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近紅外腦成像儀是如何工作的？

更新時(shí)間：2025-07-25 點(diǎn)擊次數(shù)：455

　　近紅外腦成像儀是一種新型的無創(chuàng)腦功能成像技術(shù)，它通過檢測大腦活動(dòng)時(shí)血液成分的變化來反映神經(jīng)活動(dòng)情況。其工作原理基于近紅外光與人體組織的相互作用，以及神經(jīng)血管耦合現(xiàn)象。

　　一、近紅外光與人體組織的相互作用

　　利用近紅外光（波長范圍一般在600 - 900nm）的特性來工作。在這個(gè)波段內(nèi)，近紅外光具有較強(qiáng)的組織穿透能力，且人體組織對其吸收較少，散射較強(qiáng)。特別是血液中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對近紅外光的吸收特性存在差異：氧合血紅蛋白在850nm左右的吸收較強(qiáng)，而脫氧血紅蛋白在750nm左右的吸收較強(qiáng)。當(dāng)近紅外光照射到大腦組織時(shí)，光子會(huì)經(jīng)歷多次散射，并最終被檢測器接收。通過測量光的強(qiáng)度變化，可以推斷出大腦組織中血紅蛋白濃度的變化。

　　二、神經(jīng)血管耦合現(xiàn)象

　　大腦的神經(jīng)活動(dòng)需要能量供應(yīng)，而能量主要來源于血液中的葡萄糖和氧氣。當(dāng)大腦某區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，局部血流會(huì)增加，以提供更多的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為神經(jīng)血管耦合。在這一過程中，局部腦血流量和腦血容量增加，氧合血紅蛋白濃度上升，而脫氧血紅蛋白濃度相對下降。近紅外腦成像儀正是通過監(jiān)測這些血紅蛋白濃度的變化來間接反映大腦的神經(jīng)活動(dòng)。

　　三、設(shè)備的組成與工作流程

　　主要由光源、光纖探頭和檢測器組成。光源發(fā)出特定波長的近紅外光，通過光纖探頭照射到受試者的頭皮上。光經(jīng)過大腦組織后，被散射并部分吸收，最終由檢測器接收。設(shè)備會(huì)根據(jù)接收到的光信號，利用比爾 - 朗伯定律等原理，計(jì)算出血紅蛋白濃度的變化。這些變化數(shù)據(jù)會(huì)被進(jìn)一步處理和分析，最終以二維或三維圖像的形式呈現(xiàn)出來，從而直觀地顯示大腦不同區(qū)域的活動(dòng)情況。

　　四、優(yōu)勢與應(yīng)用

　　具有諸多優(yōu)勢，使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。它是一種無創(chuàng)技術(shù)，對受試者無傷害，且對運(yùn)動(dòng)偽跡的容忍度較高，可在自然情境下使用，適合于嬰幼兒、兒童以及需要在動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行監(jiān)測的研究。此外，該設(shè)備相對便攜，操作簡單，成本較低。因此，它被廣泛應(yīng)用于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，用于研究大腦功能、評估認(rèn)知障礙、輔助診斷精神疾病等。

　　近紅外腦成像儀通過巧妙地利用近紅外光的特性以及神經(jīng)血管耦合現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了對大腦神經(jīng)活動(dòng)的無創(chuàng)監(jiān)測，為腦科學(xué)研究和臨床應(yīng)用提供了一種有力的工具。

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