發(fā)布時間：2017-07-31 04:06

  本文關(guān)鍵詞：基于多通道數(shù)字鎖相系統(tǒng)的腦功能光學(xué)成像相關(guān)研究

  更多相關(guān)文章： 近紅外光成像技術(shù) 數(shù)字鎖相 FPGA 前額葉皮層 腦功能成像

【摘要】：近紅外光成像技術(shù)（Near-Infrared Imaging, NIRI）是目前國際公認的最有應(yīng)用價值的生物檢測分析技術(shù)之一，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。NIRI測量系統(tǒng)具有無創(chuàng)、便攜、低功耗以及價格便宜等優(yōu)勢，作為現(xiàn)今主流腦功能成像方式如腦功能磁共振成像（fMRI）、腦電圖（EEG）以及腦磁圖（MEG）等的有效補充，其在腦認知科學(xué)相關(guān)研究、臨床病理診斷和人體康復(fù)治療等領(lǐng)域有著非常重要的意義。 我們完善了一種用于腦功能光學(xué)成像的基于單光子計數(shù)的多通道數(shù)字鎖相系統(tǒng)。向激光器施加可調(diào)幅的正弦波以調(diào)制輸出光強的大小，不同的調(diào)制頻率進行編碼可實現(xiàn)多光源的并行輸入檢測；使用光電倍增管（Photomultiplier Tubes,PMTs）來接收漫射光，可大大改善系統(tǒng)的測量靈敏度以及信噪比；利用FPGA強大的邏輯資源對PMT產(chǎn)生的復(fù)合數(shù)字信號進行數(shù)字鎖相解碼，實現(xiàn)了對各出射光所含相關(guān)生理信息的分別提取。針對系統(tǒng)的完善所做的內(nèi)容包括：系統(tǒng)各器件的配套整合與優(yōu)化、上位機測量控制程序結(jié)構(gòu)性的重構(gòu)與優(yōu)化、用于調(diào)制激光器的正弦波參數(shù)的選取與優(yōu)化以及基于FPGA平臺的數(shù)字鎖相程序全局時序的約束與優(yōu)化，進一步提升了系統(tǒng)的總體性能。 此外，光源—探測器的分布對于檢測效果以及成像質(zhì)量有很大影響，而傳統(tǒng)的方形分布并不能很好地滿足腦功能在體實驗方面的需求，，有鑒于此，我們設(shè)計并評估了一種新型六邊形源探分布方式，通過理論及實驗驗證，該分布相較于傳統(tǒng)方形分布對成像結(jié)果在空間分辨率以及量化度方面均有所提升。 最后，結(jié)合上述完善的測量系統(tǒng)以及新型六邊形源探分布，進行了相關(guān)的雙層仿體實驗驗證，同時設(shè)計了一種用于腦功能在體成像實驗的簡易頭帶，并利用工作記憶研究中的n-back任務(wù)進行了初步腦功能前額在體實驗。結(jié)果表明，該方法能夠在一定程度上反映出相關(guān)區(qū)域吸收系數(shù)的變化并進行有效分辨。
【關(guān)鍵詞】：近紅外光成像技術(shù) 數(shù)字鎖相 FPGA 前額葉皮層 腦功能成像
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R310
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 腦功能檢測技術(shù)概述10-11
• 1.3 近紅外光成像技術(shù)11-13
• 1.3.1 近紅外光在組織中的傳播特點11-12
• 1.3.2 近紅外光學(xué)成像的三種測量模式12
• 1.3.3 當(dāng)前連續(xù)光 NIRI 系統(tǒng)中存在的問題及解決方案12-13
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容13-15
• 第二章 課題相關(guān)技術(shù)原理介紹15-23
• 2.1 大腦結(jié)構(gòu)功能及主要光譜特性概述15-17
• 2.1.1 大腦的結(jié)構(gòu)功能15-16
• 2.1.2 組織中幾種主要構(gòu)成成分的光譜特性16-17
• 2.2 利用近紅外光譜技術(shù)檢測腦功能狀態(tài)的原理17-19
• 2.3 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）19-20
• 2.4 正交數(shù)字鎖相技術(shù)20-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第三章 多通道數(shù)字鎖相系統(tǒng)的改善與驗證23-37
• 3.1 系統(tǒng)硬件的選擇與配置23-28
• 3.1.1 用于腦功能成像的光源的設(shè)置24-25
• 3.1.2 用于腦功能成像的探測器的選擇與評估25-27
• 3.1.3 光開關(guān)、波分復(fù)用器的匹配27-28
• 3.2 上位機采集程序的結(jié)構(gòu)性優(yōu)化28-29
• 3.3 調(diào)制參考信號參數(shù)的最佳選擇29-31
• 3.3.1 采樣點個數(shù)29-31
• 3.3.2 采樣點精度31
• 3.4 系統(tǒng)全局時鐘的約束31-33
• 3.5 系統(tǒng)正確性及性能驗證33-36
• 3.6 本章小結(jié)36-37
• 第四章 新型源探分布的設(shè)計與驗證37-45
• 4.1 異質(zhì)體相對位置對成像結(jié)果的影響37-39
• 4.2 新型六邊形源探分布的設(shè)計39-40
• 4.3 與傳統(tǒng)源探分布方式的比較結(jié)果40-44
• 4.3.1 理論值比較42-43
• 4.3.2 實驗值比較43-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第五章 雙層仿體實驗以及光學(xué)腦功能在體實驗研究45-60
• 5.1 雙層平板仿體實驗45-50
• 5.1.1 雙層仿體以及實驗平臺的設(shè)計與制作45-48
• 5.1.2 雙層平板仿體的近紅外光學(xué)成像實驗48-50
• 5.2 工作記憶與額葉功能的關(guān)系50-51
• 5.3 簡易腦功能光學(xué)頭盔的設(shè)計51-54
• 5.4 基于 n-back 任務(wù)范式的腦功能前額葉光學(xué)成像實驗54-59
• 5.4.1 n-back 范式概述54
• 5.4.2 本課題 n-back 任務(wù)實驗?zāi)康?/span>54-55
• 5.4.3 n-back 實驗設(shè)計及過程55
• 5.4.4 n-back 實驗相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計55-57
• 5.4.5 n-back 實驗?zāi)X前額激活區(qū)成像結(jié)果及討論57-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-63
• 6.1 工作總結(jié)60-61
• 6.2 前景展望61-63
• 參考文獻63-69
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明69-70
• 致謝70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張志強;張金波;;基于DDS/SOPC的諧波信號發(fā)生器的設(shè)計[J];自動化與儀表;2008年08期

本文編號：597362