正六边形高分辨率近红外光谱脑功能成像头盔制造技术

本发明专利技术一种正六边形高分辨率近红外光谱脑功能成像头盔，用于检测大脑皮层功能活动，是由一片覆盖于脑部，且与脑部曲率相吻合的柔性材料制成，该片柔性材料至少包括一片正六边形，每一片正六边形覆盖的区域内，排布有特定分布的通孔，激光光源探头和激光接收探头以可拆卸的方式插接于通孔中。在最佳设计下，于正六边形覆盖区域内设计了３１个激光探头位置，其中７个插入激光光源探头，２４个插入激光接收探头，可在正六边形覆盖区域内得到１６８个检测通道，检测通道密度远高于现有的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，大大提高了近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗设备
，特别是医疗影像领域中一种近红外光谱脑功能成像(Near Infrared Spectroscopy，NIRS)头盔。
技术介绍
近红外光谱脑功能成像是二十世纪七十年代以来发展起来的一种利用近红外光(波长为600nm至1000nm的电磁波)对大脑皮层功能活动进行检测的技术。水、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对光的吸收曲线如图1所示。由图1可知，水、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白等人体组织的主要成分对近红外光的吸收较弱，所以近红外光在人体组织中可以传播数厘米，构成了探测大脑皮层功能活动的“近红外窗”。近红外光谱脑功能成像系统中，近红外光通过激光光源探头入射大脑组织，穿过大脑组织后的出射光由激光接收探头检测。由于大脑组织对近红外光的散射和吸收作用，近红外光在大脑组织中的传播路径如图2所示。图2中，近红外光在大脑组织中的传播路径和探测深度由激光光源探头和激光接收探头之间的距离决定，激光光源探头和激光接收探头之间的距离较近时，近红外光在大脑组织中的传播路径较短，探测深度较浅；激光光源探头和激光接收探头之间的距离较远时，近红外光在大脑组织中的传播路径较长，探测深度较深。当激光光源探头和激光接收探头之间的距离过近时，近红外光的传播路径不通过大脑皮层，无法探测大脑皮层的功能活动；当激光光源探头和激光接收探头之间的距离过远时，由于大脑组织的散射和吸收作用，近红外光迅速衰减，导致激光接收探头接收到的光信号过于微弱且噪声水平较高。目前，国际上公认的激光光源探头和激光接收探头之间的较佳距离为2cm至5cm。当近红外光谱脑功能成像头盔中所插入的激光光源探头多于一个时，每个激光接收探头均可接收到所有激光光源探头的光信号，在进行数据处理时，只取激光光源探头和激光接收探头之间距离为2cm至5cm的检测通道进行成像处理。每个激光解释探头所接收到的光信号经过光电转换后，可得到包含来自所有激光光源探头的信号的时间序列。在近红外光谱脑功能成像系统中，为使激光接收探头可以区分来自不同激光光源探头的光信号，每个激光光源探头均以不同的调制频率进行幅度调制(～KHz)。对每个激光接收探头所收到的信号分别进行数字或模拟解调，即可得到该激光接收探头接收到的来自每个激光光源探头的信号。近红外光谱脑功能成像系统所用的头盔为在一片与脑部曲率相吻合的柔性材料上排布特定分布的孔，激光光源探头和激光接收探头插入孔中。当一个激光光源探头和一个激光接收探头之间的距离为2cm至5cm时，可以构成一个检测通道，激光光源探头和激光接收探头之间距离近似相等的检测通道所探测的大脑皮层深度近似相等。由图2知，每个检测通道反映的是接近该检测通道中部的一小块大脑皮层的功能活动，近红外光在该小块大脑皮层内的吸收作用是累积的，即每个检测通道只可能得到位于该检测通道中部下方一小块大脑皮层的整体功能活动情况，假如该小块大脑皮层分为5个部分，则只可能得到这5部分对近红外光吸收作用的累加值。近红外光谱脑功能成像技术的这种特性决定了在检测通道密度(总检测通道数/近红外光谱脑功能成像头盔覆盖面积)比较低的情况下，近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率比较低，图像质量比较差。提高近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率，从而提高图像质量是该领域的中心任务之一。通过提高检测通道密度来提高近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率是目前最常用的手段，而设计更为有效的头盔是提高检测通道密度的主要途径。蒋田仔等专利技术专利申请号200510055893.0设计的近红外光谱脑功能成像头盔，由单片边长为3cm的正五边形和单片边长为3cm的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔拼接而成。其中单片正六边形近红外光谱脑功能成像头盔见图蒋田仔，专利技术专利申请号200510055893.0。图3中的单片正六边形近红外光谱脑功能成像头盔中有19个激光探头插入位置，在最佳的排列下，可插入10个激光光源探头和9个激光接收探头，在正六边形覆盖的23.4cm2区域内可得到21个激光光源探头与激光接收探头之间距离为3cm或近似3cm的检测通道。如上所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其通道密度较低，导致近红外光谱脑功能成像技术的空间分辨率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种正六边形高分辨率近红外光谱脑功能成像头盔，可解决现有的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔在覆盖区域内检测通道密度低的问题。为达到上述的目的，本专利技术的技术解决方案是提供一种正六边形高分辨率近红外光谱脑功能成像头盔，是由一片覆盖于脑部，且与脑部曲率相吻合的柔性材料制成，该片柔性材料至少包括一片正六边形，每一片正六边形覆盖的区域内，排布有特定分布的通孔，激光光源探头和激光接收探头以可拆卸的方式插接于通孔中；该正六边形的边长L为2cm≤L＜3cm和3cm＜L≤5cm；通孔的孔径与正六边形边长成正比当正六边形的边长为最小值2cm时，孔径的最大允许值为5.77mm，当正六边形的边长为最大值5cm时，孔径的最大允许值为14.43mm；通孔的数量为7个至31个。所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其所述用于插入激光光源探头和激光接收探头的通孔，可插入传导近红外光的光纤。所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其所述近红外光，为波长为600nm至1000nm的电磁波。所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其所述特定分布的通孔，其排布方式为一通孔位于正六边形的中心，插接一激光光源探头；其它通孔位于周边六角或位于周边六角和每边的中点或位于周边六角、每边的中点和沿正六边形周边，以二分之一边长为边的正三角形的中心，各插接激光接收探头。所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其所述特定分布的通孔，其排布方式为一通孔位于，以正六边形周边六角与正六边形中心连线的中点相互连接所围成的六个正三角形，其中任一个正三角形的中心，插接一激光光源探头；其它通孔位于周边六角或位于周边六角和每边的中点或位于周边六角、每边的中点和沿正六边形周边，以二分之一边长为边的正三角形的中心，各插接激光接收探头。所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其所述特定分布的通孔，其排布方式为通孔位于正六边形的中心，及位于以正六边形周边六角与正六边形中心连线的中点相互连接所围成的六个正三角形的中心，各插接激光光源探头；其它通孔位于周边六角、每边的中点和沿正六边形周边，以二分之一边长为边的正三角形的中心，各插接激光接收探头。所述的正六边形近红外光谱脑功能成像头盔，其所述通孔排布方式，当正六边形边长为4～4.3cm时，设有31个通孔，7个激光光源探头，24个激光接收探头，在正六边形覆盖范围内得到168个检测通道。本专利技术的有益效果是在正六边形覆盖的区域内设计了合理的激光探头位置，每个激光探头位置可以插入激光光源探头或激光接收探头。它提高了覆盖区域内的检测通道密度(检测通道数/覆盖区域面积)，提高了近红外光谱脑功能成像方法的空间分辨率。更高的检测通道密度和更高的空间分辨率可以使近红外光谱脑功能成像方法得到更多所覆盖皮层区域的大脑功能活动信息，从而更加精确的反映所覆盖皮层区域内的大脑功能活动情况。附图说明图1大脑组织主要成分对近红外光的吸收系数曲线图；图2近红外光在大脑组织中的传播路径示意图；图3现有的正六边形近红外光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正六边形高分辨率近红外光谱脑功能成像头盔，是由一片覆盖于脑部，且与脑部曲率相吻合的柔性材料制成，其特征为：该片柔性材料至少包括一片正六边形，每一片正六边形覆盖的区域内，排布有特定分布的通孔，激光光源探头和激光接收探头以可拆卸的方式插接于通孔中；该正六边形的边长Ｌ为：２ｃｍ≤Ｌ＜３ｃｍ和３ｃｍ＜Ｌ≤５ｃｍ；通孔的孔径与正六边形边长成正比：当正六边形的边长为最小值２ｃｍ时，孔径的最大允许值为５．７７ｍｍ，当正六边形的边长为最大值５ｃｍ时，孔径的最大允许值为１４．４３ｍｍ；通孔的数量为７个至３１个。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吉利军，蒋田仔，赵青，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]