專利名稱：基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于近紅外組織光學(xué)成像領(lǐng)域，具體涉及基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于大腦的神經(jīng)活動(dòng)對(duì)周圍區(qū)域的血紅蛋白濃度有很大的影響，而在近紅外光測(cè)量和治療的光學(xué)窗口 ^00nm-900nm)，腦組織對(duì)光的吸收主要依賴于血紅蛋白，從而可以通過(guò)對(duì)大腦皮層相應(yīng)功能區(qū)采用該波段的多個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)行光譜測(cè)量，來(lái)獲得氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的濃度變化圖[I]。以此來(lái)定量獲取神經(jīng)相關(guān)功能和生理信息，可實(shí)現(xiàn)提高神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷特異性和靈敏度。近十年來(lái)，由近紅外組織光譜技術(shù)(Near Infrared SpectroscopyNIRS)發(fā)展而來(lái)的光學(xué)拓?fù)涑上?Optical Topography, OT)作為一種新興的完全無(wú)損活體成像技術(shù),在人類大腦皮層功能成像方面顯示出其特定的優(yōu)越性[2]。該成像技術(shù)基于組織體的近紅外 “窗口效應(yīng)”，采用反射擴(kuò)散光測(cè)量方式，根據(jù)大腦的外形來(lái)合理布局測(cè)量點(diǎn)，可有效克服了采用近紅外光在實(shí)現(xiàn)腦組織功能測(cè)量時(shí)低的透射能力的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)腦皮層功能相關(guān)血氧變化空間分辨測(cè)量。近年來(lái),OT的研究重點(diǎn)已從追求高空間分辨轉(zhuǎn)向大腦皮層的高動(dòng)態(tài)定量成像方面，以期準(zhǔn)確獲取大腦功能區(qū)神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)激響應(yīng)模式和功能信息[3]。以O(shè)T為代表的腦功能光學(xué)測(cè)量技術(shù)正在逐漸發(fā)展成熟并進(jìn)入正式臨床應(yīng)用階段，成為現(xiàn)有腦成像模態(tài) (fMRI、EEG、MEG等)[4]的一個(gè)極為有益的補(bǔ)充。OT系統(tǒng)有時(shí)域(Time-Domain，TD) [5-7]、 頻域分辨(Frequency-Domain,FD) [8]和連續(xù)光(Continuous-Wave,CW) [9-10]三種主要測(cè)量模式。TD-OT系統(tǒng)雖然具有測(cè)量信息相對(duì)完整，但是其系統(tǒng)價(jià)格昂貴、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，難以在小型實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行普及和測(cè)量神經(jīng)快變信號(hào)。FD-OT系統(tǒng)一般需要200MHz以上的高頻調(diào)制以實(shí)現(xiàn)相移測(cè)量所需的合理信噪比，實(shí)現(xiàn)難度較大，單頻測(cè)量提供的信息有限，而多頻測(cè)量系統(tǒng)性價(jià)比與時(shí)域測(cè)量相比不占優(yōu)勢(shì)。因此，CW系統(tǒng)是腦功能光學(xué)成像的主流技術(shù)。 目前，國(guó)內(nèi)外的科學(xué)工作者在CW-OT技術(shù)系統(tǒng)和基礎(chǔ)研究領(lǐng)域做了大量的工作，也取得了諸多成果，所發(fā)展的實(shí)用系統(tǒng)或者采用高靈敏的光子探測(cè)器件，如光電倍增管(PMT)和雪崩光電二極管(APD)，價(jià)格昂貴；或者采用普通的光電二極管模擬測(cè)量方式，測(cè)量信噪比不高，探測(cè)面積受到很大限制。參考文獻(xiàn)[I]Hiroshi Kawaguchi, Tatsuya Koyama, Eiji Okada, Virtual Head Phantom for Evaluation of Near Infrared Topography, Lasers and Electro-Optics Society (2006).[2]徐可欣，高峰，趙會(huì)娟，生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)(第二版)，北京科學(xué)出版社(2011).[3] Joseph M. Lasker, James M. Masciotti , and Matthew Schoenecker, Christoph H. Schmitz,Andreas H. Hielscher,Digital-signal-processor based dynamic
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種能夠有效提高OT系統(tǒng)的測(cè)量信噪比和時(shí)間動(dòng)態(tài)性，的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)。本發(fā)明將數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)與多波長(zhǎng)CW-OT測(cè)量模式相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)腦功能成像測(cè)量信息的高定量和高通量性奠定基礎(chǔ)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下光源部分包括至少2個(gè)不同近紅外波長(zhǎng)的激光器、多通道直接數(shù)字合成正弦信號(hào)調(diào)制器、單模光纖、波分復(fù)用器和光開關(guān)，多通道直接數(shù)字合成正弦信號(hào)調(diào)制器用于輸出對(duì)不同近紅外波長(zhǎng)的激光器進(jìn)行調(diào)制的不同頻率的正弦信號(hào)；經(jīng)過(guò)調(diào)制的多個(gè)所激光器產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的近紅外激光由多路單模光纖耦合到波分復(fù)用器并由一路光纖輸出；光開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的光源入射位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換；探測(cè)部分包括多根源光纖和探測(cè)光纖、源-探測(cè)光纖布配貼片、四個(gè)硅光電二極管探測(cè)器以及多通道的程控濾波放大器，源光纖用于傳導(dǎo)照射到組織體表面不同源位置的入射光，探測(cè)光纖用于傳導(dǎo)由組織體表面不同探測(cè)位置反射的漫反射光，源-探測(cè)光纖布配貼片用于布配源、探測(cè)光纖以實(shí)現(xiàn)光源從不同源點(diǎn)入射和探測(cè)器從不同的探測(cè)點(diǎn)接收出射光，所述的源-探測(cè)光纖布配貼片包括分別分布在一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)和中心的五個(gè)源點(diǎn)，以及分布在四個(gè)邊的中點(diǎn)位置的四個(gè)探測(cè)點(diǎn)，形成十二個(gè)等距的源-探測(cè)對(duì)，每個(gè)源-探測(cè)對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣點(diǎn)；每個(gè)硅光電二極管探測(cè)器連接到一個(gè)探測(cè)點(diǎn)，用于將該探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)光纖采集的漫反射混合信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，程控濾波放大器用于將各個(gè)硅光電二極管探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波；數(shù)據(jù)采集部分用于對(duì)經(jīng)過(guò)放大和濾波的電信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)對(duì)由數(shù)據(jù)采集部分輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鎖相和重建成像處理。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用所述的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)的組織體成像方法，其特征在于，包括下列步驟I)利用不同頻率的正弦信號(hào)對(duì)不同波長(zhǎng)的激光器進(jìn)行調(diào)制，并經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器進(jìn)行耦合，得到不同波長(zhǎng)的近紅外混合激光信號(hào)，通過(guò)光開關(guān)控制該路混合激光信號(hào)在組織體表面不同源點(diǎn)逐次入射，每換一個(gè)源點(diǎn)，各通道同時(shí)在組織體表面不同的探測(cè)點(diǎn)采集一次漫反射激光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將該電信號(hào)進(jìn)行放大和A/D轉(zhuǎn)換，由此得到多組離散的漫反射混合信號(hào)數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣點(diǎn)；2)分別對(duì)兩個(gè)不同時(shí)刻的采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字鎖相處理，得到兩個(gè)時(shí)刻在兩個(gè)不同波長(zhǎng)的漫反射激光信號(hào)的和不同采樣點(diǎn)處的幅值；3)利用上述步驟得到的幅值，根據(jù)朗伯-比爾定律，分別計(jì)算十二個(gè)采樣點(diǎn)在兩個(gè)波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)，并計(jì)算兩個(gè)時(shí)刻吸收系數(shù)的變化量，再利用該吸收系數(shù)變化量進(jìn)行成像。本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的CW-OT實(shí)用系統(tǒng)及成像方法。該系統(tǒng)將硅光電二極管光電探測(cè)器、多波長(zhǎng)數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)和優(yōu)化的激勵(lì)-檢測(cè)布配模式相結(jié)合，與時(shí)域(TD)測(cè)量技術(shù)和頻域(FD)成像系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的基于連續(xù)光和數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)價(jià)格低廉，定性測(cè)量成像穩(wěn)定性好，另外，本發(fā)明由于采用了數(shù)字鎖相不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的同時(shí)測(cè)量成像，而且還能很好地濾除各類噪聲干擾， 從而可大大提高系統(tǒng)的測(cè)量面積及其精確度。具體而言，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果I)該發(fā)明采用兩個(gè)以上的半導(dǎo)體激光器和四個(gè)硅光電二極管探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)十二采樣點(diǎn)成像，系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)，穩(wěn)定性好，易于實(shí)現(xiàn)。2)該發(fā)明采用吸收系數(shù)的變化量進(jìn)行成像，能夠有效消除背景噪聲及激勵(lì)源的影響，提高了成像的準(zhǔn)確性。3)該發(fā)明采用反射擴(kuò)散光測(cè)量方式，并根據(jù)組織體的外形來(lái)合理布局測(cè)量點(diǎn)，有效克服了近紅外光在實(shí)現(xiàn)組織體特別是腦組織測(cè)量低的透射能力的缺點(diǎn)。4)該發(fā)明采用多波長(zhǎng)多通道并行測(cè)量方法，可有效提高OT系統(tǒng)的時(shí)間動(dòng)態(tài)性。5)該發(fā)明采用數(shù)字鎖相算法來(lái)實(shí)現(xiàn)漫反射光信號(hào)幅值的提取，除了能獨(dú)自分離出各個(gè)分信號(hào)的幅值外，其中的均值濾波器能很好地除掉其他的干擾信號(hào)，大大地提高了系統(tǒng)的測(cè)量面積及其準(zhǔn)確性。


圖I :基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)的原理框圖。圖2 :吸收系數(shù)變化量的二維拓?fù)涑上裨硎疽鈭D。圖3 :源-探測(cè)布配貼片示意圖。圖4:數(shù)字鎖相流程圖。圖5 :均值濾波器的頻率響應(yīng)。圖6 :吸收系數(shù)變化量的二維拓?fù)涑上駡D，(a)的波長(zhǎng)為660nm，(b)的波長(zhǎng)為 830nm。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)，包括光源部分， 探測(cè)部分，數(shù)據(jù)采集部分和計(jì)算機(jī)，其原理框圖如圖I所示，其中，光源部分包括兩通道直接數(shù)字合成(DDS)正弦信號(hào)調(diào)制器、兩個(gè)不同近紅外波長(zhǎng)的激光器(波長(zhǎng)分別為660nm和830nm)、單模光纖、波分復(fù)用器(二合一)和光開關(guān) (5:1)。兩通道直接數(shù)字合成(DDS)正弦信號(hào)調(diào)制器用于輸出不同頻率(5kHz和IOkHz)的正弦信號(hào)對(duì)各個(gè)激光器進(jìn)行調(diào)制，其輸出信號(hào)的頻率和幅度由Labview控制界面進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；每個(gè)激光器由半導(dǎo)體激光二極管(LD)及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)組成，各個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的激光器產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)(660nm和830nm)的近紅外正弦激光信號(hào)經(jīng)由兩路單模光纖耦合到波分復(fù)用器并由一路光纖輸出；光開關(guān)(5:1)通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)該混合激光信號(hào)在五個(gè)不同的光源入射位置間自行進(jìn)行切換。探測(cè)部分包括五根源光纖和四根探測(cè)光纖、源-探測(cè)光纖布配貼片、四個(gè)硅光電二極管探測(cè)器以及四通道的程控濾波放大器。五根源光纖一端與光開關(guān)相連，另一端與源-探測(cè)光纖布配貼片上的五個(gè)不同的源點(diǎn)相連，用于傳導(dǎo)照射到組織體表面不同源位置的入射光；四根探測(cè)光纖的一端與源-探測(cè)光纖布配貼片的四個(gè)探測(cè)點(diǎn)相連，另一端與四個(gè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)相連，用于傳導(dǎo)由組織體表面不同探測(cè)位置出射的漫反射光；源-探測(cè)光纖布配貼片采用五源四探測(cè)布配，即五個(gè)源點(diǎn)，四個(gè)探測(cè)點(diǎn)，該布配貼片呈正方形，其中五個(gè)源點(diǎn)分布在四個(gè)角和中心位置，四個(gè)探測(cè)點(diǎn)分布在四個(gè)邊的中點(diǎn)位置，形成十二個(gè)等距的源-探測(cè)對(duì)，每個(gè)源-探測(cè)對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣點(diǎn)，如圖3所示，用于布配源、探測(cè)光纖以實(shí)現(xiàn)光源從不同源點(diǎn)入射和探測(cè)器從不同的探測(cè)點(diǎn)接收出射光；四個(gè)硅光電二極管探測(cè)器用于將不同探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)光纖采集的漫反射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并做適當(dāng)放大；四通道程控濾波放大器由高通濾波電路和放大電路組成，用于將四個(gè)通道的探測(cè)器出射的電信號(hào)中的直流信號(hào)濾掉并作進(jìn)一步放大，其放大倍數(shù)通過(guò)Labview控制界面進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)采集部分包括一個(gè)12位的數(shù)據(jù)采集卡，利用Labview控制界面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的參數(shù)設(shè)置，對(duì)經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，該部分的數(shù)據(jù)采集和光開關(guān)的切換通過(guò)程序進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)四通道在不同源位置下的數(shù)據(jù)采集在很短的時(shí)間內(nèi)自行完成；計(jì)算機(jī)對(duì)由數(shù)據(jù)采集部分得到的離散信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字鎖相處理和重建成像。 其中，數(shù)字鎖相對(duì)采集的兩個(gè)頻率的混合信號(hào)進(jìn)行分離并提取各分信號(hào)的幅度；重建成像利用由數(shù)字鎖相處理得到的幅值通過(guò)朗伯-比爾定律得到組織體在不同時(shí)刻下的吸收系數(shù)，并做差值得到組織體同一位置的吸收系數(shù)在后一時(shí)刻相對(duì)于前一時(shí)刻的變化量，然后對(duì)該變化量進(jìn)行成像。本發(fā)明采用的成像方法，具體步驟如下I.通過(guò)該拓?fù)涑上裣到y(tǒng)獲得h和t2兩個(gè)不同時(shí)刻下各源-探測(cè)對(duì)對(duì)應(yīng)的離散漫反射混合信號(hào)。由于該系統(tǒng)采用五源四探測(cè)模式，所以在h和t2兩個(gè)時(shí)刻下各采集到二十個(gè)離散漫反射混合信號(hào)，每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)源-探測(cè)對(duì)，設(shè)時(shí)刻tk采集到的第j個(gè)離散漫反射混合信號(hào)表示為^^^°[ ]，(其中 k = 1,2, j = 1,2, ... ,20, η = O, I, , Ns-I)。具體如下用兩個(gè)不同頻率(5kHz和IOkHz)的正弦信號(hào)分別對(duì)兩個(gè)不同波長(zhǎng)(660nm和 830nm)的激光器進(jìn)行調(diào)制，使兩激光器分別發(fā)出和調(diào)制頻率具有相同頻率的正弦信號(hào)，并將該兩路單頻激光信號(hào)通過(guò)波分復(fù)用器耦合成一路混合激光信號(hào)通入光開關(guān)，并通過(guò)光開關(guān)的切換，使該路混合激光信號(hào)在源-探測(cè)光纖布配貼片五個(gè)不同源點(diǎn)垂直射入組織體， 用四個(gè)探測(cè)器從源-探測(cè)光纖布配貼片上四個(gè)探測(cè)點(diǎn)檢測(cè)從組織體中出射漫反射光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，出射的漫反射光信號(hào)和入射激光信號(hào)具有相同的頻率和波形，但幅度發(fā)生了衰減，也引入了噪聲，由探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)四通道程控濾波放大器的放大并由數(shù)據(jù)采集卡對(duì)其進(jìn)行采集，每切換一次光開關(guān)，四個(gè)通道同時(shí)采集一次，這樣便得到二十個(gè)離散漫反射混合信號(hào)，每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)源-探測(cè)對(duì)，按照上面的步驟分別采集^和t2 兩個(gè)時(shí)刻下各源-探測(cè)對(duì)對(duì)應(yīng)的離散漫反射混合信號(hào)數(shù)據(jù)。2.從步驟I得到的二十個(gè)離散漫反射混合信號(hào)篩選出十二個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的十二個(gè)離散漫反射混合信號(hào)，設(shè)時(shí)刻tk采集到的第i個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的離散漫反射混合信號(hào)表示為 (其中 k = 1，2，i = 1，2，· · ·，12，η = 0，1，· · ·，Ns-I)，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)字鎖相處理(其流程圖如圖4所示)分別得出h和t2兩個(gè)時(shí)刻在兩個(gè)不同波長(zhǎng)(660nm和830nm) 下十二個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的漫反射信號(hào)幅值信息，設(shè)時(shí)刻tk在第g個(gè)波長(zhǎng)下的第i個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的漫反射信號(hào)幅值為(其中k= l，2，g= l，2，i = 1，2，...，12)。其中的數(shù)字鎖相
處理具體如下
rJ27rf^n~l\①先用復(fù)參考信號(hào)￡ (其中F _ e( ^Λ^} I彡g彡G，此處G = 2，
lljGxNsLgn — e,
O彡η < Ns-Lfg為調(diào)制頻率，fs為采樣頻率，Ns為采樣點(diǎn)數(shù)，且滿足fg = kfs/Ns，G ( Ns/2) 與tk時(shí)刻的漫反射混合信號(hào)相乘，使漫反射混合信號(hào)發(fā)生頻移。②將相乘后的信號(hào)與均值濾波器(M ] = |，0彡n<Ns_l，其頻率響應(yīng)如圖5所
示)進(jìn)行卷積，濾除掉發(fā)生頻移后的交流分量和噪聲，保留直流分量Zg，(此處G = 2，I =
12)再對(duì)其中的每個(gè)元素取兩倍的模，即= 便得到tk時(shí)刻在兩個(gè)波長(zhǎng)(660nm和
830nm)下的十二個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的漫反射幅值A(chǔ)=，其中為Ag中第g個(gè)波長(zhǎng)第i個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的漫反射幅值，其中k = l，2，g= l，2，i = 1，2，...，12。3.利用上面得到的幅值和AZ由朗伯-比爾定律推導(dǎo)式Τ ( /(⑴ / /((2)、
、I gl J可得出十二個(gè)采樣點(diǎn)在各個(gè)波長(zhǎng)^60nm和830nm)下對(duì)應(yīng)的吸收系
數(shù)(μ a)在t2時(shí)刻相對(duì)于h時(shí)刻的變化量(Λ μ a)，再利用該吸收系數(shù)變化量進(jìn)行成像，其所成圖像如圖6所示。其中，Δ/4 )為第i個(gè)采樣點(diǎn)在波長(zhǎng)Ag下對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)(ya) 在t2時(shí)刻相對(duì)于h時(shí)刻的變化量，4)為tl時(shí)刻采集并處理得到的第i個(gè)采樣點(diǎn)在波長(zhǎng)入g 下對(duì)應(yīng)的漫反射信號(hào)幅值，為t2時(shí)刻采集并處理得到的第i個(gè)采樣點(diǎn)在波長(zhǎng)λ g下對(duì)應(yīng)的漫反射信號(hào)幅值，I為漫射光在組織體中所走的路程，按照經(jīng)驗(yàn)值取I 4. 5d，其中d為源-探測(cè)表面距離。
8
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)，包括光源部分，探測(cè)部分，數(shù)據(jù)采集部分和計(jì)算機(jī)，其中，光源部分包括至少2個(gè)不同近紅外波長(zhǎng)的激光器、多通道直接數(shù)字合成正弦信號(hào)調(diào)制器、單模光纖、波分復(fù)用器和光開關(guān)，多通道直接數(shù)字合成正弦信號(hào)調(diào)制器用于輸出對(duì)不同近紅外波長(zhǎng)的激光器進(jìn)行調(diào)制的不同頻率的正弦信號(hào)；經(jīng)過(guò)調(diào)制的多個(gè)所激光器產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的近紅外激光由多路單模光纖耦合到波分復(fù)用器并由一路光纖輸出；光開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的光源入射位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換；探測(cè)部分包括多根源光纖和探測(cè)光纖、源-探測(cè)光纖布配貼片、四個(gè)硅光電二極管探測(cè)器以及多通道的程控濾波放大器，源光纖用于傳導(dǎo)照射到組織體表面不同源位置的入射光，探測(cè)光纖用于傳導(dǎo)由組織體表面不同探測(cè)位置反射的漫反射光，源-探測(cè)光纖布配貼片用于布配源、探測(cè)光纖以實(shí)現(xiàn)光源從不同源點(diǎn)入射和探測(cè)器從不同的探測(cè)點(diǎn)接收出射光，所述的源-探測(cè)光纖布配貼片包括分別分布在一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)和中心的五個(gè)源點(diǎn)，以及分布在四個(gè)邊的中點(diǎn)位置的四個(gè)探測(cè)點(diǎn)，形成十二個(gè)等距的源-探測(cè)對(duì)，每個(gè)源-探測(cè)對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣點(diǎn)；每個(gè)硅光電二極管探測(cè)器連接到一個(gè)探測(cè)點(diǎn)，用于將該探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)光纖采集的漫反射混合信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，程控濾波放大器用于將各個(gè)硅光電二極管探測(cè)器輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波；數(shù)據(jù)采集部分用于對(duì)經(jīng)過(guò)放大和濾波的電信號(hào)進(jìn)行采集并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)對(duì)由數(shù)據(jù)采集部分輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鎖相和重建成像處理。
2.一種采用權(quán)利要求I所述的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)的組織體成像方法，其特征在于，包括下列步驟1)利用不同頻率的正弦信號(hào)對(duì)不同波長(zhǎng)的激光器進(jìn)行調(diào)制，并經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器進(jìn)行耦合，得到不同波長(zhǎng)的近紅外混合激光信號(hào)，通過(guò)光開關(guān)控制該路混合激光信號(hào)在組織體表面不同源點(diǎn)逐次入射，每換一個(gè)源點(diǎn)，各通道同時(shí)在組織體表面不同的探測(cè)點(diǎn)采集一次漫反射激光信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將該電信號(hào)進(jìn)行放大和A/D轉(zhuǎn)換，由此得到多組離散的漫反射混合信號(hào)數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣點(diǎn)；2)分別對(duì)兩個(gè)不同時(shí)刻的采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字鎖相處理，得到兩個(gè)時(shí)刻在兩個(gè)不同波長(zhǎng)的漫反射激光信號(hào)的和不同采樣點(diǎn)處的幅值；3)利用上述步驟得到的幅值，根據(jù)朗伯-比爾定律，分別計(jì)算十二個(gè)采樣點(diǎn)在兩個(gè)波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)，并計(jì)算兩個(gè)時(shí)刻吸收系數(shù)的變化量，再利用該吸收系數(shù)變化量進(jìn)行成像。
全文摘要
本發(fā)明屬于近紅外組織光學(xué)成像領(lǐng)域，涉及一種基于數(shù)字鎖相檢測(cè)技術(shù)的光學(xué)拓?fù)涑上裣到y(tǒng)，包括光源部分，探測(cè)部分，數(shù)據(jù)采集部分和計(jì)算機(jī)，其中，光源部分包括至少2個(gè)不同近紅外波長(zhǎng)的激光器、多通道直接數(shù)字合成正弦信號(hào)調(diào)制器、單模光纖、波分復(fù)用器和光開關(guān)；探測(cè)部分包括多根源光纖和探測(cè)光纖、源-探測(cè)光纖布配貼片、四個(gè)硅光電二極管探測(cè)器以及多通道的程控濾波放大器，源-探測(cè)光纖布配貼片包括分別分布在一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)和中心的五個(gè)源點(diǎn)，以及分布在四個(gè)邊的中點(diǎn)位置的四個(gè)探測(cè)點(diǎn)。本發(fā)明同時(shí)提供一種采用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的組織體成像方法。本發(fā)明提供成像系統(tǒng)價(jià)格低廉，定性測(cè)量成像穩(wěn)定性好，并可提高系統(tǒng)的測(cè)量面積及其精確度。
文檔編號(hào)A61B5/00GK102599888SQ20121005276
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者朱蘋蘋, 李嬌, 趙會(huì)娟, 陳琛, 高峰 申請(qǐng)人:天津大學(xué)