近红外光成像与脑电同步采集系统设计

摘要

脑功能成像技术对脑疾病临床诊断及神经科学研究的发展起着重要推动作用。近红外光成像与脑电图同步技术做为一种无创多模态神经成像技术，在时间分辨率与空间分辨率上具有互补性，可提供更全面的脑功能活动信息。因此，设计一种具备近红外光谱与脑电信号同步采集功能的脑功能检测系统将会为临床诊断和神经科学研究提供强有力的工具。本文的主要研究内容如下：　　首先，设计专用于近红外光信号与脑电信号采集的前置探头。本文从生物组织光学特性出发，设定探测下限、动态范围、光源波长与发射功率等光探头技术要求，建立光探头等效电流噪声模型，根据该模型选取合适的光电二极管与放大器以提高光探头的探测性能。根据脑电信号的特点，从放大器、电极材料等方面考虑设计合理的主动式脑电电极。　　其次，为实现近红外光信号与脑电信号严格同步，本文采用频分复用技术，将发射极的各波长光强调制到特定频率，使用模拟前端同步采集光接收探头与脑电电极的电压信号。在采集软件中加入数字正交解调功能，同步分离各频段光强信号。　　最后，设计线性度测量实验，测得光探头具有良好线性度，等效输入电流噪声与理论值接近，探测性能满足系统设计要求。设计Valsalva运动测试实验，计算得到的血氧变化趋势符合生理预测结果。设计一种动态光学模拟器，用于本系统和商用近红外成像仪器ETG-4000的性能比较，结果表明本系统采集到的近红外光信号质量优于ETG-4000。为量化系统的脑电信号采集性能，进行输入噪声测试，测得输入电压噪声峰峰值小于JJF1388-2013技术规范额定值。设计在体脑电采集对比实验，结果表明本系统与Brian Products脑电放大器采集得到的脑电信号在时域及频谱上一致，都可检测到被试者闭眼时产生的α节律。

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第1章 绪 论

1.1 脑功能成像技术简介

1.2 近红外光成像与脑电同步技术发展现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 近红外光成像技术与脑电信号测量理论

2.1 近红外光成像技术测量理论

2.2 脑电信号检测技术

2.3 近红外光谱与脑电信号同步方案

2.4 本章小结

第3章 近红外光成像与脑电同步采集系统搭建

3.1 系统硬件主体架构

3.2 前置探头设计

3.3 主控电路设计

3.4 系统上位机设计

3.5 本章小结

第4章 系统性能验证

4.1 近红外光信号采集性能测试

4.2 脑电信号采集性能测试

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢