近紅外腦成像系統的原理與技術特點

　　近紅外腦成像是一種非侵入性腦成像技術，廣泛應用于神經科學研究、臨床診斷以及認知功能的評估。與其他腦成像技術相比，近紅外腦成像系統具備操作簡便、成本相對低廉、適應性強等優勢，使其成為研究腦功能和血流變化的重要工具。本文將探討近紅外腦成像系統的基本原理及其技術特點。
 

　　一、基本原理
 

　　近紅外腦成像基于光的吸收和散射原理，其主要目標是測量大腦皮層內氧合血紅蛋白(HbO)和去氧血紅蛋白(HbR)的濃度變化。這一過程通常涉及以下幾個關鍵步驟：
 

　　1、光的傳輸：近紅外光波長一般在700到900納米之間，這一波段的光能夠有效穿透生物組織，包括頭皮、顱骨和腦組織。近紅外光在組織中傳播時，會部分被吸收，部分被散射。由于氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白對近紅外光的吸收特性不同，測量光的吸收變化可以推導出血紅蛋白的濃度變化。
 

　　2、數據采集：通常由光源、探測器和數據處理單元組成。光源發出近紅外光，經過頭皮和顱骨進入腦組織后，由探測器接收透射回來的光信號。通過多個光源和探測器的組合，可以形成不同的測量通道，從而獲取更全面的腦部信息。
 

　　3、數據分析：收集到的數據需要經過復雜的信號處理和分析，以提取有用的信息。常用的方法包括時間序列分析、頻域分析和圖像重建等。這些分析可以幫助研究人員確定腦區的激活情況、血流動力學變化及其與認知任務的關系。
 

　　二、技術特點
 

　　1、非侵入性：近紅外腦成像系統最大的優勢之一是其非侵入性。這意味著研究者不需要對被試進行任何創傷性操作，避免了手術風險和感染的可能性。這使得NIRS特別適用于嬰幼兒或某些高風險人群的腦功能研究。
 

　　2、實時監測：能夠實時監測大腦的血流動態變化，為研究者提供即時的反饋。這一特點在認知科學研究中尤為重要，因為它允許研究者觀察不同認知任務對大腦活動的即時影響。
 

　　3、高時間分辨率：具有較高的時間分辨率，能夠捕捉到快速變化的生理信號。這使得NIRS在研究認知活動、感知和決策等瞬時過程時，能夠提供更為清晰的圖像。
 

　　4、移動性和易用性：與功能磁共振成像(fMRI)等其他腦成像技術相比，它相對較小、輕便，易于攜帶。這使得它可以在多種環境下使用，包括實驗室、臨床和現場研究。此外，設備的操作相對簡單，適合不同水平的研究人員使用。
 

　　近紅外腦成像系統憑借其非侵入性、高時間分辨率、移動性和成本效益等特點，成為現代神經科學研究和臨床診斷的重要工具。隨著技術的不斷進步和應用領域的擴展，有望在腦功能研究中發揮更加重要的作用，為我們深入理解人類大腦的復雜機制提供寶貴的支持。