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種低成本，可穿戴，diy功能的近紅外光譜(DIY-fNIRS)頭帶
作者鏈接打開覆蓋面板francis Tsow a b 1, Anupam Kumar a b 1, SM Hadi Hosseini c, Audrey Bowden a b d
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摘要
在自然環境中的神經監測是越來越感興趣的各種研究領域，包括心理學，經濟學和生產力。在功能性神經監測模式中，功能性近紅外光譜(fNIRS)因其小型化、良好的空間和時間分辨率以及對運動偽影的恢復能力而受到廣泛關注。從歷史上看，fNIRS系統的大尺寸和高成本阻礙了該技術的廣泛采用。在本文中，我們描述了第一個開源的、完全集成的無線fNIRS頭帶系統，該系統具有單個led對源和四個檢測器。為了便于操作和舒適，該系統被包裹在柔軟、輕便的布和硅膠外殼中。還提供了配套的計算機和智能手機數據收集軟件，硬件已使用經典的近紅外光譜任務進行了驗證。這種即穿即用的設計可以很容易地擴展，以適應更多的fNIRS通道，并為在自然條件下的日�；顒又休p松收集fNIRS數據打開了大門。
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關鍵字
功能近紅外光譜;神經成像;血流動力學規格表
硬件名稱diy功能近紅外光譜(DIY-fNIRS)頭帶
主題領域
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心理學
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神經科學
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現有基礎設施的教育工具和開源替代方案
硬件類型
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測量物理性質和實驗室傳感器
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現場測量和傳感器
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電氣工程和計算機科學
1. 上下文中的硬件
更好地了解大腦在自然環境中(例如，在家里、工作中或在實驗室之外進行活動時)是如何工作的，可以對心理學、生理學、行為科學、經濟學和生產力領域產生巨大影響[1]、[2]、[3]、[4]。功能性神經成像是對大腦活動隨時間變化的空間映射技術的總稱。這些技術包括功能磁共振成像(fMRI)、正電子發射斷層掃描(PET)、腦電圖(EEG)和功能近紅外光譜(fNIRS)。不幸的是，大多數這些技術都不能很好地適應在自然環境中使用[5]。例如，fMRI和PET體積龐大，價格昂貴，并且需要固定受試者;因此，它們只能在實驗室或臨床環境中用于檢測有限數量的活動。EEG和fNIRS系統通常更小、更經濟;因此，他們可以評估范圍更廣的活動。然而，便攜式腦電圖技術通常存在空間分辨率差和易受運動偽影影響的問題。在這些神經監測選項中，fNIRS提供了最佳的折衷方案:對運動偽影的可接受容受性，良好的空間(厘米)和時間分辨率(8至10赫茲)和便攜性[6]，[7]。
fNIRS系統由放置在頭皮上的光源和檢測器組成，用于量化不同皮質區域含氧和脫氧血紅蛋白的相對變化。用于近紅外光譜傳感的單個通道通常被稱為“光電二極管”，由光源和檢測器組成。光源可由多個檢測器共享，反之亦然，以在不添加組件的情況下創建多個傳感通道。源和檢測器之間的距離控制著成像的深度，源和檢測器之間的距離可以小到5毫米到10毫米(“短通道”)，用于檢測和糾正不是來自大腦的淺層生理信號或運動偽影[1]，[8]，[9]，[10]，[10]，[12]，[13]，用于檢測大腦的血流動力學活動，可以小到20毫米到60毫米(“長通道”)。“長通道”的源探測器距離是根據光源和用戶希望在腦組織中成像的深度來選擇的:低成本的LED光源在組織中的穿透深度較低，使用的源探測器距離較短，為20至35毫米，而昂貴的基于激光的光源在組織中的穿透深度較大，可以在更大的源探測器距離下更深入地成像[1]，[13]。光源波長一般選擇近紅外對，其中第一光源在650 ~ 750 nm之間，第二光源在820 nm以上[14]。最近，三波長fNIRS系統推測檢測血紅蛋白以外的分析物，如水[15]或細胞色素c -氧化酶[16]，[17]也被開發出來，以改進血紅蛋白濃度變化的計算或利用腦活動的替代生物標志物。僅血紅蛋白的系統也使用了三個波長，其中第三個波長選擇在805 nm處，接近血紅蛋白的等肥胖點[18]，[19]。然而，大多數商業和研究系統使用兩個波長進行研究。 |
