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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610855833.5 (22)申请日 2016.09.27 (71)申请人 中国科学院自动化研究所 地址 100080 北京市海淀区中关村东路95 号 (72)发明人 蒋田仔 张玉瑾 张鑫 左年明 (74)专利代理机构 北京瀚仁知识产权代理事务 所(普通合伙) 11482 代理人 宋宝库 (51)Int.Cl. A61B 5/00(2006.01) A61B 5/0476(2006.01) A61B 5/0478(2006.01) (54)发明名称 用于全脑光电同步脑功能。
2、成像的光极-电极 排布方法 (57)摘要 本发明属于医疗器械领域， 具体提供一种用 于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方 法。 本发明旨在解决现有光极-电极排布方法检 测范围小、 定位不准确的问题。 本发明的用于全 脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法包 括如下步骤： 选取电极位置； 放置电极； 放置光 极； 调整光极位置。 本发明通过遵循国际通用的 “10-20” 定位系统准则排列电极、 将光源极与光 检测极对称地排布在电极两侧、 并限定二者间的 距离、 调整二者角度的方式， 使得光极与电极定 位准确的同时， 还可实现在全脑范围内进行光电 同步检测， 并且光极间最大化实现复用。 权。
3、利要求书1页 说明书3页 附图5页 CN 106510618 A 2017.03.22 CN 106510618 A 1.一种用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法， 其特征在于， 所述方法包括如下步骤： 遵循国际通用的 “10-20” 定位系统的准则选取多个光电同步检测电极位置； 将电极放置于选定的光电同步检测电极位置上； 将光极放置于电极的两侧。 2.根据权利要求1所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法， 其特征 在于， 所述方法还包括调整光极的放置角度， 以实现部分光极的复用。 3.根据权利要求1所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法， 其特征 在于，。
4、 所述 “10-20” 定位系统是指在人头皮表面以两眼间的鼻凹、 后侧枕骨隆突、 两侧乳突 为参考点， 沿前后、 左右、 头围方向测量头皮表面， 并根据特定比例标记头皮表面的空间位 置的坐标系统。 4.根据权利要求1所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法， 其特征 在于， 所述光极包括用于发出光源的光源极和用于接收光源的光检测极， 所述光源极与所 述光检测极共同形成光检测通道。 5.根据权利要求4所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法， 其特征 在于， 所述光源极与所述光检测极对称地布置在所述电极的两侧。 6.根据权利要求4所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电。
5、极排布方法， 其特征 在于， 所述光源极与所述光检测极的中心距L为2.5cmL4cm。 7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布 方法， 其特征在于， 所述遵循国际通用的 “10-20” 定位系统的准则选取多个光电同步检测电 极位置的步骤进一步包括： 遵循国际通用的 “10-20” 定位系统的准则选取32个光电同步检 测电极位置。 8.根据权利要求7所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法， 其特征 在于， 所述光极检测基于近红外光谱成像进行， 其波长在650950nm之间。 9.根据权利要求2所述的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方。
6、法， 其特征 在于， 所述光极复用是指两个或多个光极检测通道之间共用同一所述光源极或所述光检测 极。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 106510618 A 2 用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法 技术领域 0001 本发明属于医疗器械领域， 具体提供一种用于全脑光电同步脑功能成像的光极- 电极排布方法。 背景技术 0002 脑功能活动包含神经元活动和局部能量代谢等多个过程。 研究者通过观测多种模 态的脑活动信号对脑功能进行探索， 其中最具代表性的是神经元的电活动和局部血氧代谢 变化两种模态的信息。 近半个世纪以来， 大量基于单一模态信息的研究已深深推动了人们 对脑功能的。
7、了解。 然而作为脑功能活动的不同角度， 只有实现对不同模态信息的有效融合， 才能将脑功能活动有机的联系起来。 目前将神经电生理设备和代谢过程检测设备结合， 充 分利用两者的优势， 已经成为深度探测和理解神经信息的重要途径。 0003 光电同步脑功能成像是一种正在研发的， 旨在通过将近红外光谱脑功能成像技术 和脑电采集技术的有效融合， 在同一仪器上实现近红外光谱仪、 脑电仪及近红外光谱和脑 电融合仪三个功能一体化的技术。 它可实现脑区神经电活动和血氧供应信息的同步采集等 多种功能， 将是融合研究脑神经电活动和血氧活动的重要成像技术。 0004 目前， 尽管已有一些研究利用独立的脑电和近红外成像系。
8、统， 将脑电中的电极与 近红外成像中的光极简单交叉排布在某一脑区， 实现光电同步脑功能成像， 但是这些研究 采用的排布方式存在一些不容忽视的问题。 首先， 大多数研究是根据特定的实验要求在局 部脑区进行的特异性排布， 其排布方式无法推广到其他脑区的观测， 也无法推广到其他实 验目的下的研究， 且不同实验室之间的可重复性差， 不利于对研究结果的重复性验证。 其 次， 大多数光极-电极的排布使用固定片进行连接， 但由于固定长度的限制， 使得脑电电极 的排布位置并不能满足脑电采集的定位原则， 影响了结果和传统研究的对比验证。 0005 相应地， 本领域需要一种新的光极-电极排布方法来解决上述问题。 。
9、发明内容 0006 为了解决现有技术中的上述问题， 即为了解决现有光极-电极排布方法检测范围 小、 定位不准确的问题， 本发明提供了一种用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布 方法， 该方法包括如下步骤： 遵循国际通用的 “10-20” 定位系统的准则选取多个光电同步检 测电极位置； 将电极放置于选定的光电同步检测电极位置上； 将光极放置于电极的两侧。 0007 在上述排布方法的优选技术方案中， 调整光极的放置角度， 以实现部分光极的复 用。 0008 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述 “10-20” 定位系统是指在人头皮表面以 两眼间的鼻凹、 后侧枕骨隆突、 两侧乳突为参考点， 沿。
10、前后、 左右、 头围等方向测量头皮表 面， 并根据特定比例标记头皮表面的空间位置的坐标系统。 0009 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述光极包括用于发出光源的光源极和用于 接收光源的光检测极， 所述光源极与所述光检测极共同形成光检测通道。 说 明 书 1/3 页 3 CN 106510618 A 3 0010 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述光源极与所述光检测极对称地布置在所 述电极的两侧。 0011 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述光源极与所述光检测极的中心距L为 2.5cmL4cm。 0012 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述遵循国际通用的 “10-20” 定位系统。
11、的准 则选取多个光电同步检测电极位置的步骤进一步包括： 遵循国际通用的 “10-20” 定位系统 的准则选取32个光电同步检测电极位置。 0013 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述光极检测基于近红外光谱成像进行， 其 波长在650950nm之间。 0014 在上述排布方法的优选技术方案中， 所述光极复用是指两个或多个光极检测通道 之间共用同一所述光源极或所述光检测极。 0015 本领域技术人员能够理解的是， 在本发明的优选技术方案中， 通过遵循国际通用 的 “10-20” 定位系统准则排列所述电极、 将所述光源极与所述光检测极对称地排布在所述 电极两侧、 并限定二者间的距离、 调整二者的。
12、放置角度的方式， 使得所述光极与所述电极定 位准确的同时， 还可实现在全脑范围内进行光电同步检测， 并且所述光极间最大化实现复 用。 附图说明 0016 图1是本发明的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法的流程图； 0017 图2A是国际通用的 “10-20” 定位系统的电极排布的侧视图； 0018 图2B是国际通用的 “10-20” 定位系统的电极排布的俯视图； 0019 图3是本发明的根据 “10-20” 定位系统选择出的脑电电极位置的示意图； 0020 图4是本发明的近红外光在大脑组织中的传播路径示意图； 0021 图5是本发明的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布的示意。
13、图； 0022 图6是本发明的光极复用后用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布的示 意图。 具体实施方式 0023 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。 本领域技术人员应当理解的是， 这 些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理， 并非旨在限制本发明的保护范围。 例如， 尽管 下文详细描述了本发明方法的详细步骤， 但是， 在不偏离本发明的基本原理的前提下， 本领 域技术人员可以对上述步骤进行组合、 拆分及调换顺序， 如此修改后的技术方案并没有改 变本发明的基本构思， 因此也落入本发明的保护范围之内。 0024 如图1至6所示， 本发明的用于全脑光电同步脑功能成像的光极-电极排布方法开 始。
14、于S10步骤。 在步骤S10中， 选取电极11的位置： 具体地， 遵循国际通用的 “10-20” 定位系统 的准则选取多个光电同步检测电极位置。 需要说明的是(参照图2A、 图2B)，“10-20” 定位系 统是指在人头皮表面以两眼间的鼻凹(鼻根点)、 后侧枕骨隆突(枕外隆突点)、 两侧乳突(前 耳点)为参考点， 沿前后、 左右、 头围等方向测量头皮表面， 并根据10、 20等比例标记头 皮表面的空间位置的坐标系统。 优选地， 本发明选择空间位置分布较为均匀的32个常用坐 说 明 书 2/3 页 4 CN 106510618 A 4 标点作为光电同步检测通道位置， 即电极11的位置。 参照图3。
15、所示， 这些位置具体为： Fp1， Fp2， AF3， AF4， F7， F8， F3， F4， Fz， FC5， FC6， FC1， FC2， T7， T6， C3， C4， Cz， CP5， CP6， CP1， CP2， P7， P8， P3， P4， Pz， PO3， PO4， O1， O2， Oz。 按照从前到后、 从左到右的顺序， 分别给如上通道编号为 Ci， i1， 2， 3.32。 0025 如图3、 图5所示， 接下来， 在步骤S20中， 放置电极： 具体地， 将电极11放置于选定的 光电同步检测电极位置上， 形成电检测通道(图中未标出)。 本领域技术人员能够理解的是， 如前所。
16、述， 电极11放置在选定的坐标点后， 这些电极11的位置符合国际通用的 “10-20” 定位 系统准则。 0026 再次， 如图4、 图5所示， 在步骤S30中， 放置光极： 具体地， 将光极放置于电极11的两 侧。 以放置好的32个电极11位置为中心点， 在电极11的两侧对称地放置一个用于发出光源 的光源极12和用于接收光源的光检测极13， 二者的中心距L为2.5cmL4cm， 此时光源极 12与光检测极13之间能够形成光检测通道14， 光检测通道14与电检测通道一起构成了光电 同步检测通道。 优选地， 光源极12与光检测极13的中心距L在3cm左右时为最佳。 0027 本领域技术人员能够理。
17、解的是， 当进行光电同步脑功能成像时， 电极11接收大脑 脑神经电活动产生的电磁波； 近红外光， 优选地选择波长为650950nm的光波， 通过光源极 12经头皮表面入射到大脑组织， 经过血红蛋白、 脱氧血红蛋白等物质的吸收以及各个组织 细胞的散射， 形成 “香蕉形状” 的光检测通道14， 由头皮表面射出被光检测极13检测接收。 0028 如图6所示， 最后， 在步骤S40中， 调整光极位置： 具体地， 调整光极的放置角度， 以 实现部分光极的复用。 本领域技术人员能够理解的是， 在光电同步检测通道设置完毕后， 部 分光电同步检测通道的光极与相邻光电检测通道的光极的中心距L为2.5cmL4cm。
18、， 也满 足近红外光成像的要求。 为了最大化地利用成像资源， 适当调整光源极12与光检测极13的 排列角度， 使得部分相邻光电同步检测通道的光极之间的中心距L约为3cm， 且相邻光极设 置为不同光极， 即一个为光源极12， 另一个光检测极13， 以此实现跨通道的光极复用。 0029 本领域技术人员还可以想到的是， 实际应用到成像装置时， 在光极复用的位置， 可 以用长度为3cm的连接片21将其连接以保证相邻光极的中心距保持不变， 使得成像质量稳 定； 而在不能满足光极复用的通道之间， 可以使用弹性材料22， 如弹性橡胶进行连接， 以实 现成像装置整体随被试头围大小的灵活调整。 0030 上述发。
19、明的优选实施方式， 通过遵循国际通用的 “10-20” 定位系统优选出32个电 极11位置、 将光极对称地排布在电极11两侧、 限定光极间的距离、 调整光极的放置角度等方 式， 使得在保证光极、 电极11定位准确的同时， 实现在全脑范围内进行光电同步检测， 并且 光极间最大化复用。 0031 至此， 已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案， 但是， 本领域 技术人员容易理解的是， 本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。 在不偏离本 发明的原理的前提下， 本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换， 这些 更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。 说 明 书 3/3 页 5 CN 106510618 A 5 图1 图2A 说 明 书 附 图 1/5 页 6 CN 106510618 A 6 图2B 说 明 书 附 图 2/5 页 7 CN 106510618 A 7 图3 图4 说 明 书 附 图 3/5 页 8 CN 106510618 A 8 图5 说 明 书 附 图 4/5 页 9 CN 106510618 A 9 图6 说 明 书 附 图 5/5 页 10 CN 106510618 A 10 。