專利名稱：一種光傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種光傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人類和一部分動(dòng)物類，當(dāng)神經(jīng)活動(dòng)時(shí)腦組織呈血氧動(dòng)態(tài)，利用磁共振成像技術(shù) (MRI)獲取血氧動(dòng)態(tài)過程中的腦組織圖像稱為功能磁共振成像(fMRI)技術(shù)。血流變化和血氧濃度變化統(tǒng)稱血氧動(dòng)態(tài)，當(dāng)腦神經(jīng)活動(dòng)時(shí)，將增加對(duì)葡萄糖的消耗量和相應(yīng)的有氧和無氧代謝。腦組織響應(yīng)代謝過程即增加血流量的過程，并且有1至5秒的延遲。血氧動(dòng)態(tài)響應(yīng)在4至5秒時(shí)到達(dá)峰值，產(chǎn)生區(qū)域性有氧血紅蛋白(oxyhemoglobin，HbO2)，脫氧血紅蛋白(deoxyhemoglobin，HbR)濃度變化，血流變化和血容積變化，即血氧相關(guān)信號(hào) (Blood-oxygen-level dependence, BOLD)。fMRI技術(shù)的基本原理就是利用脫氧血紅蛋白的磁感率不同而產(chǎn)生Tl或T2*加權(quán)的圖像灰度差?，F(xiàn)有磁共振腦組織功能成像存在諸多瓶頸和未解決的難點(diǎn)，第一，磁共振掃描獲取一副圖像或一段動(dòng)態(tài)視頻數(shù)據(jù)需要足夠長的時(shí)間(通常1分鐘以上)，充分覆蓋k空間或 k-t空間才能達(dá)到所需的分辨率；然而腦組織血氧濃度變化信號(hào)(Bold)卻是瞬時(shí)同步和動(dòng)態(tài)兩種特征狀態(tài)。因此其存在二個(gè)缺陷，第一，采集的k空間數(shù)據(jù)非來自腦組織血氧濃度變化信號(hào)(Bold)同一狀態(tài)，無法滿足時(shí)間分辨率的要求。第二，目前臨床和研究磁共振功能成像最常用的方法是運(yùn)用平面脈沖回波(EPI)等快速成像脈沖序列減少成像所需時(shí)間，其問題是，存在圖像變形和空間分辨率低、信噪比低的顯著缺點(diǎn)，而且，時(shí)間分辨率低(大于1 秒)，仍然無法獲得高時(shí)間分辨率圖像。腦組織功能成像的臨床意義十分重要，由于磁共振腦組織功能成像存在諸多瓶頸和未解決的難點(diǎn)，光學(xué)斷層攝像技術(shù)用于腦功能成像已經(jīng)受到研究人員關(guān)注，美國專利數(shù)據(jù)庫發(fā)表的 “TASK-LESS OPTICAL MAPPING OF BRAIN FUNCTION USING RESTING STATE FOUNCTIONAL CONNECTIVITY" (Joseph P. Culver et. al. , Appl. No. :12425743)公布了一種光學(xué)斷層探測(cè)技術(shù)探測(cè)在休息狀態(tài)下和無任務(wù)激勵(lì)狀態(tài)下的腦功能圖像。Jowph指出傳統(tǒng)磁共振功能成像通常是基于任務(wù)激勵(lì)的，如測(cè)量運(yùn)動(dòng)中樞皮層功能狀態(tài)需要手部運(yùn)動(dòng)激勵(lì)。這種方法時(shí)間分辨率高，可以達(dá)到人體臨床標(biāo)準(zhǔn)(毫秒尺度)，還可測(cè)量總血紅蛋白(total hemoglobin，HbT)、有氧血紅蛋白(oxyhemoglobin，HbO2)、脫氧血紅蛋白 (deoxyhemoglobin,HbR)濃度變化和濃度絕對(duì)值等。然而，其缺點(diǎn)是空間分辨率低，為了獲得更清晰的腦功能圖像，有采用磁共振成像聯(lián)合其它檢測(cè)方法獲得更高的分辨率腦功能圖像的研究，如磁共振-腦電探測(cè)儀聯(lián)合成像(EEG-FMRI)，該方法是，聯(lián)合應(yīng)用腦電探測(cè)技術(shù)，腦電探測(cè)技術(shù)，時(shí)間分辨率較高(毫秒尺度)，給磁共振功能成像過程提供時(shí)間相關(guān)參數(shù)修正。然而，這種方法沒有一種很好的協(xié)同機(jī)制，存在諸多缺陷其一，磁共振掃描器的射頻磁脈沖會(huì)在腦生物電探測(cè)電極感生電流，射頻脈沖序列是離散的時(shí)間序列，腦電探測(cè)儀即通過需要采取相應(yīng)時(shí)間關(guān)斷措施。其二，磁共振掃描器產(chǎn)生的空間變化梯度磁場(chǎng)也會(huì)在腦電電極感應(yīng)電流，而這類持續(xù)存在的梯度磁場(chǎng)很難有效消除其感應(yīng)產(chǎn)生的電流，導(dǎo)致腦電探測(cè)儀接收的信號(hào)存在感應(yīng)電流信號(hào)的干擾。其三，頭部運(yùn)動(dòng)在磁場(chǎng)的作用下，也會(huì)使腦電電極感應(yīng)電流產(chǎn)生噪聲。第四，腦電電極材料的磁感率會(huì)對(duì)靜磁場(chǎng)~的不均勻性產(chǎn)生影響，而磁場(chǎng)不均勻性會(huì)給磁共振系統(tǒng)帶來圖像扭曲、偽影。磁共振-腦電探測(cè)儀聯(lián)合成像技術(shù)還存在腦電電極感生電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)會(huì)對(duì)皮膚灼傷的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的磁共振掃描器分辨率低的不足，本發(fā)明提供一種光傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)將激光發(fā)射光纖和信號(hào)傳輸光纖交替置于集線墊片上，組成視覺中樞光傳感器組件和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件zb，由于采用光速傳播器件，可以提高檢測(cè)過程中的時(shí)間分辨率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種光傳感系統(tǒng)，其特點(diǎn)是包括發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分由脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖3組成，脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖3依次電連接； 接收部分由光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖4，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖4，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)依次電連接；激光發(fā)射光纖3與信號(hào)傳輸光纖4對(duì)應(yīng)，一個(gè)激光發(fā)射光纖3對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)傳輸光纖4。激光發(fā)射光纖3和信號(hào)傳輸光纖4交替置于集線墊片2上，組成視覺中樞光傳感器組件和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb。所述集線墊片2的材料是熱解石墨泡沫材料。所述視覺中樞光傳感器組件τ 由三十二支激光發(fā)射光纖3和三十二支信號(hào)傳輸光纖4構(gòu)成。所述運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb由三十六支激光發(fā)射光纖3和三十六支信號(hào)傳輸光纖4構(gòu)成。所述激光發(fā)射光纖3是高雙折射率光纖。所述信號(hào)傳輸光纖4是高雙折射率光纖。本發(fā)明的有益效果是將激光發(fā)射光纖和信號(hào)傳輸光纖交替置于集線墊片上，組成視覺中樞光傳感器組件和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件zb，由于采用光速傳播器件，提高了檢測(cè)過程中的時(shí)間分辨率。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明光傳感系統(tǒng)工作位式示意圖。圖2是本發(fā)明光傳感系統(tǒng)框圖。圖3是采用本發(fā)明光傳感系統(tǒng)組成的視覺中樞光傳感器組件和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb的示意圖。圖4是本發(fā)明光傳感系統(tǒng)算法框圖。圖5是采用本發(fā)明光傳感系統(tǒng)光學(xué)法時(shí)軸定位時(shí)分式功能磁共振成像方法流程圖。圖中，1-磁共振成像鳥籠磁線圈；2-集線墊片；3-激光發(fā)射光纖；4-信號(hào)傳輸光纖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1 5，本發(fā)明光傳感系統(tǒng)包括發(fā)射部分和接收部分。發(fā)射部分由脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖3組成，脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖3依次電連接；接收部分由光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖4，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖 4，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)依次電連接；激光發(fā)射光纖3與信號(hào)傳輸光纖4對(duì)應(yīng)，一個(gè)激光發(fā)射光纖3對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)傳輸光纖4。激光發(fā)射光纖3和信號(hào)傳輸光纖4交替置于集線墊片2上，組成視覺中樞光傳感器組件和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件 Zb?；谑录碳ず蟮哪X組織皮層血氧動(dòng)態(tài)響應(yīng)，由光傳感系統(tǒng)測(cè)量血氧動(dòng)態(tài)變化的空間分布狀態(tài)集合M，腦皮層響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程的所選特定狀態(tài)Ma為判定狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)為判定狀態(tài)Ma時(shí)，觸發(fā)磁共振線圈發(fā)射磁共振信號(hào)激勵(lì)脈沖、梯度編碼、數(shù)據(jù)采集。當(dāng)當(dāng)檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)改變時(shí)，磁共振儀停止工作。重復(fù)上述流程至k空間或k-t空間數(shù)據(jù)采集完畢。激光發(fā)射光纖3和信號(hào)傳輸光纖4交替置于集線墊片2上，集線墊片2與被檢測(cè)者頭部貼緊，磁共振成像鳥籠磁線圈1產(chǎn)生激勵(lì)射頻脈沖和接收磁共振信號(hào)。集線墊片2采用熱解石墨(pyrolytic graphite)泡沫材料，該材料質(zhì)量輕且柔軟，磁感系數(shù)和人體組織相近，可減少對(duì)Btl磁場(chǎng)不均勻性的影響。激光發(fā)射光纖3、信號(hào)傳輸光纖4，采用高雙折射率(high-birefringence)光纖， 以抑制磁光效應(yīng)，即抑制磁共振掃描器的磁場(chǎng)對(duì)光信號(hào)傳輸?shù)母蓴_。視覺中樞光傳感器組件Za、運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb、實(shí)現(xiàn)對(duì)腦皮層的血紅蛋白濃度和血流量的2維空間分布狀態(tài)的探測(cè)，采用32支激光發(fā)射光纖3和32支信號(hào)傳輸光纖4構(gòu)成視覺中樞光傳感器組件I采用36支激光發(fā)射光纖3和36支信號(hào)傳輸光纖4構(gòu)成運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb，分別分布在頭頂部和腦后的視覺中樞、運(yùn)動(dòng)中樞等對(duì)應(yīng)位置， 一個(gè)激光發(fā)射光纖3對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)傳輸光纖4。視覺中樞光傳感器組件&，32對(duì)組件置于腦后的視覺中樞對(duì)應(yīng)位置，運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb，36對(duì)組件置于頭頂部運(yùn)動(dòng)中樞對(duì)應(yīng)位置。狀態(tài)M的測(cè)定方法原理為，2維多元光源和光探測(cè)器組每一對(duì)光源和探測(cè)器輸出信號(hào)為一分量，所有分量輸出二維矩陣數(shù)據(jù)將確定空間狀態(tài)M。分量傳感原理為，采用指數(shù)移動(dòng)平均濾波的波長調(diào)制光譜法，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分辨率，控制延遲，也可以將呼吸和表層血流高頻信號(hào)噪聲濾除。由脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件、激光發(fā)射光纖3、光纖接受端、 信號(hào)傳輸光纖4，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成光傳感系統(tǒng)。檢測(cè)信號(hào)通過光纖端子接收由光纖束傳輸至雪崩光學(xué)傳感器端口，雪崩光學(xué)傳感器獲得變化的光譜信號(hào)，分別由32路和36路數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器采集的信號(hào)由計(jì)算機(jī)處理，處理后的數(shù)據(jù)形成規(guī)律曲線用于狀態(tài)檢測(cè)和判斷。波長調(diào)制信號(hào)，即紅外二極管激光器和雪崩紅外探測(cè)器組傳感總血紅蛋白、氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白濃度對(duì)光譜吸收。激光電源驅(qū)動(dòng)紅外二極管激光器驅(qū)動(dòng)電流使得波長變化跨過600nm至lOOOnm，并且調(diào)制成為ω = 50MHz正弦波。通過快速調(diào)節(jié)波長抑制激光器Ι/f噪聲。波長調(diào)制光譜法吸收后光強(qiáng)，采用比爾朗伯(Beer-Lambert)定律物理建模，并數(shù)學(xué)上分解為基波為ω的傅里葉級(jí)數(shù)。參考信號(hào)，即頻率為2ω的余弦信號(hào)COS2cot。指數(shù)移動(dòng)平均濾波(exponential moving average)，即一種移動(dòng)平均濾波器 (moving average, ΜΑ)，其加權(quán)平均的權(quán)重對(duì)于時(shí)間軸的新數(shù)據(jù)更大，能控制和減少時(shí)間延遲，滿足實(shí)時(shí)要求。并且能濾除心跳、呼吸和表面血流噪聲。實(shí)時(shí)濃度信號(hào)，即經(jīng)算法解調(diào)的光強(qiáng)信號(hào)。運(yùn)算符號(hào)是乘法器，即波長調(diào)制光譜信號(hào)和參考信號(hào)2 ω正弦信號(hào)經(jīng)乘法器相乘，而指數(shù)移動(dòng)平均濾波器是低通濾波器，由于波長調(diào)制光譜信號(hào)攜帶基波ω頻率信號(hào)和諧波分量，經(jīng)參考信號(hào)調(diào)制解調(diào)通過低通濾波器， 獲取波長調(diào)制信號(hào)2 ω分量，即反映實(shí)時(shí)濃度信號(hào)的光強(qiáng)信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種光傳感系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)射部分和接收部分；發(fā)射部分由脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖C3)組成，脈沖電源、紅外激光二極管、 光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖C3)依次電連接；接收部分由光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖G)，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖G)，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)依次電連接；激光發(fā)射光纖(3) 與信號(hào)傳輸光纖(4)對(duì)應(yīng)，一個(gè)激光發(fā)射光纖( 對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)傳輸光纖(4)；激光發(fā)射光纖(3)和信號(hào)傳輸光纖(4)交替置于集線墊片( 上，組成視覺中樞光傳感器組件h和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb。
2.—種權(quán)利要求1所述光傳感系統(tǒng)，其特征在于所述集線墊片(2)的材料是熱解石墨泡沫材料。
3.—種權(quán)利要求1所述光傳感系統(tǒng)，其特征在于所述視覺中樞光傳感器組件h由三十二支激光發(fā)射光纖( 和三十二支信號(hào)傳輸光纖(4)構(gòu)成。
4.一種權(quán)利要求1所述光傳感系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb由三十六支激光發(fā)射光纖( 和三十六支信號(hào)傳輸光纖(4)構(gòu)成。
5.一種權(quán)利要求1所述光傳感系統(tǒng)，其特征在于所述激光發(fā)射光纖C3)是高雙折射率光纖。
6.一種權(quán)利要求1所述光傳感系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)傳輸光纖(4)是高雙折射率光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光傳感系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有的磁共振掃描器分辨率低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是光傳感系統(tǒng)包括發(fā)射部分和接收部分；發(fā)射部分由脈沖電源、紅外激光二極管、光纖耦合傳送器件和激光發(fā)射光纖(3)組成；接收部分由光纖接受端、信號(hào)傳輸光纖(4)，紅外探測(cè)器、前放電路與數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成；激光發(fā)射光纖(3)與信號(hào)傳輸光纖(4)對(duì)應(yīng)；激光發(fā)射光纖(3)和信號(hào)傳輸光纖(4)交替置于集線墊片(2)上，組成視覺中樞光傳感器組件Za和運(yùn)動(dòng)中樞光傳感器組件Zb。由于采用光速傳播器件，提高了檢測(cè)過程中的時(shí)間分辨率。
文檔編號(hào)A61B5/026GK102551736SQ201210017730
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者史儀凱, 袁小慶, 鄧梁 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)