光学近红外脑功能成像系统原理介绍课件.ppt

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1、光学近红外脑功能成像系统目录目录一、光学近红外脑功能成像技术介绍一、光学近红外脑功能成像技术介绍1.1、近红外脑功能成像技术概述、近红外脑功能成像技术概述vNIRS=functional Near InfraRed Spectroscopy 近近红外外光光谱(NIRS)技技术以以生生物物组织光光学学特特性性为基基础，结合合光光在在组织中中的的传播播规律律，研研究究光光在在组织中中历经一一系系列列吸吸收收、散散射射后后出出射射光光携携带的的与与组织光学特性相关的生化光学特性相关的生化信息。信息。探探测的的主主要要生生理理参参数数：组织中中吸吸收收色色团（如如HbO2、Hb、totalHb等）等）

2、浓度度变化。化。A、成像机制、成像机制神经血管耦合假说神经血管耦合假说针对神神经-血血管管间的的耦耦合合关关系系，RoyRoy和和SherringtonSherrington早早在在18901890年年就就曾曾提提出出了了一一个个非非常常著著名名的的假假说，“大大脑脑的的血血流流供供应应会会随随其其功功能能活活动动的的局局部部变变化化而而进进行行局部响应局部响应”。v Roy C.W.,Sherrington C.S.On the regulation of the blood supply of the brain.Journal of Physiology,1890,11:85-108 激

3、活激活(b)与静息与静息(a)两种生理两种生理状状态下局部下局部脑血流及血氧水平的血流及血氧水平的变化化 Hemodynamic response function(HRF)stimuliHemodynamic responseundershoot08162432 sCanonical HRF典型的血氧响应函数（典型的血氧响应函数（HRF）oxy-Hbdeoxy-Hbx10-3time in s0246810 12 14 16-1012D D concentration mMKohl M,.,Dirnagl U.Phys.Med.Bio.2000神经活化代谢需求血流增加氧合血红蛋白增加脱氧血红

4、蛋白洗出刺激周期刺激周期B、成像的物理学基础、成像的物理学基础清晰介质散射介质屏幕/探测器屏幕/探测器光源光源B、成像的物理学基础、成像的物理学基础 v可见光：400-700nmv吸光物质：血红蛋白水脂肪v650-900 nm范围内：水的吸收最小血红蛋白的吸收占主导具有很强的散射性 B、成像的物理学基础、成像的物理学基础 v两种血红蛋白在805nm附近有一个等吸收点，v在805nm两侧两种血红蛋白分别表现出各自的相对优势吸收特性，故而在等吸收点的左右两边分别（至少）选择一个波长光以保证组织血氧发生变化时HbO2和Hb对光吸收的差动效应。C、定量分析的计算原理、定量分析的计算原理 Beer-La

5、mbert定律v介质透明度介质透明度,T=I I/I Io ov吸收系数吸收系数,A=-log(I I/I Io o)vBeer-Lambert Law:vA=X X d这里这里:d=I0 和和 I之间的距离之间的距离 =介质的吸收系数介质的吸收系数(M-1 cm-1)X X=生色团吸收浓度生色团吸收浓度(M)D、穿透组织示意图、穿透组织示意图D、穿透组织示意图、穿透组织示意图DetectorDetectorDetectorDetectorSourceSourceFatMuscled d表层深层S-D间距距对探探测深度的影响深度的影响 成年人成年人头前前额部位各部位各组织结构厚度构厚度 1.2

6、、当代脑功能成像技术、当代脑功能成像技术1.2、当代脑功能成像技术、当代脑功能成像技术近红外光学成像技术1.2、当代脑功能成像技术、当代脑功能成像技术fMRIfNIR空间分辨率8-27 mm3“Blobs”1-10 cm3时间分辨率慢(1-2 sec)快快(10 Hz(10 Hz左右左右)测量参数血容量和O2消耗，BOLD信号Hb、HbO、HbTot浓度测试环境1）狭小的空间，且噪音太大。2）孩子、ADHD等不能做被试对测试环境要求比较低，对被试亦无过高要求fMRI vs fNIR1.2、当代脑功能成像技术、当代脑功能成像技术v与其他技术对比n与EEG相比，它的空间定位能力更好。n与fMRI相

7、比，它的时间采样率更好。v优势可以实时观测可以测到完整的生理信号，便于除噪。应用范围广，方便可移动v局限：1）定位能力较差2）探测深度有限，可基本覆盖大脑皮层外表面。1.3、光学近红外脑功能的应用领域、光学近红外脑功能的应用领域心理研究医疗与其他技术的结合应用其他领域社会认知体育科研运动医学BCI脑机接口人因功效研究军事训练认知心理学运动感觉功能研究自闭症学习/注意力障碍情感觉醒决策与EEG结合与PET结合与MEG结合与TMS结合与fMRI结合脑功能障碍精神疾病癫痫创伤性脑损伤（TBI）老年性痴呆症帕金森氏症新生儿研究强大的销售团队深圳瀚翔公司总部位于深圳，在北京设有分公司，在南京、成都、西安

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