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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)：303

　　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(cè)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(cè)器接收。通過測(cè)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(yíng)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(duì)下降。近紅外腦成像儀正是通過監(jiān)測(cè)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(cè)器組成。光源發(fā)出特定波長(zhǎng)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(cè)器接收。設(shè)備會(huì)根據(jù)接收到的光信號(hào)，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(shì)與應(yīng)用

　　具有諸多優(yōu)勢(shì)，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(duì)受試者無傷害，且對(duì)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(cè)的研究。此外，該設(shè)備相對(duì)便攜，操作簡(jiǎn)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(píng)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(duì)大腦神經(jīng)活動(dòng)的無創(chuàng)監(jiān)測(cè)，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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