發(fā)布時(shí)間：2021-02-25 16:38

　　功能近紅外光譜成像已成為腦功能研究的首選手段。為得到高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍以及高時(shí)間分辨率的成像系統(tǒng),開發(fā)了基于改進(jìn)鎖相光子計(jì)數(shù)的多通道近紅外腦功能成像系統(tǒng)。光源模塊由波長為785,808,830nm的激光二極管（各16個(gè)）組成,調(diào)制方波的頻率間隔為252Hz;探測模塊包括9個(gè)光子計(jì)數(shù)式光電倍增管。該系統(tǒng)結(jié)合了單光子計(jì)數(shù)技術(shù)的超高靈敏度與方波調(diào)制模式數(shù)字鎖相檢測的簡易并行性,測量線性相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9989,信道間的串?dāng)_可忽略不計(jì),具有較強(qiáng)的抗干擾能力和準(zhǔn)確的空間定位能力。 

【文章來源】：中國激光. 2019,46(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１成像系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖Ｆｉｇ．１Ｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

中國激光圖１成像系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖Ｆｉｇ．１Ｏｖｅｒａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍ圖２（ａ）數(shù)字鎖相解調(diào)器的結(jié)構(gòu)；（ｂ）方波式鎖相的相鑒特性Ｆｉｇ．２（ａ）Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｄｉｇｉｔａｌｌｏｃｋ－ｉｎｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ；（ｂ）ｐｈａｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｃｋ－ｉｎｉｎｓｑｕａｒｅｍｏｄｅ采用ＲＷＣ實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相光子計(jì)數(shù)技術(shù)的硬件電路，即對每個(gè)光子脈沖賦予兩個(gè)正交的權(quán)值ｗ和ｕ，并分別進(jìn)行累加，權(quán)值即同相和正交參考信號在當(dāng)前采樣點(diǎn)處的幅值。然后，用平均濾波器（門控累加）濾除諧波成分。當(dāng)測量信號與參考信號均為方波時(shí)，兩個(gè)正交的權(quán)值可以設(shè)定為１和－１，以簡化鎖相相關(guān)運(yùn)算過程。采用這種方法進(jìn)行乘法運(yùn)算可以避免使用昂貴的模擬乘法器，且精度比模擬乘法器更高。具體的方波模式ＲＷＣ的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)如圖３所示。在其他變量保持不變的情況下，積分門寬的大小決定了系統(tǒng)的時(shí)間分辨率：積分門寬越大，成像系統(tǒng)的信噪比越高，時(shí)間分辨率越低。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要在時(shí)間分辨率與系統(tǒng)信噪比之間找到平衡點(diǎn)。４系統(tǒng)驗(yàn)證為了驗(yàn)證方波模式下通過ＲＷＣ實(shí)現(xiàn)鎖相光子計(jì)數(shù)測量的有效性和準(zhǔn)確性，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，用仿體實(shí)驗(yàn)對系統(tǒng)的性能進(jìn)行評估。仿體實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是７５０ｎｍ波長下人腦的光學(xué)特性。４．１線性度和信噪比的驗(yàn)證對方波模式下數(shù)字鎖相檢測ＲＷＣ的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行線性度評估。源探距離保持３０ｍｍ，積分時(shí)間為１ｓ，激勵(lì)單通道的ＬＤ，測得了漫射光經(jīng)過勻質(zhì)仿體０１０７００１－３

中國激光圖３鎖相光子計(jì)數(shù)硬件邏輯實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ．３Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｌｏｃｋ－ｉｎｐｈｏｔｏｎｃｏｕｎｔｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅｌｏｇｉｃｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ后距離源點(diǎn)３０ｍｍ處的光功率隨入射光功率的變化。經(jīng)過歸一化擬合得到的線性相關(guān)系數(shù)為０．９９８９，如圖４所示。圖４系統(tǒng)的線性度評估Ｆｉｇ．４Ｌｉｎｅａｒｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ對不同數(shù)量通道下系統(tǒng)的信噪比進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)置３組實(shí)驗(yàn)，分別啟動(dòng)１個(gè)ＬＤ（７８５ｎｍ）、６個(gè)ＬＤ、１６個(gè)ＬＤ。此處各光源強(qiáng)度一致，以保證各測量通道的信噪比一致。測量積分時(shí)間分別為３００，５００，１０００ｍｓ時(shí)的第一通道的探測光強(qiáng)。連續(xù)測量１００次，取各自的平均值作為真實(shí)信號，計(jì)算得到的峰值信噪比如表１。表１系統(tǒng)的峰值信噪比Ｔａｂｌｅ１ＰｅａｋｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｔｉｍｅ／ｍｓＳｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ／ｄＢｏｎｅＬＤｓｉｘＬＤｓｓｉｘｔｅｅｎＬＤｓ３００４４．２７３７．７２３４．３８５００４７．８９４１．１５３５．５２１０００５０．２８４２．８３３７．８７４．２系統(tǒng)的抗干擾度評估為了確保系統(tǒng)測量的精確性，根據(jù)通道數(shù)量區(qū)分干擾來源：單通道實(shí)驗(yàn)用來驗(yàn)證、分析環(huán)境光和光源微波動(dòng)的干擾，多通道并行測量實(shí)驗(yàn)用來分析通道間的串?dāng)_。１）對系統(tǒng)的單通道抗干擾能力進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置為暗室和自然光環(huán)境，分別并行進(jìn)行單光子計(jì)數(shù)和鎖相光子計(jì)數(shù)，積分時(shí)間為１ｓ，連續(xù)測量１０次，結(jié)果如圖５所

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]生物組織的亞擴(kuò)散散射及其光譜技術(shù)的應(yīng)用[J]. 劉迎,羅雯倩,王汝丹,王興.  中國激光. 2017(08)
[2]擴(kuò)散光層析成像系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 陳興穌,王雪峰,蘇金善,王元慶.  激光與紅外. 2016(06)



本文編號：3051250