本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端。

背景技術(shù)：

功能近紅外光譜技術(shù)（Functional Near-Infrared Spectroscopy，F(xiàn)NIRS）作為一種非侵入式腦功能成像技術(shù)，不僅具有安全、體積小、易于與其他設(shè)備（如腦電圖成像設(shè)備、功能核磁共振成像設(shè)備）集成等優(yōu)點，而且具有較高的時間、空間分辨率。因此該技術(shù)在學(xué)術(shù)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域和其他社會生活領(lǐng)域的應(yīng)用研究越來越受到重視。

目前便攜式醫(yī)療設(shè)備朝著“微型化、智能化、個性化、網(wǎng)絡(luò)化”的方向發(fā)展。便攜式的FNIRS系統(tǒng)傳輸方式主要采用藍牙、ZigBee、Wi-Fi、無線射頻等無線技術(shù)。例如美國FNIR Devices公司的FNIR 1100w系統(tǒng)采用的是ZigBee技術(shù)，日本日立公司2009年發(fā)布的11通道WOT系統(tǒng)采用的是802.11b無線局域網(wǎng)，日本DynaSense與荷蘭Artinis公司分別基于藍牙技術(shù)開發(fā)了用于研究的雙通道與單通道設(shè)備。這些國外商業(yè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于醫(yī)院或者高校試驗研究，且價格昂貴。國內(nèi)方面，分別基于無線射頻（RF）技術(shù)（作最高速率僅20kb/s）與GPRS技術(shù)針對肌氧檢測的便攜式設(shè)備進行了研制，但其通道個數(shù)有限，且傳輸速率受到限制，多通道系統(tǒng)中在保證數(shù)據(jù)精度的條件下很難滿足實時數(shù)據(jù)傳輸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是針對腦部血氧非侵入式無損血氧檢測的問題，提供一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端；本發(fā)明體積小、功耗低、精度高、無線數(shù)傳、可實時檢測腦部血氧濃度的系統(tǒng)前端。

為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

本發(fā)明一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端，包括光源探頭、光源驅(qū)動模塊、接收器探頭、信號采集模塊、控制及無線傳送模塊、電源模塊、上位機；其結(jié)構(gòu)要點是：所述電源模塊的輸出端分別連接光源探頭、光源驅(qū)動模塊、接收器探頭、信號采集模塊、控制及無線傳送模塊，所述控制及無線傳送模塊包括基于Wi-Fi模塊的GS1011芯片、控制芯片，所述控制芯片有GPIO接口和SPI串行接口；所述光源驅(qū)動模塊由16路恒流源芯片構(gòu)成，所述接收器探頭的信號輸出端連接信號采集模塊的信號輸入端，所述信號采集模塊的信號輸出端連接控制芯片的SPI串行接口，所述控制芯片的GPIO接口連接光源驅(qū)動模塊的輸入端口，所述光源驅(qū)動模塊的輸出端口連接光源探頭；所述上位機與控制芯片之間通過無線Wi-Fi模塊通信。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述光源探頭采用雙波長直插式LED型號為L760/850-04A。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述光源驅(qū)動模塊由16路恒流源芯片TC62D748。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述接收器探頭包括光電傳感器和放大濾波電路，所述光電傳感器的輸出端連接放大濾波電路的輸入端。

進一步地，所述光電傳感器采用OPT101。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述信號采集模塊包括預(yù)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換器。

更進一步地，所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS1299。

作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述控制芯片采用ARM7處理器。

本發(fā)明的有益效果是。

1、本發(fā)明提供的一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端，采用超低功耗無線片上系統(tǒng)GS1011芯片作為控制中心以及無線Wi-Fi傳送模塊，借用時分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)光源驅(qū)動，采用高靈敏度的光電傳感器OPT101以及高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1299實現(xiàn)信號采集，實現(xiàn)了一種體積小、功耗低、精度高、無線數(shù)傳、可實時檢測腦部血氧濃度的系統(tǒng)前端。給出了光源驅(qū)動與信號采集擴展方案，使得系統(tǒng)可以自由配置成更多通道采集系統(tǒng)。

2、本發(fā)明基于Wi-Fi實時無線數(shù)傳的可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端，通過采用低功耗、高集成度芯片，使得整個系統(tǒng)重量輕、可自由移動，并且系統(tǒng)可以實時傳送數(shù)據(jù)。突破了臺式檢測設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，以及常規(guī)無線技術(shù)對數(shù)據(jù)傳送速率的限制，適用于兒童、老人、認知心理學(xué)等領(lǐng)域的腦部實時血氧檢測。

附圖說明

圖1 是本發(fā)明一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端的總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端的光電傳感器電路連接圖。

具體實施方式

如圖 1 所示，為本發(fā)明一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端的結(jié)構(gòu)框圖。圖中，包括光源探頭、光源驅(qū)動模塊、接收器探頭、信號采集模塊、控制及無線傳送模塊、電源模塊、上位機；其結(jié)構(gòu)要點是：所述電源模塊的輸出端分別連接光源探頭、光源驅(qū)動模塊、接收器探頭、信號采集模塊、控制及無線傳送模塊，所述控制及無線傳送模塊包括基于Wi-Fi模塊的GS1011芯片、控制芯片，所述控制芯片有GPIO接口和SPI串行接口；所述光源驅(qū)動模塊由16路恒流源芯片構(gòu)成，所述接收器探頭的信號輸出端連接信號采集模塊的信號輸入端，所述信號采集模塊的信號輸出端連接控制芯片的SPI串行接口，所述控制芯片的GPIO接口連接光源驅(qū)動模塊的輸入端口，所述光源驅(qū)動模塊的輸出端口連接光源探頭；所述上位機與控制芯片之間通過無線Wi-Fi模塊通信。

本發(fā)明所述GS1011的Wi-Fi模塊與上位機通信，根據(jù)上位機指令協(xié)調(diào)系統(tǒng)前端工作，并通過Wi-Fi將采集到的信號傳送到指定IP地址的上位機上。另外，將復(fù)雜的數(shù)字濾波、降噪及信號分離通過高性能的上位機進行處理，可以有效地減少系統(tǒng)前端的復(fù)雜性并提高系統(tǒng)的實時性。

所述光源探頭采用雙波長直插式LED型號為L760/850-04A。

所述光源驅(qū)動模塊由16路恒流源芯片TC62D748；可固定輸出1.5～90mA電流，具有電路簡潔、控制方便等特點，有效地減小了前端電路。

所述接收器探頭包括光電傳感器和放大濾波電路，所述光電傳感器的輸出端連接放大濾波電路的輸入端。

如圖2所示，為本發(fā)明一種可穿戴式功能近紅外光譜成像系統(tǒng)前端的光電傳感器電路連接圖。圖中，所述光電傳感器采用OPT101；光電傳感器OPT101具有較高的靈敏度與抗干擾能力，具體優(yōu)點：（1）抗干擾能力強：該芯片通過將雪崩光電二極管（APD）與互阻放大器集成在一起，有效減少了雜散電容產(chǎn)生的噪聲， 以及漏電流、尖峰增益等誤差；（2）高增益：通過在引腳4、5之間外接反饋電阻電容網(wǎng)絡(luò)，可以提高增益系數(shù)，且由于噪聲正比于反饋電阻的平方根，因此在提高反饋電阻的同時提高了信噪比。（3） 線性度好：該傳感器具有非常好的線性響應(yīng)，APD輸出100μA時的非線性失真在0.05%以下。即使輸出1mA時， 非線性度也只增加幾個百分點。圖中，所述光電傳感器OPT101通過外接10MΩ電阻且并聯(lián)5pF電容組成放大反饋電路，前級電路DC增益達到11×106 V/A，-3dB帶寬為1.3 kHz，上升時間約為270μs。

所述信號采集模塊包括預(yù)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換器；所述A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS1299；具有高精度、低功耗、同步采樣的優(yōu)點。

所述控制芯片采用ARM7處理器。

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進行修改或等同替換，以達到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。