一种新型近红外实时脑皮质血氧信号采集装置
专利汇可以提供一种新型近红外实时脑皮质血氧信号采集装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种新型 近红外 实时脑皮质血 氧 信号 采集装置，可以实时去除头皮血氧信号，得到脑皮质血氧信号，具体包括：双通道光极发射和接收模 块 、 光源 驱动模块、信号采集模块、信号分离模块、实时显示和存储模块和固定光极发射器和接收器的头戴帽。光源驱动 电路 驱动光极发射端 辐射 出近红外光，光极接收端接收反射回来的 光信号 ，然后传送到信号采集模块进行放大、滤波和 模数转换 后，由信号分离模块分离出脑皮质血氧信号和头皮血氧信号，最后脑皮质血氧信号传送至实时显示和存储模块。本发明结构完整，功能齐全，采集的近红外脑皮质血氧信号，实时去除了头皮上的血氧信号的干扰，提高了信号 精度 ，能满足神经反馈、 脑机 接口 等对实时性要求高的需求。，下面是一种新型近红外实时脑皮质血氧信号采集装置专利的具体信息内容。
1.一种实时采集脑皮质血氧信号的装置，其特征在于，其包括：
双通道近红外光极发射和接收模块、光源驱动模块、信号采集模块、信号分离模块及实时显示和存储模块，还包括一个固定光源和探测器的头戴帽。
2.权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述头戴帽基于国际10-20脑电帽系统设计，帽子上可用于固定的位置为10个，分别为左侧前额叶(Fp1)、右侧前额叶(Fp2)、左额(F3)、右额(F4)、左中颞(T7)、右中颞(T8)、左顶(P3)、右顶(P4)、左枕(O1)和右枕(O2)，使用时选择其中一个感兴趣的脑区位置，固定本发明的双通道近红外光极发射器和两个光极接收器，双通道近红外光极发射和接收模块包括光极发射器、标准距离光极接收器和短距离光极接收器，光源驱动模块驱动光源发射端发射两种波长分别为695nm和830nm的近红外光束，标准距离接收器距离光极发射器30mm，短距离光极接收器距离光极发射器为15mm，接收不同距离反射回来的混合血氧信号。
3.使用权利要求1或2所述的装置实时采集脑皮质血氧信号的方法。
4.权利要求3所述的方法，其特征在于其具体过程如下：
双通道光极发射和接收模块1中，光极发射器100由光源驱动电路5驱动后，发射出两种波长为695和830nm的近红外光，从头皮辐射进脑皮层，短距离接收器101和标准距离接收器
100，分别接收反射回来的近红外光信号，并将光信号转换为电信号，此信号为头皮血氧信号和脑皮质血氧信号的混合信号，采集到混合的血氧信号，送入信号采集模块2中，以高精度仪表放大器AD620组成模拟放大电路200，将采集到的混合信号放大100倍，再通过一个Butterworth低通滤波器201，滤除高频噪声，再由18位高精度模数转换芯片AD7608组成的模数转换电路202将模拟信号转换为数字信号，再通过DSP处理芯片TMS320C5517的SPI外设
300传送至信号分离模块3，再结合在TMS320C5517芯片上实现的多距离信号分离算法，信号分离模块301将混合的血氧信号，分离为脑皮质血氧信号和头皮血氧信号，脑皮质血氧信号再通过DSP处理芯片TMS320C5517的USB外设302送至实时显示和存储模块4，头皮血氧信号被移除。
5.权利要求5所述的方法，其中所述信号分离模块中301在DSP芯片TMS320C5517上实现的多距离信号分离算法具体包括：
标准距离接收器采集的混合血氧浓度信号ΔS1，短距离接收器采集的混合血氧浓度信号ΔS2，标准距离光极接收器距离光极发射器距离d1，短距离光极接收器距离光极发射器距离d2，短距离接收器保证近红外光穿透到深层区域距离光极发射端的最小距离d0，标准距离接收器近红外血氧信号 标准距离接收器头皮血氧信号 短距离接收器近红外血氧信号 短距离接收器头皮血氧信号 近红外信号路径长度l，血红蛋白摩尔消光系数ε，血红蛋白浓度变化Δc，根据朗伯比尔定律ΔS＝εlΔc,可知吸光度变化与血氧浓度变化之间的关系，因此可以用吸光度变化来测量血氧浓度变化情况，ΔS＝ΔSdeep+ΔSscalp＝ε(lΔc)deep+ε(lΔc)scalp (1)
所以标准距离接收器采集的混合信号为：
短距离接收器采集的混合信号为：
根据平面模型和MRI获得的真实解剖模型可知，光源路径长度l和光极发射端与接收端的距离d成正比例关系，
ldeep＝l0·(d/d0-1) (4)
式中，l0和d0分别是将l和d的函数关系显示在平面坐标系中x轴和y轴上的截距。所以标准距离接收器采集的混合信号为：
短距离接收器采集的混合信号为：
公式(5)除以(6)，化简可得公式(7)
又因为根据平面模型和MRI获得的真实解剖模型可知，头皮上近红外信号路径长度与距离d的关系为，在距离d大于10mm左右时，光源路径长度近似为常数l，所以有将公式(7)和(8)代入公式(3)，可得公式(9)
联立公式(2)和(9)，求解可得
通过公式(10)和(11)即可去除头皮血氧信号，得到近红外脑皮质血氧信号。以上多距离信号分离算法是应用单一波长为λ和总体血红蛋白的计算方法，本发明采用的是695和
830nm的双波长光源，设长波波长为λ1，设短长波波长为λ2，主要检测氧合血红蛋白(oxy-hemoglobin)和脱氧血红蛋白(deoxy-hemoglobin)的浓度变化，标准距离接收器采集的波长为λ1混合信号为 短距离接收器采集的波长为λ1混合信号为 标准距离接收器采集的波长为λ2混合信号为 短距离接收器采集的波长为λ2混合信号为 由公式(10)和公式(11)可得,
脑皮质氧合血红蛋白信号 为
脑皮质脱氧合血红蛋白信号 为
头皮氧合血红蛋白信号 为
头皮氧合脱氧血红蛋白信号 为
根据公式(12)、(13)、(14)和(15)即可去除头皮血氧信号，分离得到脑皮质血氧信号。
一种新型近红外实时脑皮质血氧信号采集装置
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
血红蛋白摩尔消光系数ε，血红蛋白浓度变化Δc，根据朗伯比尔定律ΔS＝εlΔc,可知吸光度变化与血氧浓度变化之间的关系，因此可以用吸光度变化来测量血氧浓度变化情况，[0029] ΔS＝ΔSdeep+ΔSscalp＝ε(lΔc)deep+ε(lΔc)scalp (1)
所以标准距离接收器采集的混合信号为：
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