超低功耗可穿戴fNIRS系统前端设计：脑血氧检测

"可穿戴式的功能近红外光谱成像系统的前端设计，旨在实现非侵入式无损血氧检测，采用超低功耗无线片上系统（SoC）芯片，结合时分复用技术、高灵敏度光电传感器和高分辨率模数转换器，构建小型化、低功耗、高精度的无线系统前端，用于实时监测脑部血氧浓度。系统可扩展为多通道采集，适应不同需求。" 本文主要介绍了一种专为非侵入式脑部血氧检测设计的可穿戴式功能近红外光谱成像系统前端。该系统利用了功能近红外光谱（fNIRS）技术，这是一种安全、小巧且具备较高时空分辨率的脑功能成像技术。随着科技的发展，便携式医疗设备正向微型化、智能化、个性化和网络化方向发展，而fNIRS系统则成为其中的重要一环。 系统的核心是超低功耗的无线片上系统（SoC）芯片，如美国Gain-Span公司的GS1011，它同时承担控制中心和无线传输的角色。通过时分复用技术，系统能有效驱动多个光源，而高灵敏度的光电传感器和高分辨率的模数转换芯片则确保了信号采集的精度。这种设计使得系统能够在保持小型化的同时，实现无线数据传输，有效降低了功耗，并能实时监测脑部血氧浓度。 当前市场上的fNIRS系统主要依赖蓝牙、ZigBee、Wi-Fi等无线技术，但存在成本高、通道数量有限、传输速率不足等问题。相比之下，本文提出的解决方案利用Wi-Fi进行实时无线数传，解决了这些问题，提升了系统的实用性。 fNIRS技术基于生理学原理，通过检测血液动力学变化来反映大脑的功能活动。1890年，ROYCS和SHERRINGTONCS的假说指出，大脑血流会随着功能活动的改变而相应调整。fNIRS系统通过测量血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化，来推断大脑的活动状态。 系统前端的光源驱动和信号采集部分采用了扩展方案，允许系统根据需要配置成多通道采集，增强了系统的灵活性和适应性。这为临床研究、学术探索以及其他社会应用提供了更广泛的可能性。 这项工作为可穿戴式fNIRS系统的设计提供了一个创新且实用的解决方案，不仅提高了系统的便携性和实时性，还降低了成本，有助于推动fNIRS技术在医疗和科研领域的广泛应用。