一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端的制作方法

本发明属于医疗设备技术领域，具体地涉及一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端。

背景技术：

功能近红外光谱技术（Functional Near-Infrared Spectroscopy，FNIRS）作为一种非侵入式脑功能成像技术，不仅具有安全、体积小、易于与其他设备（如脑电图成像设备、功能核磁共振成像设备）集成等优点，而且具有较高的时间、空间分辨率。因此该技术在学术领域、医疗领域和其他社会生活领域的应用研究越来越受到重视。

目前便携式医疗设备朝着“微型化、智能化、个性化、网络化”的方向发展。便携式的FNIRS系统传输方式主要采用蓝牙、ZigBee、Wi-Fi、无线射频等无线技术。例如美国FNIR Devices公司的FNIR 1100w系统采用的是ZigBee技术，日本日立公司2009年发布的11通道WOT系统采用的是802.11b无线局域网，日本DynaSense与荷兰Artinis公司分别基于蓝牙技术开发了用于研究的双通道与单通道设备。这些国外商业系统主要应用于医院或者高校试验研究，且价格昂贵。国内方面，分别基于无线射频（RF）技术（作最高速率仅20kb/s）与GPRS技术针对肌氧检测的便携式设备进行了研制，但其通道个数有限，且传输速率受到限制，多通道系统中在保证数据精度的条件下很难满足实时数据传输。

技术实现要素：

本发明就是针对脑部血氧非侵入式无损血氧检测的问题，提供一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端；本发明体积小、功耗低、精度高、无线数传、可实时检测脑部血氧浓度的系统前端。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端，包括光源探头、光源驱动模块、接收器探头、信号采集模块、控制及无线传送模块、电源模块、上位机；其结构要点是：所述电源模块的输出端分别连接光源探头、光源驱动模块、接收器探头、信号采集模块、控制及无线传送模块，所述控制及无线传送模块包括基于Wi-Fi模块的GS1011芯片、控制芯片，所述控制芯片有GPIO接口和SPI串行接口；所述光源驱动模块由16路恒流源芯片构成，所述接收器探头的信号输出端连接信号采集模块的信号输入端，所述信号采集模块的信号输出端连接控制芯片的SPI串行接口，所述控制芯片的GPIO接口连接光源驱动模块的输入端口，所述光源驱动模块的输出端口连接光源探头；所述上位机与控制芯片之间通过无线Wi-Fi模块通信。

作为本发明的一种优选方案，所述光源探头采用双波长直插式LED型号为L760/850-04A。

作为本发明的另一种优选方案，所述光源驱动模块由16路恒流源芯片TC62D748。

作为本发明的另一种优选方案，所述接收器探头包括光电传感器和放大滤波电路，所述光电传感器的输出端连接放大滤波电路的输入端。

进一步地，所述光电传感器采用OPT101。

作为本发明的另一种优选方案，所述信号采集模块包括预处理电路和A/D转换器。

更进一步地，所述A/D转换器采用ADS1299。

作为本发明的另一种优选方案，所述控制芯片采用ARM7处理器。

本发明的有益效果是。

1、本发明提供的一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端，采用超低功耗无线片上系统GS1011芯片作为控制中心以及无线Wi-Fi传送模块，借用时分复用技术实现光源驱动，采用高灵敏度的光电传感器OPT101以及高分辨率的模数转换芯片ADS1299实现信号采集，实现了一种体积小、功耗低、精度高、无线数传、可实时检测脑部血氧浓度的系统前端。给出了光源驱动与信号采集扩展方案，使得系统可以自由配置成更多通道采集系统。

2、本发明基于Wi-Fi实时无线数传的可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端，通过采用低功耗、高集成度芯片，使得整个系统重量轻、可自由移动，并且系统可以实时传送数据。突破了台式检测设备的应用领域，以及常规无线技术对数据传送速率的限制，适用于儿童、老人、认知心理学等领域的脑部实时血氧检测。

附图说明

图1 是本发明一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端的总体结构框图。

图2是本发明一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端的光电传感器电路连接图。

具体实施方式

如图 1 所示，为本发明一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端的结构框图。图中，包括光源探头、光源驱动模块、接收器探头、信号采集模块、控制及无线传送模块、电源模块、上位机；其结构要点是：所述电源模块的输出端分别连接光源探头、光源驱动模块、接收器探头、信号采集模块、控制及无线传送模块，所述控制及无线传送模块包括基于Wi-Fi模块的GS1011芯片、控制芯片，所述控制芯片有GPIO接口和SPI串行接口；所述光源驱动模块由16路恒流源芯片构成，所述接收器探头的信号输出端连接信号采集模块的信号输入端，所述信号采集模块的信号输出端连接控制芯片的SPI串行接口，所述控制芯片的GPIO接口连接光源驱动模块的输入端口，所述光源驱动模块的输出端口连接光源探头；所述上位机与控制芯片之间通过无线Wi-Fi模块通信。

本发明所述GS1011的Wi-Fi模块与上位机通信，根据上位机指令协调系统前端工作，并通过Wi-Fi将采集到的信号传送到指定IP地址的上位机上。另外，将复杂的数字滤波、降噪及信号分离通过高性能的上位机进行处理，可以有效地减少系统前端的复杂性并提高系统的实时性。

所述光源探头采用双波长直插式LED型号为L760/850-04A。

所述光源驱动模块由16路恒流源芯片TC62D748；可固定输出1.5～90mA电流，具有电路简洁、控制方便等特点，有效地减小了前端电路。

所述接收器探头包括光电传感器和放大滤波电路，所述光电传感器的输出端连接放大滤波电路的输入端。

如图2所示，为本发明一种可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端的光电传感器电路连接图。图中，所述光电传感器采用OPT101；光电传感器OPT101具有较高的灵敏度与抗干扰能力，具体优点：（1）抗干扰能力强：该芯片通过将雪崩光电二极管（APD）与互阻放大器集成在一起，有效减少了杂散电容产生的噪声， 以及漏电流、尖峰增益等误差；（2）高增益：通过在引脚4、5之间外接反馈电阻电容网络，可以提高增益系数，且由于噪声正比于反馈电阻的平方根，因此在提高反馈电阻的同时提高了信噪比。（3） 线性度好：该传感器具有非常好的线性响应，APD输出100μA时的非线性失真在0.05%以下。即使输出1mA时， 非线性度也只增加几个百分点。图中，所述光电传感器OPT101通过外接10MΩ电阻且并联5pF电容组成放大反馈电路，前级电路DC增益达到11×106 V/A，-3dB带宽为1.3 kHz，上升时间约为270μs。

所述信号采集模块包括预处理电路和A/D转换器；所述A/D转换器采用ADS1299；具有高精度、低功耗、同步采样的优点。

所述控制芯片采用ARM7处理器。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。