[发明专利]一种基于DCS-NIRS的多模态脑功能测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于DCS‑NIRS的多模态脑功能测量方法及装置。装置包括长相干近红外激光光源，多个多模光纤和单模光纤，通过多模光纤将多个波长近红外光进行传输，通过光纤套环将经过光开关的多模光纤和用于脑血流测量的多模光纤嵌套成一个二合一光纤，光开关切换后依次照射到大脑表面，同时用于脑血流的光纤持续照射到大脑表面。单模光纤接收大脑表面因光经过脑组织产生漫射的光子，并利用单光子计数器转换为电信号，送至个人计算机和相关运算器。基于电信号的计数和光强自相关运算，利用两个不同波长的光强衰减计算脑血氧，使用光强自相关函数拟合脑血流，同时实现多模态脑功能的检测与成像。本发明非入侵、无辐射、高效率，且具有低成本、高便携性。

技术领域

本发明涉及脑成像领域，特别涉及多模态脑血氧、脑血氧等脑功能测量的方法和装置。

背景技术

大脑血流、血氧以及各自功能连接性的特征对于脑血管或细胞疾病的诊断和评估很重要。目前已开发的成像技术用来测量组织血流动力学，包括核磁共振成像、正电子发射断层扫描、单光子发射计算机断层扫描等等，但是存在不少局限性，例如体积大、成本高、灵活性差、存在电离辐射等。近红外光谱法(NIRS)是一种简单、快速、便携、低成本的用于生物血氧的无创测量方法。传统的NIRS利用生物在近红外波段(650-1050nm)中的低吸收光谱(水、脂肪等)和较强的穿透能力来测量发色团(主要是氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白)的光吸收来实现血氧测量。漫射相关谱技术(DCS)是一种新兴的动态近红外技术，用于测量深部微脉管系统的血流。DCS技术使用长相干近红外光测量由生物组织散射体(主要是生物组织中的血红细胞)引起的光强扰动，进一步提取血流指标。目前，DCS技术结合NIRS技术组成混合仪器，实现血氧、血流在同一仪器上测量，但该类混合仪器对血氧、血流是分时测量的，且体积大、成本昂贵、耗时长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，实现DCS技术和NIRS技术相结合和多模态脑功能测量，提供一种基于DCS-NIRS的多模态脑功能测量方法及装置。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种基于DCS-NIRS的多模态脑功能测量装置，包括：光源A、光源B、光源C、光开关、光纤套环A、测量探头、光纤套环B、光纤套环C、光纤套环D、光纤套环E、单光子计算器、相关运算器、个人计算机、多模光源光纤、单模探测光纤；

所述光源A、光源B、光源C为长相干近红外不同波长的激光光源，光源B、光源C与多模光源光纤耦合，然后与光开关连接，光源C、光开关通过光纤套环A组成的二合一光纤与测量探头相连，照射到大脑表面；

所述光开关用于完成上述光源B、光源C之间切换，切换不同的光源波长；

所述光纤套环用于实现多模光源光纤、单模探测光纤的嵌套，形成二合一光纤并使得测量探头近似入射或出射同一个点，保证入射点或出射点属于同一大脑功能单元；光纤套环A将用于测量脑血氧的光开关光纤端与用于测量脑血流的光源A嵌套，形成二合一的多模光源光纤，光纤套环B、光纤套环C、光纤套环D、光纤套环E均是将用于探测计算脑血氧的光子的单模探测光纤和用于探测计算脑血流得光子的单模光纤嵌套，形成对应的二合一的单模探测光纤，多个单模光纤实现不同位置的检测；

测量探头固定在大脑表面，用于排列和固定多模光源光纤和单模探测光纤；多个测量探头实现不同大脑脑区的测量；

单光子计数器，用于接收经光源照射后被大脑组织发生漫射出射的光子，与单模探测光纤耦合，实现不同位置的光子计数；

相关运算器为脑血流测量的模块，通过与单光子计数器的部分通道连接，根据光子序列运算输出归一化光强自相关函数，并传送至个人计算机上等待进一步的脑血流计算；

个人计算机基于漫射相关谱(DCS)和近红外光谱(NIRS)算法，实现对光子计数、归一化光强自相关函数(g₂)的计算，和脑血氧、脑血流及各自功能能连接性的多模态成像。