【摘 要】
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功能近红外光谱成像系统作为一种非侵入脑功能成像工具在脑科学研究领域迅速发展,对于研究神经活动与脑血流动力学相关性方面具有重要的意义。而系统通道数量较少导致的检测能力不足成为目前拟解决的问题。为了对脑组织多个部位的血液动力学参数进行同步测量,本文设计开发了一套基于光源光强调制的多通道fNIRS成像系统。首先,设计了多通道fNIRS成像系统的硬件电路。通过分析fNIRS成像系统的测量原理及方法,确定光
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功能近红外光谱成像系统作为一种非侵入脑功能成像工具在脑科学研究领域迅速发展,对于研究神经活动与脑血流动力学相关性方面具有重要的意义。而系统通道数量较少导致的检测能力不足成为目前拟解决的问题。为了对脑组织多个部位的血液动力学参数进行同步测量,本文设计开发了一套基于光源光强调制的多通道fNIRS成像系统。首先,设计了多通道fNIRS成像系统的硬件电路。通过分析fNIRS成像系统的测量原理及方法,确定光源光强调制的驱动方式和系统频分复用、并行采集的工作模式。为实现系统光源输出功率恒定的调制光信号,设计光源驱动模块电路和信号源模块电路。为解决光电探测器采集信号微弱的问题,设计可变增益的放大电路和低通滤波电路对采集到的信号进行预处理操作。基于数据采集卡设计了主控制模块的电路,实现系统多个通道的控制,完成对多个部位血氧信号的采集。其次,设计了多通道fNIRS成像系统的软件。为实现发射通道波长频分和光源时分的工作模式,设计了基于数据采集卡的数字输出控制程序。编写正交解调和MBLL算法程序实现血红蛋白浓度的提取。通过评估每个通道的电压范围和通道增益值,对系统信号质量和运行状态进行监测。利用触发标记的数据进行块平均,实现对不同试验范式多次重复后的统计学分析。最后,研制了多通道fNIRS成像系统,并对其进行了性能分析和实验验证。为验证系统的可行性,利用示波器对信号源和预处理电路进行分析,并用光功率计对光源的输出功率进行测试。通过静息监测实验、Holding Breath血氧监测实验和相关性的实验,表明系统能够有效的检测出因大脑神经活动导致的血氧浓度相对变化,验证了系统的可行性。
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