專利名稱：光傳感系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器領域，特別是涉及一種光傳感系統(tǒng)。
背景技術：
人類和一部分動物類，當神經(jīng)活動時腦組織呈血氧動態(tài)，利用磁共振成像技術(MRI)獲取血氧動態(tài)過程中的腦組織圖像稱為功能磁共振成像(fMRI)技術。血流變化和血氧濃度變化統(tǒng)稱血氧動態(tài)，當腦神經(jīng)活動時，將增加對葡萄糖的消耗量和相應的有氧和無氧代謝。腦組織響應代謝過程即增加血流量的過程，并且有I至5秒的延遲。血氧動態(tài)響應在4至5秒時到達峰值,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，即血氧相關信號(Blood-oxygen-level dependence, BOLD)。fMRI技術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，第一，磁共振掃描獲取一副圖像或一段動態(tài)視頻數(shù)據(jù)需要足夠長的時間(通常I分鐘以上)，充分覆蓋k空間或k-t空間才能達到所需的分辨率；然而腦組織血氧濃度變化信號(Bold)卻是瞬時同步和動態(tài)兩種特征狀態(tài)。因此其存在二個缺陷，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(Bold)同一狀態(tài)，無法滿足時間分辨率的要求。第二，目前臨床和研究磁共振功能成像最常用的方法是運用平面脈沖回波(EPI)等快速成像脈沖序列減少成像所需時間，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，而且，時間分辨率低(大于I秒)，仍然無法獲得高時間分辨率圖像。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，光學斷層攝像技術用于腦功能成像已經(jīng)受到研究人員關注，美國專利數(shù)據(jù)庫發(fā)表的 “TASK-LESS OPTICAL MAPPING OF BRAIN FUNCTION USINGRESTING STATEFOUNCTIONAL CONNECTIVITY” (Joseph P.Culver et.al., Appl.N0.:12425743)公布了一種光學斷層探測技術探測在休息狀態(tài)下和無任務激勵狀態(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激勵的，如測量運動中樞皮層功能狀態(tài)需要手部運動激勵。這種方法時間分辨率高，可以達到人體臨床標準(毫秒尺度)，還可測量總血紅蛋白(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值等。然而，其缺點是空間分辨率低，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-腦電探測儀聯(lián)合成像(EEG-FMRI)，該方法是，聯(lián)合應用腦電探測技術，腦電探測技術，時間分辨率較高(毫秒尺度)，給磁共振功能成像過程提供時間相關參數(shù)修正。然而，這種方法沒有一種很好的協(xié)同機制，存在諸多缺陷:其一，磁共振掃描器的射頻磁脈沖會在腦生物電探測電極感生電流，射頻脈沖序列是離散的時間序列，腦電探測儀即通過需要采取相應時間關斷措施。其二，磁共振掃描器產(chǎn)生的空間變化梯度磁場也會在腦電電極感應電流，而這類持續(xù)存在的梯度磁場很難有效消除其感應產(chǎn)生的電流，導致腦電探測儀接收的信號存在感應電流信號的干擾。其三，頭部運動在磁場的作用下，也會使腦電電極感應電流產(chǎn)生噪聲。第四，腦電電極材料的磁感率會對靜磁場BO的不均勻性產(chǎn)生影響，而磁場不均勻性會給磁共振系統(tǒng)帶來圖像扭曲、偽影。磁共振-腦電探測儀聯(lián)合成像技術還存在腦電電極感生電流產(chǎn)生的熱效應會對皮膚灼傷的問題。
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，本實用新型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Za和運動中樞光傳感器組件Zb，由于采用光速傳播器件，可以提高檢測過程中的時間分辨率。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種光傳感系統(tǒng)，其特點是包括發(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、信號傳輸光纖4，紅外探測器、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、信號傳輸光纖4，紅外探測器、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與信號傳輸光纖4對應，一個激光發(fā)射光纖3對應一個信號傳輸光纖4。激光發(fā)射光纖3和信號傳輸光纖4交替置于集線墊片2上，組成視覺中樞光傳感器組件Za和運動中樞光傳感器組件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Za由三十二支激光發(fā)射光纖3和三十二支信號傳輸光纖4構成。所述運動中樞光傳感器組件Zb由三十六支激光發(fā)射光纖3和三十六支信號傳輸光纖4構成。所述激光發(fā)射光纖3是高雙折射率光纖。所述信號傳輸光纖4是高雙折射率光纖。本實用新型的有益效果是:將激光發(fā)射光纖和信號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Za和運動中樞光傳感器組件Zb，由于采用光速傳播器件，提高了檢測過程中的時間分辨率。下面結合具體實施方式
對本實用新型作詳細說明。

圖1是本實用新型光傳感系統(tǒng)工作位式示意圖。圖2是本實用新型光傳感系統(tǒng)框圖。圖3是采用本實用新型光傳感系統(tǒng)組成的視覺中樞光傳感器組件Za和運動中樞光傳感器組件Zb的示意圖。圖4是本實用新型光傳感系統(tǒng)算法框圖。圖5是采用本實用新型光傳感系統(tǒng)光學法時軸定位時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_信號傳輸光 纖。
具體實施方式
參照圖1 5，本實用新型光傳感系統(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、信號傳輸光纖4，紅外探測器、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、信號傳輸光纖4，紅外探測器、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與信號傳輸光纖4對應，一個激光發(fā)射光纖3對應一個信號傳輸光纖4。激光發(fā)射光纖3和信號傳輸光纖4交替置于集線墊片2上，組成視覺中樞光傳感器組件Za和運動中樞光傳感器組件Zb。基于事件刺激后的腦組織皮層血氧動態(tài)響應，由光傳感系統(tǒng)測量血氧動態(tài)變化的空間分布狀態(tài)集合M，腦皮層響應的動態(tài)過程的所選特定狀態(tài)Ma為判定狀態(tài)。當檢測當前狀態(tài)為判定狀態(tài)Ma時，觸發(fā)磁共振線圈發(fā)射磁共振信號激勵脈沖、梯度編碼、數(shù)據(jù)采集。當當檢測當前狀態(tài)改變時，磁共振儀停止工作。重復上述流程至k空間或k-t空間數(shù)據(jù)采集完畢。激光發(fā)射光纖3和信號傳輸光纖4交替置于集線墊片2上，集線墊片2與被檢測者頭部貼緊，磁共振成像鳥籠磁線圈I產(chǎn)生激勵射頻脈沖和接收磁共振信號。集線墊片2采用熱解石墨(pyrolytic graphite)泡沫材料,該材料質量輕且柔軟，磁感系數(shù)和人體組織相近，可減少對Btl磁場不均勻性的影響。激光發(fā)射光纖3、信號傳輸光纖4，采用高雙折射率(high-birefringence)光纖，以抑制磁光效應，即抑制磁共振掃描器的磁場對光信號傳輸?shù)母蓴_。視覺中樞光傳感器組件Za、運動中樞光傳感器組件Zb、實現(xiàn)對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，采用32支激光發(fā)射光纖3和32支信號傳輸光纖4構成視覺中樞光傳感器組件Za,米用36支激光發(fā)射光纖3和36支信號傳輸光纖4構成運動中樞光傳感器組件Zb，分別分布在頭頂部和腦后的視覺中樞、運動中樞等對應位置，一個激光發(fā)射光纖3對應一個信號傳輸光纖4。視覺中樞光傳感器組件Za，32對組件置于腦后的視覺中樞對應位置，運動中樞光傳感器組件Zb，36對組件置于頭頂部運動中樞對應位置。狀態(tài)M的測定方法原理為，2維多元光源和光探測器組每一對光源和探測器輸出信號為一分量，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)移動平均濾波的波長調(diào)制光譜法，可以實現(xiàn)實時分辨率，控制延遲，也可以將呼吸和表層血流高頻信號噪聲濾除。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、信號傳輸光纖4，紅外探測器、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)。檢測信號通過光纖端子接收由光纖束傳輸至雪崩光學傳感器端口，雪崩光學傳感器獲得變化的光譜信號，分別由32路和36路數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器采集的信號由計算機處理，處理后的數(shù)據(jù)形成規(guī)律曲線用于狀態(tài)檢測和判斷。波長調(diào)制信號，即紅外二極管激光器和雪崩紅外探測器組傳感總血紅蛋白、氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白濃度對光譜吸收。激光電源驅動紅外二極管激光器驅動電流使得波長變化跨過600nm至lOOOnm，并且調(diào)制成為ω=50ΜΗζ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，采用比爾朗伯(Beer-Lambert)定律物理建模，并數(shù)學上分解為基波為ω的傅里葉級數(shù)。參考信號，即頻率為2 ω的余弦信號cos2cot。指數(shù)移動平均濾波(exponential moving average),即一種移動平均濾波器(movingaverage, MA),其加權平均的權重對于時間軸的新數(shù)據(jù)更大，能控制和減少時間延遲，滿足實時要求。并且能濾除心跳、呼吸和表面血流噪聲。實時濃度信號，即經(jīng)算法解調(diào)的光強信號。運算符號是乘法器，即波長調(diào)制光譜信號和參考信號2 ω正弦信號經(jīng)乘法器相乘，而指數(shù)移動平均濾波器是低通濾波器，由于波長調(diào)制光譜信號攜帶基波ω頻率信號和諧波分量，經(jīng)參考信號調(diào)制解調(diào)通過低通濾波器，獲取波長調(diào)制信號2 ω分量，即反映實時濃度信號的光強信號。
權利要求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(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、信號傳輸光纖(4)，紅外探測器、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、信號傳輸光纖(4)，紅外探測器、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)與信號傳輸光纖(4)對應，一個激光發(fā)射光纖(3)對應一個信號傳輸光纖(4);激光發(fā)射光纖(3)和信號傳輸光纖(4)交替置于集線墊片(2)上，組成視覺中樞光傳感器組件Za和運動中樞光傳感器組件Zb。
2.根據(jù)權利要求1所述的光傳感系統(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.根據(jù)權利要求1所述的光傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述視覺中樞光傳感器組件Za由三十二支激光發(fā)射光纖(3)和三十二支信號傳輸光纖(4)構成。
4.根據(jù)權利要求1所述的光傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述運動中樞光傳感器組件Zb由三十六支激光發(fā)射光纖(3)和三十六支信號傳輸光纖(4)構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的光傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述激光發(fā)射光纖(3)是高雙折射率光纖。
6.根據(jù)權利要求1所述的光傳感系統(tǒng)，其特征在于:所述信號傳輸光纖(4)是高雙折射率光纖。
專利摘要本實用新型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問題。技術方案是光傳感系統(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、信號傳輸光纖(4)，紅外探測器、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)與信號傳輸光纖(4)對應；激光發(fā)射光纖(3)和信號傳輸光纖(4)交替置于集線墊片(2)上，組成視覺中樞光傳感器組件Za和運動中樞光傳感器組件Zb。由于采用光速傳播器件，提高了檢測過程中的時間分辨率。
文檔編號A61B5/1455GK202960511SQ20122064272
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者史儀凱, 鄧梁, 袁小慶 申請人:西北工業(yè)大學