[发明专利]一种用于测量生物组织光学参数的频域近红外光检测装置

说明书

本发明提供了一种用于测量生物组织光学参数的频域近红外光检测装置，包括人机交互模块、近红外LD耦合光纤、APD耦合光纤、生物组织固定装置和测距模块；其中近红外LD耦合光纤通过光纤耦合接口与LD光源耦合来发射近红外光，APD耦合光纤通过光纤耦合接口与APD耦合用来采集经反射后的近红外光，测距模块的测距管与生物组织固定装置连接，LD耦合光纤可伸入测距模块的测距管；使用者通过按键向FPGA输入指令，FPGA根据输入指令来操控设备的开始、光频率和结束。本发明是一款成本低、微型化、无创的频域近红外光检测装置，可满足研究者的基本需求。

技术领域

本发明涉及近红外光谱检测技术领域，主要涉及一种用于测量生物组织光学参数的频域近红外光检测装置。

背景技术

生物组织的光学参数，如生物组织对光的吸收系数和散射系数，因生物组织的复杂性而不同。fNIRS因具有无创、低成本、优良的时间分辨率和空间分辨率等优势，在最近十几年的时间里快速发展，成为一种新兴的具有潜力的无创功能检测技术。频域fNIRS技术于1990年提出该方法使用高频近红外光对生物组织进行照射，测量出反射光的强度和相位，通过对比入射光和出射光的强度衰减和相位延迟来获得生物组织的光学信息，代入由玻尔兹曼辐射方程推导出的标准扩散近似方程来得到生物组织的吸收系数和散射系数，进而计算得出HbO2和Hb的绝对浓度。1998年，美国ISS公司研发了第一套商用的单通道频域近红外光血氧计Oxiplex，之后一些大学和公司也相继研发了频域近红外光谱术成像系统。

伊利诺伊的研究小组研发出一套频域近红外光谱成像系统，由16个光强度调制光源和2个探测器构成，可实现对人体大脑皮层运动区激活时的实时成像，在2001年，这套仪器被美国ISS公司首先商用，升级到128通道，这是频域多通道近红外光谱术的唯一商用系统。频域fNIRS技术可获得更多的生物组织信息，但是需要大量高频设备，同时该设备的便捷性同样重要，然而由于商用频域近红外光谱系设备价格高昂且系统复杂程度较高导致了很多研究者不能从事相关方面的研究，不能被广泛使用。

发明内容

发明目的：为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种测量生物组织光学参数的频域近红外光检测装置，该装置简单便携、无创、价格低廉，能够稳定地输出设定频率的近红外光、检测出生物组织光学参数。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于测量生物组织光学参数的频域近红外光检测装置，包括人机交互模块、近红外LD耦合光纤、APD耦合光纤、生物组织固定装置和测距模块；所述人机交互模块包括FPGA主控芯片，所述FPGA主控芯片一段输出通过高速DA转换模块与近红外LD驱动电路输入相连；所述近红外LD驱动电路输出端连接有近红外LD光源；所述近红外LD光源与近红外LD耦合光纤耦合；所述APD耦合光纤一端通过APD光电转换电路连接至锁相模块；所述锁相模块输出端通过高速AD转换模块输入至FPGA主控芯片；

所述测距模块包括第一测距管和第二测距管；近红外LD耦合光纤插入第一测距管中，APD耦合光纤插入第二测距管中；所述第一测距管和第二测距管管壁均刻有测量刻度；所述生物组织固定装置供测距模块插入测量。

进一步地，所述FPGA主控芯片分别与操作按键、显示屏和数码管连接；所述操作按键的输出端与FPGA主控芯片的信号输入端电连接，所述显示屏和数码管的输入控制端分别与FPGA主控芯片的信号输出端电连接。

进一步地，所述生物固定装置为四周及底部密封的长方体容器，其中四周及底部内侧采用镜面材料，内部反射近红外光；所述生物固定装置顶部固定设置有透明玻璃，透明玻璃上开有与第一测距管和第二测距管匹配的通孔。

进一步地，所述近红外LD光源的波长范围为780～1300nm，光强的变化范围为0～10mW，近红外LD光源频率可调节范围为800kHz～1.5MHz。