本發(fā)明涉及人體潛在功能研究及醫(yī)療器械技術領域，尤其是涉及一種用于近紅外腦部掃描的可變頻域探測系統(tǒng)。

背景技術：

近紅外光源可根據(jù)其特定的波長，將皮下靜脈或者動脈的血紅細胞和周圍組織區(qū)別開來。在近紅外波段(700nm～1000nm)，生物體組織呈現(xiàn)低吸收、高散射的特性，對近紅外光有較高的透明性，因此能夠探測到一定深度的組織信息，同時這個波長范圍也被稱為生物組織的無損測量的光學窗口。

另外，近紅外光譜法可用于人體各組織器官血氧飽和度的定量檢測，由于腦組織供血、供氧的重要性，對腦組織的研究受到格外關注。氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白在近紅外波段具有一定吸收，且兩者的吸收光譜存在一定的差異，由此也使得近紅外光譜N I RS(Near-Infrared Spectroscopy)血氧測量技術得以迅速發(fā)展，并在臨床研究中得以廣泛應用。

近紅外光譜技術是以氧合和還原血紅蛋白、細胞色素氧化酶等的吸收光譜為基礎，考慮到氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白在近紅外光波段吸收譜的差異性，結合光在組織中的傳播規(guī)律，利用近紅外光對組織良好的穿透能力，研究光在組織中歷經(jīng)一系列吸收、散射后出射光攜帶的與吸收譜相關的組織生化信息，通過對這些吸收色團濃度的相對變化測量，獲取組織中的血氧含量變化信息。

而現(xiàn)有的近紅外腦部掃描探測裝置，通常采用寬光譜光源配合濾光鏡，或者特定波長的發(fā)光二極管LED作為光源，并且探測裝置的頻域相對固定，只能獲取和監(jiān)測血紅蛋白的相對含量，由此，探測結果精準度較低。

由于該項技術具有對人體無損、無創(chuàng)、無輻射的特點，適用于對人體長期數(shù)據(jù)采集及跟蹤測量，因此可以被廣泛用于心理學、認知學、臨床醫(yī)學及腦機接口。除此之外，該技術與其他醫(yī)學影像技術(如：MRI，CT，PET)相比，在時間分辨率上具有明顯優(yōu)勢，但空間分辨率相對較低?，F(xiàn)有的近紅外腦部掃描探測裝置，通常采用寬光譜光源配合濾光鏡，或者特定波長的發(fā)光二極管LED作為光源，并且探測裝置的頻域相對固定，由此，探測結果精準度較低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于近紅外腦部掃描的可變頻域探測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中存在的只能獲取和監(jiān)測血紅蛋白的相對變化量，探測結果精準度較低的技術問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的一種用于近紅外腦部掃描的可變頻域探測系統(tǒng)，所述可變頻域探測系統(tǒng)包括處理器、同步頻域變換模塊、光源發(fā)射模塊、光源探測模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊；

同步頻域變換模塊分別與光源發(fā)射模塊和光源探測模塊連接，同步頻域變換模塊用于產生設定頻率信號，并將該設定頻率信號同步傳遞給光源發(fā)射模塊和光源探測模塊；

所述光源發(fā)射模塊用于向外發(fā)出帶有所述設定頻率的近紅外光；

所述光源探測模塊通過所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述處理器連接；光源探測模塊用于接收所述光源發(fā)射模塊發(fā)出的近紅外光，并將接受到的近紅外光變化信息與設定頻率信號混合后通過所述數(shù)據(jù)采集模塊傳遞給所述處理器。

進一步，所述光源探測模塊包括若干個探測單元，所述探測單元包括依次連接的探測器、微信號放大器、混頻器、低通濾波器和低頻放大器；

所述探測器用于接收所述近紅外光；

所述微信號放大器用于將高頻電流轉換成正弦波電壓；

所述混頻器用于解調差頻信號，混頻器與所述同步頻域變換模塊連接；

所述低頻放大器與所述數(shù)據(jù)采集模塊連接。

進一步地，所述探測單元還包括用于根據(jù)所述探測器溫度變化自動調節(jié)高壓輸出的溫度補償高壓發(fā)射器，所述溫度補償高壓發(fā)射器與所述探測器連接，用于向探測器輸出高壓電源。

進一步地，所述同步頻域變換模塊包括第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器；

所述第一壓控振蕩器與所述混頻器連接；

第二壓控振蕩器與所述光源發(fā)射模塊連接。

進一步地，所述同步頻域變換模塊還包括高精數(shù)字可調電位器和運算放大器，第一壓控振蕩器和第二壓控振蕩器并聯(lián)后依次順序與運算放大器、高精數(shù)字可調電位器連接；高精數(shù)字可調電位器與所述處理器連接。

進一步地，所述同步頻域變換模塊還包括固定值高精分壓器，所述運算放大器和所述高精數(shù)字可調電位器分別與固定值高精分壓器連接，所述固定值高精分壓器與電壓基準元器件連接。

進一步地，所述探測器為光電轉換器。

進一步地，所述探測器為光電接收二極管或者激光接收器。

進一步地，所述光源探測模塊包括4-10個所述探測單元。

進一步地，所述處理器為微處理器，微處理器與計算機連接。

進一步地，所述光源發(fā)射模塊包括光源驅動電路、光源功率調節(jié)單元、幅度調節(jié)單元以及發(fā)射器；

所述發(fā)射器分別和所述幅度調節(jié)單元以及所述光源功率調節(jié)單元連接。

進一步地，所述發(fā)射器為激光發(fā)射器。

進一步地，所述光源功率調節(jié)單元包括與所述光源驅動電路連接的數(shù)字電位器，數(shù)字電位器與所述發(fā)射器連接，用于調節(jié)發(fā)射器的光源功率。

進一步地，所述幅度調節(jié)單元用于調節(jié)所述發(fā)射器的射頻幅度，所述幅度調節(jié)單元包括依次連接的線性穩(wěn)壓器、可變衰減器和數(shù)字電位器，可變衰減器分別與光源驅動電路、所述發(fā)射器以及第二壓控振蕩器連接。

進一步地，所述可變頻域探測系統(tǒng)還包括探測頭，探測頭上包括殼體、以及殼體上設置的發(fā)射光纖和接收導光束；發(fā)射光纖與所述發(fā)射器連接，發(fā)射光纖的末端與頭皮接觸用于將發(fā)射器發(fā)出的近紅外光導入人體內；所述接收導光束與所述探測器連接，接收導光束末端與頭皮接觸用于將接受到的近紅外光傳遞給探測器。

進一步地，所述接收導光束圍繞著發(fā)射光纖均勻設置。

進一步地，所述殼體內側設置有柔性導向套，柔性導向套的內部設置有上大下小的導向孔，柔性導向套外形為上大下小的錐形，殼體扣在頭部時，柔性導向套的下端穿過頭發(fā)的縫隙與頭皮接觸；所述發(fā)射光纖和接收導光束插裝在所述柔性導向套內；所述發(fā)射光纖和接收導光束在殼體外經(jīng)柔性導向套插入殼體內時，柔性導向套的下端被擠壓擴張進而撥開頭發(fā)，進而便于發(fā)射光纖和接收導光束直接與頭皮接觸。

進一步地，所述發(fā)射光纖和/或所述接收導光束的末端為外凸的球面型。當使用時，所述發(fā)射光纖和/或所述接收導光束的球面型的結構頂壓頭皮，發(fā)射光纖和接收導光束的末端與頭皮的接觸面積增大，由此可以擴大接收導光束的接收面積，而對于發(fā)射光纖，則有利于加大探測深度。

采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供的一種用于近紅外腦部掃描的可變頻域探測系統(tǒng)，結構簡單，使用方便，通過設置溫度補償高壓發(fā)射器，隨時根據(jù)探測器的溫度調整探測器的電壓值，從而消除由于溫度變化而導致的信號誤差，提高了系統(tǒng)探測精度；同時抗干擾性能更優(yōu)，并且與現(xiàn)有技術相比，不僅能夠通過探測出的近紅外波相對增益值探測出氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白的相對變化值，還可以檢測出兩者的絕對含量值，由此，檢測結果更加準確。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的可變頻域探測系統(tǒng)的同步頻域變換模塊結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的可變頻域探測系統(tǒng)的光源探測模塊結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的可變頻域探測系統(tǒng)的光源發(fā)射模塊結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的可變頻域探測系統(tǒng)的探測頭殼體結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的可變頻域探測系統(tǒng)的探測頭結構示意圖；圖6為本發(fā)明實施例提供的發(fā)射光纖或接收導光束球面型末端的放大示意圖；

附圖標記：

1-頭皮； 2-頭發(fā)；

10-光源探測模塊； 11-處理器；

12-探測器； 13-微信號放大器；

14-混頻器； 15-低通濾波器；

16低頻放大器； 17-數(shù)據(jù)采集模塊；

18-溫度補償高壓發(fā)射器； 20-光源發(fā)射模塊；

21-光源驅動電路； 22-光源功率調節(jié)單元；

22a-數(shù)字電位器； 23-幅度調節(jié)單元；

23a-線性穩(wěn)壓器； 23b-可變衰減器；

23c-數(shù)字電位器； 24-發(fā)射器；

30-同步頻域變換模塊；

31-第一壓控振蕩器； 32-第二壓控振蕩器；

33-運算放大器； 34-固定值高精分壓器；

35-高精數(shù)字可調電位器； 36-電壓基準元器件；

40-探測頭； 41-殼體；

42-柔性導向套； 43-發(fā)射光纖或者接收導光束；

50-計算機。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

下面結合具體的實施方式對本發(fā)明做進一步的解釋說明。

如圖1-3所示，本實施例提供的可變頻域探測系統(tǒng)包括處理器11、同步頻域變換模塊30、光源發(fā)射模塊20、光源探測模塊10以及數(shù)據(jù)采集模塊17；

同步頻域變換模塊30分別與光源發(fā)射模塊20和光源探測模塊10連接，同步頻域變換模塊30用于產生設定頻率信號，并將該設定頻率信號同步傳遞給光源發(fā)射模塊20和光源探測模塊10。

光源發(fā)射模塊20用于向外發(fā)出帶有設定頻率的近紅外光；

光源探測模塊10通過數(shù)據(jù)采集模塊17與處理器11連接；光源探測模塊10用于接收光源發(fā)射模塊20發(fā)出的近紅外光，并將接受到的近紅外光變化信息與設定頻率信號混合后通過數(shù)據(jù)采集模塊17傳遞給處理器11。

光源探測模塊10包括若干個探測單元，探測單元包括依次連接的探測器12、微信號放大器13、混頻器14、低通濾波器15和低頻放大器16；

探測器12用于接收近紅外光；

微信號放大器13用于將高頻電流轉換成正弦波電壓；

混頻器14用于解調差頻信號，混頻器14與同步頻域變換模塊30連接；

低頻放大器16與數(shù)據(jù)采集模塊17連接。

探測單元還包括用于根據(jù)探測器12溫度變化自動調節(jié)高壓輸出的溫度補償高壓發(fā)射器18，溫度補償高壓發(fā)射器18與探測器12連接，用于向探測器12輸出高壓電源。

同步頻域變換模塊30包括第一壓控振蕩器31和第二壓控振蕩器32；

第一壓控振蕩器31與混頻器14連接；

第二壓控振蕩器32與光源發(fā)射模塊20連接。

同步頻域變換模塊30還包括高精數(shù)字可調電位器35和運算放大器33，第一壓控振蕩器31和第二壓控振蕩器32并聯(lián)后依次順序與運算放大器33、高精數(shù)字可調電位器35連接；高精數(shù)字可調電位器35與處理器11連接。

同步頻域變換模塊30還包括固定值高精分壓器34，運算放大器33和高精數(shù)字可調電位器35分別與固定值高精分壓器34連接，固定值高精分壓器34與電壓基準元器件36連接。

探測器12為光電轉換器。優(yōu)選地，探測器12為光電接收二極管或者激光接收器。

光源探測模塊10包括8個探測單元。

處理器11為微處理器，微處理器與計算機50連接。

光源發(fā)射模塊20包括光源驅動電路21、光源功率調節(jié)單元22、幅度調節(jié)單元23以及發(fā)射器24；

發(fā)射器24分別和幅度調節(jié)單元23以及光源功率調節(jié)單元22連接。

優(yōu)選地，發(fā)射器24為半導體激光發(fā)射器。

光源功率調節(jié)單元22包括與光源驅動電路連接的數(shù)字電位器22a。數(shù)字電位器22a與所述發(fā)射器24連接，用于調節(jié)發(fā)射器24的光源功率。

幅度調節(jié)單元23包括依次連接的線性穩(wěn)壓器23a、可變衰減器23b和數(shù)字電位器23c，可變衰減器23b分別與光源驅動電路21、發(fā)射器24以及第二壓控振蕩器32連接。幅度調節(jié)單元23用于調節(jié)發(fā)射器24的射頻幅度。

可變頻域探測系統(tǒng)還包括探測頭40，如圖4-5所示，探測頭40上包括殼體41、以及殼體41上設置的發(fā)射光纖和接收導光束；發(fā)射光纖與發(fā)射器連接，發(fā)射光纖的末端與頭皮接觸用于將發(fā)射器發(fā)出的近紅外光導入人體內；接收導光束與探測器連接，接收導光束末端與頭皮接觸用于將接受到的近紅外光傳遞給探測器。接收導光束圍繞著發(fā)射光纖均勻設置。

殼體41內側設置有柔性導向套42，柔性導向套42的內部設置有上大下小的導向孔，柔性導向套42外形為上大下小的錐形，殼體41扣在頭部時，柔性導向套42的下端穿過頭發(fā)2的縫隙與頭皮1接觸；發(fā)射光纖和接收導光束插裝在柔性導向套42內；發(fā)射光纖或者接收導光束43在殼體41外經(jīng)柔性導向套42插入殼體41內時，柔性導向套42的下端被擠壓擴張進而撥開頭發(fā)，進而便于發(fā)射光纖或者接收導光束43直接與頭皮1接觸。

如圖6所示，發(fā)射光纖或接收導光束43的末端為外凸的球面型。當使用時，發(fā)射光纖或接收導光束43的球面型的結構頂壓頭皮，發(fā)射光纖和接收導光束43的末端與頭皮的接觸面積增大，由此可以擴大接收導光束的接收面積，而對于發(fā)射光纖，則有利于加大探測深度。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。