[發明專利]一種用于測量生物組織光學參數的頻域近紅外光檢測裝置

有效

• 申請號: 202110060471.1
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112741600B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 邢麗冬;張宇;姚柳葉;鄒止寒;錢志余;李夢雪;臧夢潔
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明提供了一種用于測量生物組織光學參數的頻域近紅外光檢測裝置，包括人機交互模塊、近紅外LD耦合光纖、APD耦合光纖、生物組織固定裝置和測距模塊；其中近紅外LD耦合光纖通過光纖耦合接口與LD光源耦合來發射近紅外光，APD耦合光纖通過光纖耦合接口與APD耦合用來采集經反射后的近紅外光，測距模塊的測距管與生物組織固定裝置連接，LD耦合光纖可伸入測距模塊的測距管；使用者通過按鍵向FPGA輸入指令，FPGA根據輸入指令來操控設備的開始、光頻率和結束。本發明是一款成本低、微型化、無創的頻域近紅外光檢測裝置，可滿足研究者的基本需求。

技術領域

本發明涉及近紅外光譜檢測技術領域，主要涉及一種用于測量生物組織光學參數的頻域近紅外光檢測裝置。

背景技術

生物組織的光學參數，如生物組織對光的吸收系數和散射系數，因生物組織的復雜性而不同。fNIRS因具有無創、低成本、優良的時間分辨率和空間分辨率等優勢，在最近十幾年的時間里快速發展，成為一種新興的具有潛力的無創功能檢測技術。頻域fNIRS技術于1990年提出該方法使用高頻近紅外光對生物組織進行照射，測量出反射光的強度和相位，通過對比入射光和出射光的強度衰減和相位延遲來獲得生物組織的光學信息，代入由玻爾茲曼輻射方程推導出的標準擴散近似方程來得到生物組織的吸收系數和散射系數，進而計算得出HbO2和Hb的絕對濃度。1998年，美國ISS公司研發了第一套商用的單通道頻域近紅外光血氧計Oxiplex，之后一些大學和公司也相繼研發了頻域近紅外光譜術成像系統。

伊利諾伊的研究小組研發出一套頻域近紅外光譜成像系統，由16個光強度調制光源和2個探測器構成，可實現對人體大腦皮層運動區激活時的實時成像，在2001年，這套儀器被美國ISS公司首先商用，升級到128通道，這是頻域多通道近紅外光譜術的唯一商用系統。頻域fNIRS技術可獲得更多的生物組織信息，但是需要大量高頻設備，同時該設備的便捷性同樣重要，然而由于商用頻域近紅外光譜系設備價格高昂且系統復雜程度較高導致了很多研究者不能從事相關方面的研究，不能被廣泛使用。

發明內容

發明目的：為了解決上述背景技術中存在的問題，本發明提出了一種測量生物組織光學參數的頻域近紅外光檢測裝置，該裝置簡單便攜、無創、價格低廉，能夠穩定地輸出設定頻率的近紅外光、檢測出生物組織光學參數。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種用于測量生物組織光學參數的頻域近紅外光檢測裝置，包括人機交互模塊、近紅外LD耦合光纖、APD耦合光纖、生物組織固定裝置和測距模塊；所述人機交互模塊包括FPGA主控芯片，所述FPGA主控芯片一段輸出通過高速DA轉換模塊與近紅外LD驅動電路輸入相連；所述近紅外LD驅動電路輸出端連接有近紅外LD光源；所述近紅外LD光源與近紅外LD耦合光纖耦合；所述APD耦合光纖一端通過APD光電轉換電路連接至鎖相模塊；所述鎖相模塊輸出端通過高速AD轉換模塊輸入至FPGA主控芯片；

所述測距模塊包括第一測距管和第二測距管；近紅外LD耦合光纖插入第一測距管中，APD耦合光纖插入第二測距管中；所述第一測距管和第二測距管管壁均刻有測量刻度；所述生物組織固定裝置供測距模塊插入測量。

進一步地，所述FPGA主控芯片分別與操作按鍵、顯示屏和數碼管連接；所述操作按鍵的輸出端與FPGA主控芯片的信號輸入端電連接，所述顯示屏和數碼管的輸入控制端分別與FPGA主控芯片的信號輸出端電連接。

進一步地，所述生物固定裝置為四周及底部密封的長方體容器，其中四周及底部內側采用鏡面材料，內部反射近紅外光；所述生物固定裝置頂部固定設置有透明玻璃，透明玻璃上開有與第一測距管和第二測距管匹配的通孔。

進一步地，所述近紅外LD光源的波長范圍為780～1300nm，光強的變化范圍為0～10mW，近紅外LD光源頻率可調節范圍為800kHz～1.5MHz。