近红外成像仪的应用范围

一、近红外成像仪的应用范围及举例（一）fNIRS在心理学研究中的运用fNIRS在基础心理学中的运用由于fNIRS作为一种便携，无创伤的脑成像技术，有较好的时间分辨率和空间分辨率，因此该技术已经被广泛的应用于心理学研究中。其中主要包括对视觉、情绪、注意、记忆，fNIRS在婴儿和成人的言语成像研究中取得了广泛的应用，有60余篇公开发表的研究成果，这些研究分别与脑部经典言语区相fNIRS的无创伤性、较高的时间分辨率和空间分辨率以及对被试动作的高容忍度，使其1998年第一次用商用fNIRS系统证实了布洛卡区在言语过程中的活动(Watanabeetal.,（）作fNIRS在发展心理学研究中的运用fNIRSfNIRS,以监测高,,因此对儿童进行脑功能成像的研究往往较为困难，导致以儿童尤其是婴幼儿为对象,随着fNIRS系统发育生长最快的时期——婴幼儿阶段的人类大脑发展机制有更为深入地了解。此外，fNIRS还广泛用于不同年龄段人群认知功能的比较以及认知老化的脑功能研究。例如一项发展性阅读障碍的研究。发展性阅读障碍是指儿童智力正常，并且享有均等的例如一项发展性阅读障碍的研究。发展性阅读障碍是指儿童智力正常，并且享有均等的汉语儿童阅读障碍患者在进行汉字语音和语义加工时的大脑皮层活动进行研究V.,Bisconti,S.,&Ferrari,M.(2012).Abriefreviewontheuseoffunctionalnear-infraredspectroscopy(fNIRS)forlanguageimagingstudiesinhumannewbornsandadults.Brainandlanguage,121(2),79-89.语儿童阅读障碍患者左前额叶大脑皮层活动异常证据。fNIRS在脑科学中的运用近年来，fNIRS能连接。静息状态是指被试者保持清醒、不接收任何外部刺激或执行任何高级功能的状态.近年来,人们越来越重视静息态下的脑功能研究。静息状态下的脑功能连接是指检测休息状fNIRS研究探索了在静息状态下全脑的血液动力学信号的时空关联fNIRS的静息状态下脑功能连2。fNIRS在自然情景认知神经科学中的运用,,,因此很难在自然情境下研究高级认知过程的神经机制,fNIRS的研究,fNIRS对被试实验过程中的动作不是特,研究者采用fNIRS研究伦3,取得了一系列的发现，此外由于fNIRS2Cutini,S.,Moro,S.B.,&Bisconti,S.(2012).Review:Functionalnearinfraredopticalimagingincognitiveneuroscience:anintroductoryreview.JournalofNearInfraredSpectroscopy,20(1),75-92.3Hashimoto,K.,Tategami,S.,Okamoto,T.,Seta,H.,Abo,M.,&Ohashi,M.(2006).Examinationbynear-infraredspectroscopyforevaluationofpianoperformanceasafrontallobeactivationtask.Europeanneurology,55(1),16-21.炼强度和提高锻炼效果提供实证依据4。一项力竭研究发现，随着运动负荷的增加，大脑含5。fMRIEEG技术来进行超扫描，由于它们fNIRS技术的成熟，很多研究者开始使用该技术研究真Cui,Bryant&ReissNIRS对同时完成合NIRS进行超扫描显示在额上回人际相干增加4蒋长好(2011).近红外光谱技术在运动脑功能研究中的应用.生物物理学报.26(11).5PereiraMIR,GomesPSC,BhambhaniYN.Abriefreviewoftheuseofnearinfraredspectroscopywithparticularinterestinresistanceexercise.,2007,7(7):615~624图3-2.A、B描述了被试一起做电脑任务，并同时戴测量帽接受超扫描。C图表示两名被试在做合作任务时第17通道（额上回）上的脑波相关状况。（二）生物医学工程——脑机接口研究BCI可以建立起大脑和外部设备之间的直接连接。BCI意味着BCI将是残疾人（肌萎缩侧索硬化症、脑中风，脊髓损伤患者等）与外部环境交流Coyle2004NIRS应用在视觉脑机接口中。随后很多研究者也6。最近的一项研究则把NIRS7脑电图作为有潜力的非侵入式脑机则具有空间分辨率好，对噪声不（见图3。图3-3.脑机接口研究中使用EEG帽子同时插上EEG电极和NIRS光极以及形成的NIRS通道fNIRSBCI中应用的主要困难时信号处理困难，但是值得高兴的是很多研究中都fNIRS-BCI9名被试被要求主观评定两种可能的饮料并决定他们更喜欢哪种。在任务中用fNIRS监控前额叶的活动，把信号振幅作为输入特征并使用平均线性判别分析方法左右。（三）fNIRS在临床中的运用由于精神病、神经症患者等特殊人群在动作认知方面的控制能力也较差,所以采用对被6Coyle,S.,Ward,T.,Markham,C.,McDarby,G.,2004.Onthesuitabilityofnear-infrared(NIR)systemsfornr...57Pfurtscheller,G.,Allison,B.Z.,Brunner,C.,Bauernfeind,G.,Solis-Escalante,T.,Scherer,R.,Zander,T.O.,Mueller-Putz,G.,Neuper,C.,Birbaumer,N.,2010.TheHybridBCI.Front.Neurosci.4,42.如fMRI)多困难。导致在特殊教育以及特殊人群的神经康复方面缺乏来自大脑的科学依据。而fNIRS具有对被试动作容忍度高的特点，因而被广泛用来对特殊人群进行诊断和研究。AndreasFallgatter和MasatoFukuda是fNIRS应用于精神疾病的推动者Fallgatter在1997年首次发表了fNIRS临床应用的研究结果证明患有阿尔兹海默症痴呆患者的大脑半球功能性对称性缺8，之后他又发表一系列这方面的文章2000年Fukuda和同事使用单通道便携设备发表了研究证明年长抑郁患者的抑郁状况并不是由血管扩张导致的9。他们的研究奠定了fNIRS诊断抑郁症的主要实验基础随着fNIRS技术和数据分析方法的发展目前已被广泛运用于精神分裂症(Schizophrenia),心境障碍(Mood Disorder), 焦虑障碍饮食紊（g人格障（y的研究中，而其中又以在对精神分裂症患者的脑功能成像研究中运用地更为普遍。另外也在颅脑损伤(tarumaticbraininjury)、癫痈(Epilepsy)、多动症(ADHD)、阿尔茨海默症，帕金森s、抑郁症、老年痴呆症、神经康复、中风康复等神经病学研究中得到广泛运用同时不少特殊人群的症状的改善都表现为在脑功能方面的改,因此fNIRS还作为术后恢复和康复治疗的大脑功能恢复的监测手10。目前特殊人群已是fNIR使用最广泛的研究对象群体。（四）fNIRS在工业、安全控制领域的应用此外fNIRS度，探讨疲劳机理，为驾驶疲劳及时预警提供新的监测思路（图4。8Fallgatter,A.J.,Roesler,M.,Sitzmann,L.,Heidrich,A.,Mueller,T.J.,Strik,W.K.,1997.LossoffunctionalhemisphericasymmetryinAlzheimer'sdementiaassessedwithnearinfraredspectroscopy.BrainRes.Cogn.BrainRes.6,9Matsuo,K.,Kato,T.,Fukuda,M.,Kato,N.,2000.Alterationofhemoglobinoxygenationinthefrontalregioninelderlydepressedpatientsasmeasuredbynear-infraredspectroscopy.J.NeuropsychiatryClin.Neurosci.12,465–471.10Takeda,K.,Gomi,Y.,Imai,I.,Shimoda,N.,Hiwatari,M.,&Kato,H.(2007).Shiftofmotoractivationareasduringrecoveryfromhemiparesisaftercerebralinfarction:alongitudinalstudywithnear-infraredspectroscopy.Neuroscienceresearch,59(2),136-144.图