研究目的
检验宽带自由空间功能近红外系统检测类似含血肿人脑的高光学吸收介质的能力，并研究血肿的空间分辨率检测，以实现创伤性脑损伤（TBI）的早期诊断。
研究成果
宽带频率调制功能性近红外光谱系统在检测多层脑模型血肿方面显示出高准确性，该结果通过三维有限元建模和实验测量得到验证。采用?IL和?IP导数的新型信号处理方法能够高灵敏度地识别小尺寸血肿。该方法对早期创伤性脑损伤检测具有应用前景，但针对不同测量配置和实际应用场景仍需进一步研究。
研究不足
该研究在光学发射器与接收器之间保持2厘米的固定间距进行，但不同测量拓扑结构下可能无法保持统一。对于变化的间距和深度需要进一步调整。所用仿体可能无法完全模拟真实人体头部条件，该方法在临床实际环境中的适用性尚需验证。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用宽带频率调制进行fNIR成像，将3D有限元法（FEM）数值建模与实验测量进行对比。使用COMSOL软件中的FEM求解扩散方程，并采用基于插入损耗和相位变化的一阶、二阶导数的信号处理方法进行血肿检测。
2：样本选择与数据来源：
使用模拟人体头部（头皮、颅骨、皮层）的不均匀多层仿体，其中嵌入不同尺寸（直径0.5厘米至2厘米）的阻塞物以模拟血肿。光学特性参数基于制造商提供的已知数据。
3：5厘米至2厘米）的阻塞物以模拟血肿。光学特性参数基于制造商提供的已知数据。 实验设备与材料清单：
3. 实验设备与材料清单：自动网络分析仪（安立MS4623B）、配备三波长VCSEL（670纳米、795纳米、850纳米）的光学发射?？椤⒐庋Ы邮漳？椋ū跛晒庾友DP模块C5658）、SP3T射频开关（Hittite HMC245QS16）、偏置T网络、FR4基板印刷电路板、位移平台，以及具有特定光学吸收和散射系数的固体仿体。
4：8）、SP3T射频开关（Hittite HMC245QS16）、偏置T网络、FR4基板印刷电路板、位移平台，以及具有特定光学吸收和散射系数的固体仿体。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：将光学发射器与接收器以2厘米间距置于头部仿体上，施加30至1000 MHz的宽带频率调制。测量并对比插入损耗（IL）和插入相位（IP）与3D FEM仿真结果。将数据进行曲线拟合至数学模型并计算标准误差，通过计算?IL和?IP的导数实现血肿的阈值检测。
5：数据分析方法：
计算实验与仿真数据间的标准误差，对a√频率 + b模型进行曲线拟合，通过分析?IL和?IP的一阶、二阶导数识别用于血肿检测的频率特征点。
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Automatic Network Analyzer
MS4623B
Anritsu
Acts as an RF source and sensitive RF receiver for frequency modulation and demodulation in the optical imaging system.
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VCSEL Diode Laser
V3WLM
Vixar
Emits high power Gaussian optical beams at specific wavelengths for photon migration in the fNIR system.
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APD Module
C5658
Hamamatsu
Acts as an optical receiver with a built-in trans-impedance amplifier for detecting traveled photons.
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RF Switch
HMC245QS16
Hittite
Controls the frequency modulation of the tri-wavelength photon source by driving three high power VCSELs.
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Bias-T Networks
Provides separate DC biasing control and RF modulating signals for each wavelength in the optical transmitter.
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Printed Circuit Board
Accommodates surface mount technology components for the optical system.
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Translation Stages
Used to adjust the position of optical transmitters and receivers on the head phantom.
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COMSOL Software
FEMLab
Used for 3D finite element method simulation of the diffusion equation in inhomogeneous phantoms.
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