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功能近红外光谱
具有Gowerlabs NTS系统的fNIRS
功能近红外光谱（fNIRS）是一种光学大脑监测技术，它使用近红外光谱进行功能神经成像。[1] 使用fNIRS，通过使用近红外光来测量大脑活动，以估计大脑皮层对神经活动的反应所产生的血流动力学活动。除了EEG，fNIRS是最常见的非侵入性神经成像技术之一，可用于便携式环境。该信号通常与fMRI测量的BOLD信号进行比较，能够测量氧和脱氧血红蛋白浓度的变化[2]，但只能从皮质表面附近的区域进行测量。fNIRS也可以被称为光学地形图（OT），有时被简称为NIRS。
目录
1说明
1.1修改的比尔-朗伯定律
2历史
2.1美国和英国
2.2日本
3光谱技术
3.1连续波
3.2频域
3.3时域
4漫相关光谱
5系统设计
6数据分析软件
6.1家庭3
6.2 NIRS工具箱
6.3 AtlasViewer
7应用
7.1脑机接口
7.2缺氧和海拔研究
7.3脑标测
7.4功能连接
7.5脑血氧测定
7.6漫反射光学层析成像
7.7 fNIRS上限
7.8功能性神经成像
7.9超扫描
7.10虚拟和增强现实
7.11音乐与大脑
8优缺点
9未来方向
10fNIRS与其他神经成像技术的比较
11另见
12参考文献
描述
氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白
fNIRS根据近红外光吸收的变化来估计血红蛋白的浓度。当光在头部移动或传播时，它会被传播的组织交替地散射或吸收。因为血红蛋白是近红外光的重要吸收体，吸收光的变化可以用来可靠地测量血红蛋白浓度的变化。不同的fNIRS技术也可以使用光传播的方式来估计血容量和氧合。该技术是安全、无创的，可以与其他成像方式一起使用。
fNIRS是一种非侵入性成像方法，涉及从近红外（NIR）光衰减或时间或相位变化的测量中分辨出的发色团浓度的定量。该技术利用了光学窗口的优势，其中（a）皮肤、组织和骨骼对NIR光（700–900 nm光谱间隔）大多透明，（b）血红蛋白（Hb）和脱氧血红蛋白（脱氧Hb）是强烈的光吸收剂。
氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的近红外吸收光谱
红外光与脑组织相互作用有六种不同的方式：直接透射、漫透射、镜面反射、漫反射、散射和吸收。fNIRS主要关注吸收：脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白吸收光谱的差异允许通过使用多个波长的光衰减来测量血红蛋白浓度的相对变化。选择两个或多个波长，其中一个波长高于和一个波长低于810nm的等吸收点，在该等吸收点处脱氧血红蛋白和氧血红蛋白具有相同的吸收系数。使用修正的比尔-朗伯定律（mBLL），可以计算浓度的相对变化，作为总光子路径长度的函数。[3]
通常，光发射器和探测器位于受试者头骨的同侧（每个发射器/探测器对位于同一侧），因此记录的测量结果是由于沿椭圆路径的背散射（反射）光。[4] fNIRS对离头皮最近的血流动力学变化最为敏感[5]，这些表面伪影通常使用位于光源附近的附加光检测器（短分离检测器）来解决。[6]
修正的比尔-朗伯定律
通过修改的比尔-朗伯定律（mBLL），光强的变化可能与血红蛋白相对浓度的变化有关。比尔-兰伯特定律必须处理血红蛋白的浓度。该技术还测量光衰减的相对变化，并使用mBLL来量化血红蛋白浓度变化。[7]
基本功能近红外光谱（fNIRS）缩写
BFi=血流指数
CBF=脑血流
CBV=脑血容量
CMRO2=氧气代谢率
CW=连续波
DCS=扩散相关光谱
FD=频域
Hb，HbR=脱氧血红蛋白
HbO，HbO2=氧合血红蛋白
HbT=总血红蛋白浓度
HGB=血红蛋白
SaO2=动脉饱和度
SO2=血红蛋白饱和度
SvO2=静脉饱和度
TD=时域
历史
美国和英国
1977年，Jöbsis[8]报道称，脑组织对近红外光的透明性允许一种非侵入性和连续的治疗方法1977年，Jöbsis[8]报道称，大脑组织对NIR光的透明性允许使用透照法进行无创和连续的组织氧饱和度测定。由于光衰减，透射（前向散射）在成人中的实用性有限，并很快被基于反射模式的技术所取代，导致NIRS系统的发展迅速。然后，到1985年，M.Ferrari进行了第一次脑氧合研究。后来，在1989年，在伦敦大学学院与David Delpy合作后，滨松开发了第一个商业NIRS系统：NIR-1000大脑氧合监测仪。20世纪90年代，NIRS方法最初用于脑血氧测定。1993年，Chance等人发表了四篇论文。PNAS、Hoshi&Tamura J Appl Physiol、Kato等人JCBFM、Villringer等人Neuros。Lett.公司。证明了fNIRS在成人中的可行性。Randall Barbour、Britton Chance、Arno Vilringer、M.Cope、D.T.Delpy、Enrico Gratton等人的工作进一步扩展了近红外光谱技术。目前，可穿戴式fNIRS正在开发中。
日立ETG-4000
日本
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