上位机；本发明的技术方案能够解决在穿戴式fNIRS脑成像系统或EEG‑fNIRS多模态脑成像系统中，探头相对位置无法自由调节和可检测区域有限的问题；本发明的系统能够根据实际情况自由调节光源探头和光电探测器相对位置，自动测量二者间距，既能减小脑血氧信号的测量误差，又能灵活调整大脑检测区域；本发明的系统能够配合脑电信号检测，脑电传感器可以安装在光源探头和光电探测器圆柱壳的底面四周，其间距随探头同步变化，既实现了EEG‑fNIRS多模态脑成像，又能采集不同密度的脑电信号。

技术领域

本发明属于生物医学工程、脑成像技术领域，尤其涉及一种探头位置可调节、间距可测量的穿戴式fNIRS脑成像系统。

背景技术

近红外光能到达一定深度的生物组织。血液中的氧合血红蛋白(HbO₂)和还原血红蛋白(Hb)是600-900nm的近红外光的主要吸收物质。功能性近红外光谱 (functional nearinfrared spectroscopy,fNIRS)技术使用近红外光照射大脑，并在距入射光源几厘米处放置光电探测器接收出射光。出射光携带了大脑皮层HbO₂和Hb的浓度信息。大脑进行神经活动时会在短时间内会引起局部的HbO₂浓度相对上升和Hb浓度相对下降。因此通过测量大脑皮层HbO₂和Hb的浓度变化，可以反映大脑的功能活动，实现脑功能成像。fNIRS脑成像系统具备实时、安全、成本低、较高的时间和空间分辨率等优点，在神经科学领域和临床医学方面都得到了大量应用。

fNIRS脑成像系统使用时一般是将采集帽戴在头部，然后在采集帽上预留的固定孔位里插入光源探头和光电探测器。光源经头皮向大脑发出近红外光，经组织散射后被光电探测器接收并转化为电信号。电信号传输至后端处理系统中，被转变为脑血氧浓度信号。传统的后端处理系统体积较大且较重，需要固定放置，使用者的可活动区域被限制在一定范围内。目前fNIRS脑成像系统向着“便携化、可穿戴”方向发展，主要是通过减小后端处理系统体积来实现。如NIRx公司推出的NIRSPORT 2产品，使用者可以将后端处理系统绑在腰间；又如日立公司的WOT-100，整个系统可直接戴在头上。

但在目前的穿戴式fNIRS脑成像系统中，采集帽孔位或探头位置是固定的，使用者无法根据实际情况自由调节光源探头与光电探测器的相对位置。因为可检测的大脑区域位于光源探头与光电探测器之间，系统的检测区域也受到了限制。

近年来出现了一些可调整探头位置的fNIRS脑成像系统，如可调节光电探测器与头皮距离的fNIRS脑成像系统和使用柔性镂空头套的fNIRS脑成像系统。但这些系统中光源探头与光电探测器的连接部件仍然是固定的，因而调节能力十分有限，无法更大范围地调整光源探头与光电探测器之间的空间角度和间距，也无法更大范围地改变检测区域。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，解决在穿戴式fNIRS脑成像系统或 EEG-fNIRS多模态脑成像系统中，探头相对位置无法自由调节和可检测区域有限的问题，本发明提供一种探头位置可调节、间距可测量的穿戴式fNIRS脑成像系统。具体技术方案如下：

一种穿戴式fNIRS脑成像系统，其特征在于，包括光源-光电探测器模块、控制及无线传送模块、电源模块、上位机，其中，

所述光源-光电探测器模块包括至少一个光源-光电探测器组件，每个所述光源-光电探测器组件包括内嵌于圆柱形外壳的光源探头和光电探测器，所述光源探头和所述光电探测器的圆柱形外壳之间通过可伸缩拉杆连接，所述可伸缩拉杆绕所述光电探测器具有水平和垂直两个方向的旋转自由度，所述光源探头绕所述可伸缩拉杆具有三个方向的旋转自由度，所述可伸缩拉杆上设置至少一个限位孔，用于调节所述光源探头和所述光电探测器之间的距离；