基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法及设备与流程

1.本技术涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法及设备。


背景技术：

2.随着脑成像技术的不断发展，近红外脑功能成像技术已经发展为脑功能研究和临床诊断中不可或缺的新一代成像模态。近红外脑功能成像技术可以检测大脑皮层的含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白和总氧血红蛋白信息，大脑血氧信息的检测主要是根据发射光源和探测器之间近红外光强度的变化，基于朗伯比尔定律解算血氧浓度。
3.具体的，检测者会戴上头帽，头帽上开设有若干通孔，每个通孔处均安装有探头套筒，目前探头套筒的直径往往都大于1.5cm，检测时，将若干组对应的光源探头与探测器探头安装在探头套筒内，光源发射的近红外光要穿透头发、头皮和颅骨后再经大脑皮层下血管组织散射，才能由探测器所检测，每个近红外光光源探头和探测器探头之间即是一个测试通道，光源探头与探测器探头的布局不同，测试通道的分布也将会不同。在检测中，一方面，要想很好探测检测者头颅下皮层组织的血氧信息，光源与探测器的距离应不小于3cm，否则检测的血氧信息多为表头皮血氧而非颅下大脑皮层血氧信息，无法反映深层次的血氧浓度变化以及神经活动变化；另一方面，3cm间距的情况下探测器检测到的近红外光信号往往已经非常微弱，若是进一步增加光源和探测器的距离，探测器接收不到有效近红外光信号会导致该光源-探测器之间测试通道的血氧数据无效。所以，一般均采用3cm作为标准光源-探测距离。
4.目前传统的探头布局结构基本有三种类型，第一种是探头交错布局，参照图1，两两光源-探测器的间距均为3cm，探头之间的数字标号表示测试通道，第二种是探头纵横布局，参照图2，光源和探头分别位于横/纵两侧，只有两排探头中间的点是测试通道。第三种是探头星形结构布局，参照图3，光源作为中心点，在光源的四周均匀布置探测器，测试通道形成环形布局。
5.然而传统的探头布局结构中，光源和探测器均为交替出现，并且在现有探头套筒的直径限制下无法实现探头的高密度布局，从而导致近红外光谱成像技术的测试通道的空间分辨率较低。


技术实现要素：

6.本技术提供了一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法及设备，可以解决传统的探头布局结构中，光源和探测器均为交替出现，并且在现有探头套筒的直径限制下无法实现探头的高密度布局，从而导致近红外光谱成像技术的测试通道的空间分辨率较低的问题。本技术提供如下技术方案：
7.第一方面，本技术提供一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，所述方法包括：
8.选取直径≤1.5cm的光源探头套筒和探测器探头套筒；
9.在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局。
10.在一个具体的可实施方案中，所述光源探头与所述探测器探头之间的间距能够根据光源功率的强度进行调节，探头间距的调节范围≥1.5cm。
11.在一个具体的可实施方案中，所述在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局包括：
12.在纵向维度上对所述光源探头与所述探测器探头进行布局，将探头排布为若干斜列，探头整体呈菱形分布，其中每一斜列沿纵向按照每两个光源/探测器探头交替分布。
13.在一个具体的可实施方案中，任意一个斜列中每两个相邻探头之间的间距是1.5cm，每相邻两个斜列中的光源探头和其所对应的探测器探头之间的间距是3cm。
14.在一个具体的可实施方案中，所述在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局包括：
15.将探头排布为若干行，探头整体呈矩阵分布，其中每一行沿横向按照每两个光源/探测器探头交替分布。
16.在一个具体的可实施方案中，任意一行中沿横向每两个相邻探头之间的间距是1.5cm，每相邻两个行中的光源探头和其所对应的探测器探头之间的间距是3cm。
17.在一个具体的可实施方案中，所述直径≤1.5cm的光源/探测器探头套筒能够通过螺纹的方式安装在头帽上。
18.第二方面，本技术提供一种头帽，用于应用如权利要求1至7任一项所述的一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
19.第三方面，本技术提供一种电子设备，所述设备包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至7任一项所述的一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
20.第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
21.综上所述，本技术的有益效果至少包括：本技术在保证光源探头与探测器探头之间的间距为3cm的情况下，即不影响光源/探测器探头的探测深度又不影响其探测头皮的血氧信息，能够尽可能保证信号的质量。一方面实现了更高空间分辨率的血氧检测，有利于获得更多的大脑血氧信息，另一方面，保证了同一横或者同一斜列中探头间距的均等性，而且均为1.5cm的间距。本技术的布局能够进行横纵调换或者上下延拓，即能够根据所有配置的光源/探测器探头对数以及实际应用需求而定，本技术的两种高密度探头布局无论是探头对数或者排列角度均不是固定的。通过巧妙设计保证两两光源/探测器探头之间的间距是3cm，可以提高探测通道的空间分辨率。同时具有更高的适配性，能够根据后期光源技术的不断进步而对布局进行相应的更改，以适合更多的探头检测场景中。
22.通过选取直径≤1.5cm的光源/探测器探头套筒，再将几何维度体现在横纵两个维度上，使得两两光源/探测器探头相邻，每对光源探头与每对探测器探头交错布局，能够解决传统的探头布局结构中，光源和探测器均为交替出现，并且在现有探头套筒的直径限制
下无法实现探头的高密度布局，从而导致近红外光谱成像技术的测试通道的空间分辨率较低的问题。
23.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
24.图1是现有技术中探头交错布局的结构示意图。
25.图2是现有技术中探头纵横布局的结构示意图。
26.图3是现有技术中探头星形结构布局的结构示意图。
27.图4是本技术实施例中基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法的流程示意图。
28.图5是本实施例中探头高密度布局的结构示意图一。
29.图6是本实施例中探头高密度布局的结构示意图二。
30.图7是本技术实施例中基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局的电子设备的结构框图。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
32.首先，对于本技术所涉及的若干名词进行介绍。
33.脑成像技术，检测的大脑血样蛋白信息可应用于疾病诊断、脑机控制、辅助治疗、电竞、营销等多个领域。
34.朗伯比尔定律(lambert-beer law)，是分光光度法的基本定律，是描述物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系。
35.可选地，本技术以各个实施例提供的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法用于电子设备中为例进行说明，该电子设备为终端或服务器，终端可以为手机、计算机、平板电脑、扫描仪、电子眼、监控摄像头等，本实施例不对电子设备的类型作限定。
36.本实施例的使用场景为：检测者的头部佩戴头帽，头帽上开设有若干通孔，每个通孔根据光源/探测器探头的布局结构对应安装光源/探测器探头套筒，检测时，将若干组对应的光源探头与探测器探头安装在探头套筒内，光源发射的近红外光穿透头发、头皮和颅骨后再经大脑皮层下血管组织散射由探测器所检测。
37.参照图4，是本技术一个实施例提供的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法的流程示意图，该方法至少包括以下几个步骤：
38.101、选取直径≤1.5cm的光源/探测器探头套筒。
39.首先，选取与目前较为不同且直径≤1.5cm的光源/探测器探头套筒，安装在测试者头部所佩戴的头帽上，直径≤1.5cm光源/探测器探头套筒属于公知常识，因此本技术不对其结构进行详细解释。
40.可选的，直径≤1.5cm的光源/探测器探头套筒能够通过螺纹安装在头帽上，便于使用者进行快速安装与拆卸。
41.102、在几何维度上，对光源/探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局。
42.为了实现高密度检测，本技术提出两种探头高密度布局方案，将几何维度体现在横纵两个维度上，使得两两光源/探测器探头相邻，每对光源探头与每对探测器探头交错布局。
43.图5是本技术在纵向维度上实现的一种高密度探头布局，图上的每个数字均代表着一个测试通道，将探头排布为若干斜列，探头整体呈菱形分布，其中每一斜列沿纵向按照每两个光源/探测器探头交替分布，任意一个斜列中每两个相邻探头之间的间距是1.5cm，每相邻两个斜列中的光源探头和其所对应的探测器探头之间的间距是3cm，相较于传统的探头布局方式，能够在相同面积的情况下布局更多的光源/探测器探头以实现高密度布局，从而提升近红外光谱成像技术的测试通道的空间分辨率。
44.可选的，以图5中某一光源探头点位为例，箭头指向着与其配合的探测器探头点位，在实施中，光源探头向距离为3cm的探测器探头发出近红外光并形成若干测试通道。
45.图6是本技术在横向维度上实现的一种高密度探头布局，图上的每个数字均代表着一个测试通道，将探头排布为若干行，探头整体呈矩阵分布，其中每一行沿横向按照每两个光源/探测器探头交替分布，任意一行中沿横向每两个相邻探头之间的间距是1.5cm，每相邻两个行中的光源探头和其所对应的探测器探头之间的间距是3cm，相较于传统的探头布局方式，能够在相同面积的情况下布局更多的光源/探测器探头以实现高密度布局，从而提升近红外光谱成像技术的测试通道的空间分辨率。
46.可选的，以图6中某一光源探头点位为例，箭头指向着与其配合的探测器探头点位，在实施中，光源探头向距离为3cm的探测器探头发出近红外光并形成若干测试通道。
47.可选的，光源探头和探测器探头之间的间距并不限定在1.5cm，而是能够根据光源功率的强度进一步增加，实现大于等于1.5cm的均等探头间距并对探头按照上所述方法进行布局。
48.综上所述，本技术在保证光源探头与探测器探头之间的间距为3cm的情况下，即不影响光源/探测器探头的探测深度又不影响其探测头皮的血氧信息，能够尽可能保证信号的质量。一方面实现了更高空间分辨率的血氧检测，有利于获得更多的大脑血氧信息，另一方面，保证了同一横或者同一斜列中探头间距的均等性，而且均为1.5cm的间距。本技术的布局能够进行横纵调换或者上下延拓，即能够根据所有配置的光源/探测器探头对数以及实际应用需求而定，本技术的两种高密度探头布局无论是探头对数或者排列角度均不是固定的。
49.本技术通过巧妙设计保证两两光源/探测器探头之间的间距是3cm，可以提高探测通道的空间分辨率。同时具有更高的适配性，能够根据后期光源技术的不断进步而对布局进行相应的更改，以适合更多的探头检测场景中。
50.本技术还公开了一种头帽，用于应用上述基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
51.图7是本技术一个实施例提供的电子设备的框图。该设备至少包括处理器401和存储器402。
52.处理器401可以包括一个或多个处理核心，比如：4核心处理器、8核心处理器等。处
理器401可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器401也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器401可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器401还可以包括ai(artificial intelligence，人工智能)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
53.存储器402可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器402还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器402中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器401所执行以实现本技术中方法实施例提供的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
54.在一些实施例中，电子设备还可选包括有：外围设备接口和至少一个外围设备。处理器401、存储器402和外围设备接口之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口相连。示意性地，外围设备包括但不限于：射频电路、触摸显示屏、音频电路、和电源等。
55.当然，电子设备还可以包括更少或更多的组件，本实施例对此不作限定。
56.可选地，本技术还提供有一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序，程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
57.可选地，本技术还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序，程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。
58.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
59.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，所述方法包括：选取直径≤1.5cm的光源探头套筒和探测器探头套筒；在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局。2.根据权利要求1所述的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，所述光源探头与所述探测器探头之间的间距能够根据光源功率的强度进行调节，探头间距的调节范围≥1.5cm。3.根据权利要求1所述的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，所述在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局包括：在纵向维度上对所述光源探头与所述探测器探头进行布局，将探头排布为若干斜列，探头整体呈菱形分布，其中每一斜列沿纵向按照每两个光源/探测器探头交替分布。4.根据权利要求3所述的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，任意一个斜列中每两个相邻探头之间的间距是1.5cm，每相邻两个斜列中的光源探头和其所对应的探测器探头之间的间距是3cm。5.根据权利要求1所述的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，所述在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局包括：将探头排布为若干行，探头整体呈矩阵分布，其中每一行沿横向按照每两个光源/探测器探头交替分布。6.根据权利要求5所述的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，任意一行中沿横向每两个相邻探头之间的间距是1.5cm，每相邻两个行中的光源探头和其所对应的探测器探头之间的间距是3cm。7.根据权利要求1所述的基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法，其特征在于，所述直径≤1.5cm的光源/探测器探头套筒能够通过螺纹的方式安装在头帽上。8.一种头帽，用于应用如权利要求1至7任一项所述的一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。9.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序，所述程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至7任一项所述的一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现如权利要求1至7任一项所述的一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法。

技术总结
本申请涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种基于脑成像技术的高密度血氧采样的探头布局方法及设备，其中方法包括：选取直径≤1.5cm的光源探头套筒和探测器探头套筒；在几何维度上，对光源探头和探测器探头进行两两相邻排布，每对光源探头和每对探测器探头交错布局。本申请能够解决传统的探头布局结构中，光源和探测器均为交替出现，并且在现有探头套筒的直径限制下无法实现探头的高密度布局，从而导致近红外光谱成像技术的测试通道的空间分辨率较低的问题。较低的问题。较低的问题。


技术研发人员：李春光 曲巍
受保护的技术使用者：苏州佰睿昕智能科技有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/9