基于锁相光子计数的多通道脑功能成像系统

丁雪梅; 王兵元; 刘东远; 张耀; 潘甜甜; 高峰

doi:doi:10.3788/CJL201946.0107001

中国激光, 2019, 46 (1): 0107001, 网络出版: 2019-01-27

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Multi-Channel Brain Functional Imaging System Based on Lock-in Photon Counting

丁雪梅 ¹王兵元 ¹刘东远 ¹张耀 ¹潘甜甜 ¹高峰 ^1,2

作者单位

¹ 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072

² 天津大学天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室, 天津 300072

图 & 表

图 1. 成像系统的总体结构框图

Fig. 1. Overall structure block diagram of imaging system

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图 2. (a)数字锁相解调器的结构;(b)方波式锁相的相鉴特性

Fig. 2. (a) Structure of digital lock-in demodulator; (b) phase characteristics of lock-in in square mode

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图 3. 锁相光子计数硬件逻辑实现结构图

Fig. 3. Structural diagram of lock-in photon counting hardware logic implementation

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图 4. 系统的线性度评估

Fig. 4. Linearity assessments of the system

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图 5. 系统抗环境光干扰的能力

Fig. 5. Ability of the system to overcome ambient light

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图 6. 不同频率间隔下通道间的串扰度。(a) 50 Hz频率间隔;(b) 200 Hz频率间隔;(c) 252 Hz频率间隔

Fig. 6. Crosstalk ratio between channels at different frequency spaces. (a) Frequency space of 50 Hz; (b) frequency space of 200 Hz; (c) frequency space of 252 Hz

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图 7. 实验用固态仿体示意图。(a)立体结构;(b)俯视图

Fig. 7. Schematics of solid-state phantom in experiment. (a) Three-dimensional structure; (b) top view

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图 8. 扫描方案

Fig. 8. Scan schemes

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图 9. 7次分时激励下DOT重建

Fig. 9. DOT reconstruction under 7-time excitation

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表 1系统的峰值信噪比

Table1. Peak signal to noise ratio of the system

Integrationtime /ms	Signal to noise ratio /dB
Integrationtime /ms	one LD	six LDs	sixteen LDs
300	44.27	37.72	34.38
500	47.89	41.15	35.52
1000	50.28	42.83	37.87

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表 2液态仿体的光学参数

Table2. Optical parameters of liquid phantom

Opticalparameter	Background	Contrast of target
Opticalparameter	Background	1.2	1.5	2.0
μ_a /mm^-1	0.0173	0.02076	0.02595	0.0346
μ_s /mm^-1	1.0134	1.0134	1.0134	1.0134

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丁雪梅, 王兵元, 刘东远, 张耀, 潘甜甜, 高峰. 基于锁相光子计数的多通道脑功能成像系统[J]. 中国激光, 2019, 46(1): 0107001. Ding Xuemei, Wang Bingyuan, Liu Dongyuan, Zhang Yao, Pan Tiantian, Gao Feng. Multi-Channel Brain Functional Imaging System Based on Lock-in Photon Counting[J]. Chinese Journal of Lasers, 2019, 46(1): 0107001.

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图 1. 成像系统的总体结构框图

Fig. 1. Overall structure block diagram of imaging system

图 2. (a)数字锁相解调器的结构;(b)方波式锁相的相鉴特性

Fig. 2. (a) Structure of digital lock-in demodulator; (b) phase characteristics of lock-in in square mode

图 3. 锁相光子计数硬件逻辑实现结构图

Fig. 3. Structural diagram of lock-in photon counting hardware logic implementation

图 4. 系统的线性度评估

Fig. 4. Linearity assessments of the system

图 5. 系统抗环境光干扰的能力

Fig. 5. Ability of the system to overcome ambient light

图 6. 不同频率间隔下通道间的串扰度。(a) 50 Hz频率间隔;(b) 200 Hz频率间隔;(c) 252 Hz频率间隔

Fig. 6. Crosstalk ratio between channels at different frequency spaces. (a) Frequency space of 50 Hz; (b) frequency space of 200 Hz; (c) frequency space of 252 Hz

图 7. 实验用固态仿体示意图。(a)立体结构;(b)俯视图

Fig. 7. Schematics of solid-state phantom in experiment. (a) Three-dimensional structure; (b) top view

图 8. 扫描方案

Fig. 8. Scan schemes

图 9. 7次分时激励下DOT重建

Fig. 9. DOT reconstruction under 7-time excitation

表 1系统的峰值信噪比

Table1. Peak signal to noise ratio of the system

表 2液态仿体的光学参数

Table2. Optical parameters of liquid phantom

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图 1. 成像系统的总体结构框图

Fig. 1. Overall structure block diagram of imaging system

图 2. (a)数字锁相解调器的结构;(b)方波式锁相的相鉴特性

Fig. 2. (a) Structure of digital lock-in demodulator; (b) phase characteristics of lock-in in square mode

图 3. 锁相光子计数硬件逻辑实现结构图

Fig. 3. Structural diagram of lock-in photon counting hardware logic implementation

图 4. 系统的线性度评估

Fig. 4. Linearity assessments of the system

图 5. 系统抗环境光干扰的能力

Fig. 5. Ability of the system to overcome ambient light

图 6. 不同频率间隔下通道间的串扰度。(a) 50 Hz频率间隔;(b) 200 Hz频率间隔;(c) 252 Hz频率间隔

Fig. 6. Crosstalk ratio between channels at different frequency spaces. (a) Frequency space of 50 Hz; (b) frequency space of 200 Hz; (c) frequency space of 252 Hz

图 7. 实验用固态仿体示意图。(a)立体结构;(b)俯视图

Fig. 7. Schematics of solid-state phantom in experiment. (a) Three-dimensional structure; (b) top view

图 8. 扫描方案

Fig. 8. Scan schemes

图 9. 7次分时激励下DOT重建

Fig. 9. DOT reconstruction under 7-time excitation

表 1系统的峰值信噪比

Table1. Peak signal to noise ratio of the system

表 2液态仿体的光学参数

Table2. Optical parameters of liquid phantom

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