3D打印技术打造便携式近红外光谱成像前端

本文主要探讨了基于3D打印技术设计近红外光谱成像系统前端的创新方法，旨在解决传统近红外成像光谱系统在研发成本、结构复杂性和便携性上的不足。通过3D打印技术，设计出的小型、坚固且易于扩展的前端采集设备，能够显著改善系统的性能。 在系统设计中，3D打印被用于制造发射器、接收器和采集头套。这一技术的优势在于能够实现精确定制，同时降低生产成本，提高设计灵活性。文中提到的组件如OPT101、ADS1299和GS1011是关键的信号采集与传输部件，它们确保了高灵敏度的数据获取和高效的数据传输。OPT101是一种光电二极管，用于接收近红外光；ADS1299是一种高分辨率、低噪声的模拟前端，用于信号调理和数字化；GS1011则可能用于无线传输，实现远程数据采集。 系统设计的核心是采用STM32微控制器作为控制单元，它与其他模块通过标准接口通信，根据指令进行数据传输和工作模式切换。这种设计使得系统具备了便携性、抗干扰能力和扩展性。整个近红外光谱系统由3D打印的光源探头、接收器探头、光源驱动、信号采集模块、无线传输模块以及电源模块组成，其中3D打印部分显著提升了系统的实用性和便携性。 近红外光谱成像技术在医疗领域有着广泛的应用，特别是在监测脑部血氧浓度方面。随着技术的发展，设备正向着微型化、智能化和可穿戴的方向演进。3D打印技术的引入，为制造更小巧、成本更低、功能更强大的近红外医疗设备提供了可能。例如，文章提到了日立公司的WOT和HOT121B系统，以及NIRx公司的NIRScout和NIRSport等产品，这些都体现了设备小型化和便携性的趋势。 3D打印在生物医学领域的应用日益增多，如用于血糖、乳酸、胆红素和离子浓度的监测。它的特点是设计自由度高，可以快速制造复杂结构，且材料选择多样。在本文提出的fNIRS系统中，3D打印技术解决了传统制造方法中存在的耗时、成本高昂和设计复杂的问题，实现了针对头部血氧浓度监测的可穿戴设备。 基于3D打印的近红外光谱成像系统前端设计为医疗监测提供了一种新颖、经济且高效的方法，有望推动近红外技术在临床诊断和健康监测中的普及。未来的研究可能会进一步优化这种设计，提升系统的精度和稳定性，以满足更多医疗场景的需求。