近红外脑成像设备的测试模型

技术领域

本发明涉及一种近红外脑成像设备的测试模型，属于测试领域。

背景技术

大脑血流、血氧以及各自功能连接性的特征对于脑血管或细胞疾病的诊断和评估很重要。目前已开发的成像技术用来测量组织血流动力学，包括核磁共振成像、正电子发射断层扫描、单光子发射计算机断层扫描等等，但是存在不少局限性，例如体积大、成本高、灵活性差、存在电离辐射等。近红外光谱法(FNIRS)是一种简单、快速、便携、低成本的用于生物血氧的无创测量方法。但是目前近红外光谱设备在研发过程中往往存在着验证方法困难，被试变量难以统一，被试条件难以把控等缺点。这将阻碍近红外脑成像设备的研发和试验。

现有测试模型主要包含两种，第一种采用液体模型，通过牛奶，PBS等液体按照一定的比例混合所制备而成，制备方式繁琐，同时，该模型为一次性模型，存在人为的主观因素；第二种采用固态模型，此类模型主要以胶体，英脱利匹特等材料混合，经过冷冻凝结而成，这类模型仍然存在制备方式繁琐，不易保存，衰减倍数无法改变等弊端，所以，上述两种模型均不适用于目前的近红外脑成像技术的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近红外脑成像设备的测试模型，其可以减少外界客观因素的干扰，避免人为主观因素的影响，使得试验具有可重复性，增强数据的信效度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种近红外脑成像设备的测试模型，包括：

发射装置，包括用来安装红外成像设备的发射器的上壳体、镶嵌在所述上壳体内部的上POM内芯和固定在所述上POM内芯下部的上中空遮光片，所述上中空遮光片上设置有相对所述发射器的上通光孔；

接收装置，包括用来安装红外成像设备的接收器的下壳体、镶嵌在所述下壳体内部的下POM内芯和固定在所述下POM内芯上部的下中空遮光片，所述接收器与发射器相对设置，所述下中空遮光片上设置有相对所述发射器的下通光孔；

遮光片，包括片体及设置在所述片体上的第一通光孔，所述遮光片在所述发射装置与所述接收装置之间往复直线运动，所述往复直线运动的方向垂直于所述发射器所发出的红外光线；及

动力装置，驱动遮光片往复直线运动。

进一步地，所述动力装置包括动力源和传动装置，所述动力源为电机，所述传动装置连接所述动力源和遮光片，以将所述动力源的旋转运动转换为往复直线运动。

进一步地，所述传动装置为倍速杆。

进一步地，所述测试模型还包括限位部件，所述限位部件包括设置在所述倍速杆两侧的限制柱。

进一步地，所述限位部件还包括形成在所述遮光片的长条形的限位孔和安装在所述上壳体或所述下壳体上的导向定位柱。

进一步地，所述装置还包括用来调节光线强度的调节部件，所述调节部件安装在所述发射装置与所述遮光片之间。

进一步地，所述调节部件包括若干插片，所述插片上设置有第二通光孔。

进一步地，所述上中空遮光片或下中空遮光片上设置有供所述插片插入的插槽。

进一步地，所述上壳体、上中空遮光片、下壳体、下中空遮光片和遮光片均为经过喷砂、涂消光漆和涂红外线吸收剂处理的铝合金材料制作而成。

进一步地，所述测试模型还包括控制装置和操作屏，所述控制装置与所述操作屏、发射器、接收器和动力装置信号连接。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本申请提供的近红外脑成像设备的测试模型通过在发射装置和接收装置内设置POM内芯，由POM内芯模拟与人脑组织类似的光学特性，并通过遮光片在发射装置和接收装置之间快速往复直线运动，以使发射装置与接收装置之间的红外光线在导通和断开之间不停的切换，从而实现对人脑组织变化的模拟，适应于近红外脑成像技术的检测。与现有技术相比，采用该测试模型可减少外界客观因素的干扰，避免人为主观因素的影响，从而使得试验具有可重复性，增强了数据的信效度。

并且，因为该测试模型使用了与人脑组织的光学特性类似的POM材料，其制作过程简单，制作完成后结构稳定，便于保存，又由于POM材料易于获取，所以，该测试模型的成本较低。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的近红外脑成像设备的测试模型的外部结构的结构示意图。

图2为图1所示的近红外脑成像设备的测试模型的内部部分结构的结构示意图。

图3为图2中部分结构的结构示意图。

图4为图3的分解图。

图5为图1所示的测试模型的工作原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参见图1和图2，本申请一较佳实施例所示的近红外脑成像设备的测试模型包括箱体8、发射装置1、接收装置2、遮光片3、动力装置4、操作屏7及控制装置(未示出)。

本实施例中，箱体8为长方体，箱体8的顶部向下形成凹槽81。遮光片3、动力装置4和控制装置布置在箱体8内，发射装置1和接收装置2布置在凹槽81内，且该发射装置1暴露在箱体8的外部。操作屏7布置在箱体8的顶部且靠近箱体8的一侧。

请参见图2至图4，发射装置1包括用来安装红外成像设备的发射器12的上壳体11、镶嵌在上壳体11内部的上POM内芯13和固定在上POM内芯13下部的上中空遮光片14。上中空遮光片14上开设有相对发射器12的上通光孔141，即上中空遮光片14上开设有供发射器12所发出的红外光线穿过的上通光孔141。上壳体11安装在凹槽81的上部，与下部的发射装置2相互抵持，周向上被箱体8卡固住。

接收装置2包括用来安装红外成像设备的接收器22的下壳体21、镶嵌在下壳体内部的下POM内芯23和固定在下POM内芯23上部的下中空遮光片24，接收器22与发射器12相对设置，下中空遮光片24上设置有相对发射器12的下通光孔241，即下中空遮光片24上开设有供接收器22接收红外光线穿过的下通光孔241。下壳体21安装在凹槽81的下部，其一侧与上壳体11抵持，一侧与凹槽81底部抵持，周向上被箱体8卡固住。

在本实施例中，上POM内芯13与下POM内芯23均为圆柱状的白色POM。为了保证衰减倍数大于40dB且测试模型的尺寸尽可能小，本实施例的白色POM设计为直径60mm，高度30mm的圆柱状。当然，白色POM也可以设计为其他尺寸或其他形状，主要实现模拟人脑组织的光学特性。

在本实施例中，上壳体11与下壳体21为经过喷砂、涂消光漆和涂红外线吸收剂处理的铝合金。使用所述铝合金，可以消除外界光线的干扰且不会影响测试光源通路。该铝合金材料也用于遮光片3、上中空遮光片14和下中空遮光片24的制作。

上中空遮光片14和下中空遮光片24位于上POM内芯13和下POM内芯23之间。本实施例中，该上中空遮光片14和下中空遮光片24作为隔离板，以保证了光路只能通过上通光孔141和下通光孔241，增大了衰减倍率。在本实施例中，为了使衰减倍数大于40dB，将上通光孔141和下通光孔241的孔径设置为8mm。当然，将上通光孔141和下通光孔241的孔径也可以设置为其他尺寸，主要实现对光路的限制。上中空遮光片14和下中空遮光片24通过紧固件分别固定在上壳体11与下壳体21，同时，当该上中空遮光片14和下中空遮光片24固定在上壳体11与下壳体21后，可以将上POM内芯13与下POM内芯23固定在上壳体11与下壳体21内。

遮光片3包括片体31及设置在片体31上的第一通光孔32，遮光片3在发射装置1与接收装置2之间往复直线运动(图2中a1-a2运动方向)，所述往复直线运动的方向垂直于发射器12所发出的红外光线。

为了限制遮光片3往复直线运动的距离，该测试模型还包括限位部件，所述限位部件包括形成在遮光片3的长条形的限位孔33和安装在上壳体11或下壳体21上的导向定位柱52。限位孔33的长边与遮光片3往复直线运动的方向一致，再配合上导向定位柱52，从而限制遮光片3往复直线运动的距离。本实施例中，该导向定位柱52垂直设置在下壳体21上，该上壳体11上设置有与该导向定位柱52套接的对接套53。

动力装置4，驱动遮光片3往复直线运动。在本实施例中，动力装置4包括动力源和传动装置，动力源为电机41，传动装置连接动力源和遮光片3，以将动力源的旋转运动转换为往复直线运动。在本实施例中，传动装置为倍速杆42，采用曲柄滑块结构，使得遮光片3能够加速回程和进程，从而实现模型的状态快速改变。动力装置4和遮光片3的一端相连用以提供动力，具体地，遮光片3与倍速杆42通过设置在遮光片3上的连接孔34和倍速杆上的连接柱(未标号)配合，实现对遮光片3的动力供给。

在本实施例中，为了进一步减少导向定位柱52对遮光片3在运动过程中产生的磨损，限位部件还包括设置在倍速杆42两侧的限制柱51。限制柱51能够限制倍速杆42在一定角度内运动，使遮光片3的往复直线运动幅度变小，减少了遮光片3的磨损。

在其他实施例中，动力装置4也可以采用气缸来实现，气缸在气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能，同样可以实现遮光片3的往复直线运动效果。同样的，也可以采用其他方式来实现动力装置4的功能，只需要保证遮光片3能够完成往复直线运动即可。

在本实施例中，测试模型还包括用来调节光线强度的调节部件6，所述调节部件6安装在发射装置1与遮光片3之间。其中，调节部件6包括若干插片61，所述插片61上设置有第二通光孔62，若干插片61上的第二通光孔62的孔径不同。在使用时，通过插入插片，对光路进行限制；更换不同插片，改变了光路大小，从而改变了光线的衰减倍数，实现了对人脑组织的不同变化的模拟。

上中空遮光片14或下中空遮光片24上设置有供所述插片61插入的插槽142。在本实施例中，插槽142设置在上中空遮光片14上，通过设置插槽142，方便插片61的插入。

控制装置与操作屏7、发射器12、接收器22和动力装置4信号连接。通过在操作屏7上操作，由控制装置实现对该测试模型的整体控制。操作屏7实现可视化调节，通过使用操作屏7，可以及时改变遮光片3的运动情况，并能通过显示屏实时了解待测试设备的响应灵敏度。

该装置的具体使用过程为：

首先，为设备通电，通过查看操作屏7对设备状态进行了解，再将待测试设备的发射和接收探头分别插入该装置的发射器12和接收器22内，完成对设备的前期准备。然后，点击操作屏7上的开始键，电机41快速旋转，带动倍速杆42运动，从而带动遮光片3往复直线运动。插入插片61，由于导向定位柱52的作用，当遮光片3运动到一侧时，第一通光孔32与第二通光孔62的中轴线错位，光线无法从发射器12发射到接收器22。随后，可根据试验需求，通过操作屏7控制遮光片3间隔一定时间回到另一侧，使第一通光孔32与第二通光孔62的中轴线重合，光线顺利从发射器12发射到接收器22，显示屏7上显示出响应时间。

请参见图5，揭示了本发明的加速原理。本发明能够在1ms以内开关光通路实现从不同衰减倍数到完全阻隔，以及完全阻隔到不同衰减倍数的变化，以此来提高对近红外脑检测设备的响应时间的精准性。本发明通过电机提供的动力，利用曲柄滑块结构的原理，加速回程和进程推动遮光片，保证了切换时间在1ms以内。通过不同的初始手动插片，可以随用户改变相应的衰减倍数，做到理论无上限，而下限取决于设备的结构，以此来扩大产品衰减倍数的范围。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。