本公開涉及成像和分析領域。具體地，本公開涉及用于神經成像和分析的干涉近紅外光譜(interferometric?near?infrared?spectroscopy，inirs)系統和方法。

背景技術：

1、近紅外光譜(near?infrared?spectroscopy，nirs)是一種使用電磁波譜的近紅外區域(例如，780至2500nm之間)的光譜方法。nirs系統可以用于提供對介質的散射和吸收特性的非侵入性監測。與可見光相比，nirs波長的輻射更不易被人體皮膚(以及骨骼)吸收，因此nirs輻射可以穿透皮膚和頭骨，并穿透到腦組織中。nirs可以用作通過監測腦組織內nirs輻射的散射和吸收特性進行人腦組織的非侵入性成像的技術。

2、雖然nirs方法可以擴展用于監測氧合，但當使用多個波長時，血流監測是推斷代謝相關信息所必須的。擴散相關光譜(diffuse?correlation?spectroscopy，dcs)可以通過測量從樣本發出的光的時間波動，非侵入式地監測大腦中的血流。dcs還可以提取其他大腦指標，包括顱內壓(intracranial?pressure，icp)。然而，為了提取icp，現有的dcs方法需要額外的設備和大量的平均處理，導致最終的方法龐雜且緩慢。此外，為了量化血流，dcs需要光學特性，這通常由單獨的nirs儀器假設或實現。最后，由于dcs和nirs僅依賴于光強度，它們忽略了散射光相關的一半信息，這些信息編碼在光學相位中。因此，測量結果受到忽略相位信息所帶來的額外假設的影響。

3、因此，提供改進的神經監測和分析的技術是非常必要的，該技術將nirs和dc結合為單個模式，并快速提供生物組織的光學和動力學特性。

技術實現思路

1、本公開的各方面在獨立權利要求中列出，并且可選特征在從屬權利要求中列出。本公開的各方面可以互相結合提供，并且一個方面的特征可以應用于其他方面。

2、在一方面，提供了一種非侵入式顱內壓感測裝置，包括干涉近紅外光譜(interferometric?near?infrared?spectroscopy，inirs)系統。inirs系統包括：發光布置，包括：光源，用于提供(例如，波長掃描式)光發射(例如，用于發射具有掃描波長的光的光源)；樣本遞送通道，耦合到光源并且被布置成耦合到對象的頭皮，以將來自光源的光引導向對象的腦組織；以及參考通道，耦合到光源以用于接收來自光源的光；光檢測布置，用于耦合到對象的頭皮和發光布置，光檢測布置包括干涉光學檢測器，該干涉光學檢測器用于接收：(i)來自參考通道的參考光，以及(ii)來自對象的腦組織的樣本光，樣本光包括從光源發射的光(例如，上述樣本光中的一些在向檢測器散射之前可能已經從光源傳播通過對象的頭皮和頭骨并且穿過對象的腦組織的一部分)。光學檢測器被布置成將樣本光與參考光組合，以提供組合光信號，上述組合光信號包括樣本光與參考光之間的拍頻的一個或多個分量。感測裝置包括控制器，該控制器用于處理指示組合光信號的數據，以基于流經對象的腦組織的血流的一個或多個識別的脈沖的脈動波形的至少一個特性確定對象的顱內血壓指示。

3、各實施例可以使得能夠非侵入式地獲得顱內血壓(icp)。這種方法可能具有優勢，因為用于確定icp的替代方法可能極具侵入性，以至于其使用僅限于icp測量最必要的情況(因此值得承擔與侵入性icp測量相關聯的高風險)。

4、處理指示組合光信號的數據可以包括獲得指示流經對象的大腦的血流的一個或多個脈沖的血流數據。例如，這可以包括含有腦血流指數值的數據。腦血流指數值可以提供對象大腦的給定體積中血液運動速度的指示。控制器可以用于獲得指示流經對象的身體的腦外區域的血流的一個或多個脈沖的腦外血流數據。腦外血流數據可以包含腦外血流的一個或多個脈沖的血壓值。腦外血流數據可以包含腦外血流的一個或多個脈沖的血流指數值(并且控制器可以用于由此確定相應的腦外血壓值)。

5、控制器可以用于基于腦血流數據和腦外血流數據確定對象的顱內血壓指示?？刂破骺梢曰谀X血流數據與腦外血流數據之間的比較確定icp的指示。比較可以包括將腦血流數據與腦外血流數據對齊，以便流經對象的腦組織的血液的脈沖與流經對象身體的腦外區域的血流的相應脈沖對齊。對齊可以包括將每個腦血流脈沖與相應的腦外血流脈沖相關聯(例如，使得兩個脈沖對應于同一心跳周期(heartbeat?cycle)——即使由于這兩個脈沖在受試者身體的不同區域測量而略微異相)。比較兩個脈沖可以包括比較：(i)流經對象的腦組織的血流脈沖的脈動波形的一個或多個特性，以及(ii)流經對象身體的腦外區域的血流脈沖的脈動波形的一個或多個特性。

6、腦外血流數據可以包含流經對象身體的腦外區域的血流脈沖的血壓值的指示。例如，腦外血流可以是指對象身體的表層(例如，不太深的)區域，例如他們的頭皮(在他們的頭骨上方)。例如，腦外血流數據可以包括對象身體的腦外區域中的血壓的一系列值(例如，時間排序序列)。腦外血流數據可以提供每個血流脈沖的脈動波形的血壓值(例如，指示流經對象身體的腦外區域的血流的每個脈沖期間多個點的血壓值)?？刂破骺梢杂糜诨谝韵麓_定對象的顱內血壓指示：(i)流經對象的腦組織的血流的一個或多個識別的脈沖的脈動波形，以及(ii)流經對象身體的腦外區域的血流的一個或多個脈沖的血壓的相應脈動波形。

7、例如，控制器可以用于基于腦外血壓脈動波形期間給定點的腦外血壓值確定icp(例如，其中脈動波形期間的該給定點對應于腦血流的脈動波形期間的選定點，例如腦血流值的最小值)?？刂破骺梢杂糜诨趯ο蟮哪X組織中的血管的識別的臨界閉合壓力確定對象的顱內血壓指示。臨界閉合壓力可以包括對象的腦組織中的血管閉合時的壓力值。例如，控制器可以用于基于腦血流數據的變化(例如，腦血流值下降，例如降至零值或已知的最小值)檢測血管閉合?？刂破骺梢杂糜谧R別腦脈動波形期間血管閉合的點。控制器可以用于識別腦外壓力的脈動波形期間的對應點?？刂破骺梢杂糜诨谂c血管(并且血管因周圍的icp而閉合)相關的相應壓力確定icp。

8、控制器可以用于處理指示組合光信號的數據，以獲得流經對象的腦組織的血流的腦血流指數數據。流經對象的腦組織的血流的一個或多個識別的脈沖的脈動波形包括腦血流指數的脈動波形。例如，腦血流數據可以包括腦血流指數(cerebral?blood?flow?index，cbfi)的一系列值，例如腦血流指數值的時間排序系列。控制器可以用于基于與這些cbfi值相關聯的一個或多個特性確定icp。例如，特性可以涉及脈動波形的形狀，例如指示每個脈沖的形狀的特性。該特性可以包括以下中的至少一個的指示：最大值和/或最小值、最大值和最小值之間的差、值的平均值和/或方差、值的變化率等。

9、感測裝置可以用于使用inirs系統獲得腦外血流數據。inirs系統可以用于使用同一源-檢測器通道獲得腦外血流數據和腦血流數據。inirs系統可以用于獲得腦外血流指數數據?？刂破骺梢杂糜谔幚砟X外血流指數數據以獲得腦外血壓的值。光檢測布置可以用于耦合到對象的頭皮，以便檢測器獲得組合光信號，上述組合光信號包括：(i)與從對象的腦組織傳播的樣本光相關聯的拍頻的分量，以及(ii)與從對象的身體的腦外區域傳播的樣本光相關聯的拍頻的分量?？刂破骺梢杂糜趯⑴c對象的身體的腦外區域相關聯的數據和與對象的腦組織相關聯的數據分離(例如，將來自同一組合光信號的數據分離成兩個單獨的數據組：一個用于腦數據，一個用于腦外數據)。控制器可以用于基于樣本光的飛行時間分離數據。控制器可以用于基于分離的數據確定腦血流數據和腦外血流數據。

10、inirs系統可以包括多個光學檢測器。每個光學檢測器可以用于獲得對象的腦組織的腦血流數據?？刂破骺梢杂糜诨诙鄠€檢測器檢測到的流經對象的腦組織的血流的脈沖的脈動波形的特性，確定顱內血壓指示。該裝置可以用于基于與不同檢測器相關聯的組合光信號獲得對象的身體的不同腦外區域的腦外血流數據。檢測器可以被布置成在空間上分布在對象的頭皮周圍，以便不同檢測器檢測到的血流脈沖中的至少一些來自對象的腦組織的不同部分。inirs系統可以包括兩個源-檢測器通道：(i)用于獲得腦血流數據的腦源-檢測器通道，以及(ii)用于獲得腦外血流數據的腦外源-檢測器通道。感測裝置可以包括用于獲得腦外血流數據的腦外血流感測器。腦外血流感測器可以用于獲得腦外血流脈沖的壓力值。

11、控制器可以用于基于流經對象的腦組織的血流的一個或多個脈沖的舒張值與收縮值之間的差確定顱內血壓指示?？刂破骺梢杂糜诨诹鹘泴ο蟮哪X組織的血流脈沖的脈動指數確定顱內血壓指示。控制器可以用于基于以下之間的形狀差異確定對象的顱內血壓指示：(i)流經對象的腦組織的一個或多個血流脈沖，以及(ii)流經對象身體的腦外區域的一個或多個血流脈沖?？刂破骺梢杂糜诨谘髅}沖的舒張值確定對象的顱內血壓指示。inirs系統可以包括兩個或更多個光源，其中，光源中的第一光源用于提供通過高于血氧測定等吸收波長的多個波長的光的(例如，波長掃描)發射，并且其中，光源中的第二光源用于提供通過低于血氧測定等吸收波長的多個波長的光的(例如，波長掃描)發射。控制器可以用于基于從兩個光源中的每個光源接收的樣本光確定顱內血壓指示。

12、控制器可以用于基于組合光信號獲得飛行時間數據，其中，飛行時間數據包括數據表面，該數據表面包含從光源到達光學檢測器的樣本光的光子的飛行時間分布的時間排序系列。控制器可以用于基于數據表面的變化確定腦血流數據?？刂破骺梢杂糜诨谂c數據表面相關聯的衰減率確定腦血流數據?？刂破骺梢杂糜诨陲w行時間數據獲得對象的腦組織的一個或多個光學特性的指示。對象的腦組織的一個或多個光學特性可以包括散射系數和/或吸收系數?？刂破骺梢杂糜诨谝韵麓_定對象的腦組織的腦血流數據：(i)對象的腦組織的一個或多個光學特性，以及(ii)在光學檢測器接收的樣本光的強度變化。

13、在一方面，提供了一種非侵入式顱內壓感測的方法，該方法包括：操作光源以提供(例如，波長掃描)光的發射；通過以下從該光源遞送光：(i)樣本通道，并朝向對象的腦組織，以及(ii)參考通道；在干涉光學檢測器接收：(i)來自參考通道的參考光，以及(ii)來自對象的腦組織的樣本光，該樣本光包括從光源發射的光；在光學檢測器組合樣本光與參考光以提供組合光信號，上述組合光信號包括樣本光與參考光之間的拍頻的一個或多個分量；處理指示組合光信號的數據，以基于流經對象的腦組織的血流的一個或多個識別的脈沖的脈動波形的至少一個特性確定對象的顱內血壓指示。

14、在一方面，提供了一種非侵入式顱內壓感測裝置，包括干涉近紅外光譜inirs系統，該inirs系統包括：發光布置，包括：光源，用于提供相干光的(例如，波長掃描式)發射；樣本遞送通道，耦合到光源并且被布置成耦合到對象的頭皮，以將來自光源的光引導向對象的腦組織；以及參考通道，耦合到光源以用于接收來自光源的光；光檢測布置，用于耦合到對象的頭皮和發光布置，光檢測布置包括干涉光學檢測器，該干涉光學檢測器用于接收：(i)來自參考通道的參考光，以及(ii)來自對象的腦組織的樣本光，該樣本光包括從光源發射的光，其中，光學檢測器被布置成將樣本光與參考光組合，以提供組合光信號，上述組合光信號包括樣本光與參考光之間的拍頻的一個或多個分量；以及信號處理和轉換電路，耦合到檢測器并且用于從組合光信號產生組合光信號數據；其中，感測裝置包括控制器，該控制器用于：處理組合光信號數據以獲得飛行時間數據，飛行時間數據包括從光源到達光學檢測器的樣本光的光子的多個飛行時間分布；處理飛行時間數據以獲得對象的腦組織的一個或多個光學特性的指示；基于以下確定對象的腦組織的腦血流數據：(i)對象的腦組織的一個或多個光學特性，以及(ii)在光學檢測器處接收的樣本光的強度的變化，其中，腦血流數據包含流經對象的腦組織的血流的一個或多個脈沖的指示；以及基于流經對象的腦組織的血流的一個或多個脈沖的形狀確定對象的顱內血壓指示。

15、本公開的各方面包括一個或多個計算機程序產品，上述計算機程序產品包括計算機程序指令，上述計算機程序指令用于對處理器進行編程以控制干涉近紅外光譜系統的操作，例如控制發光布置和光檢測布置的操作，以執行本文公開的任何方法。

16、實施例可以提供用于對象的腦組織的神經成像和分析的inirs系統和方法。與上述fnirs技術相比，本公開的inirs系統和方法涉及一種用于執行神經成像和分析的完全不同的方法。實施例可以提供用于執行inirs神經成像和分析的改進方法。如本文所公開的，本公開的inirs系統包括兩個光源和一個或多個光檢測器。本公開的inirs系統還可以包括被布置成從一個或多個光檢測器接收輸出信號的控制器。

17、每個光源可以包括被布置成產生光(例如，近紅外光)的光產生元件(lightgenerating?element)。例如，每個光產生元件可以包括激光器。每個光源可以包括耦合到光產生元件的光學布置(optical?arrangement)。每個光源的光學布置可以用于將產生的光從光產生元件遞送到一個或多個不同位置中的每個位置。每個光源的光學布置可以被布置成將來自光產生元件的一些光向待采樣的區域引導。每個光源的光學布置可以被布置成將一些光引導到每個光檢測器。每個光源的光學布置可以包括多個光遞送通道。多個光遞送通道可以包括一個或多個樣本遞送通道和/或一個或多個參考遞送通道。每個光遞送通道可以包括光通道(optical?channel)，例如光纖(optical?fibre)。每個光遞送通道可以用于沿該通道的長度(例如，從光產生元件向對象的頭皮或光檢測器)傳輸光。每個光源的光學布置可以包括用于將光分路到不同遞送光通道中的每個通道的光分路器。

18、inirs系統可以被布置成使得當安裝在對象的頭部時(例如，用于提供該對象的腦組織的神經成像和分析)，每個光源的光學布置用于將一些光引導向對象的頭皮。例如，每個光源的光學布置可以包括樣本遞送通道(例如，可操作用于將樣本光引導向對象的頭皮)。inirs系統可以被布置成使得在使用時，每個光源的光學布置可以將一些光直接引導到光檢測器(例如，用于與來自對象的腦組織的樣本光組合)。例如，每個光源的光學布置可以包括參考遞送通道(例如，可操作用于將參考光引導到光檢測器中的一個或多個)。每個光源的光學布置可以用于將光從光產生元件遞送到每個光通道。每個光源的光學布置可以用于遞送：(i)到樣本光遞送通道的光(樣本光)，以及(ii)到參考遞送通道的光(參考光)。例如，每個光源的光學布置可以包括光分路器，該光分路器用于將從光產生元件接收的光分路到不同通道中的每個通道中。

19、inirs系統可以被布置成使得在使用中，當安裝在對象的腦組織上時，樣本光可以被(例如，通過樣本遞送通道)引導向對象的頭皮和腦組織，并且參考光可以(例如，通過參考遞送通道)被引導向每個光檢測器。每個光源可以被布置成提供波長掃描式光發射(例如，每個光源可以被布置成在選定的時間段內輸出多個不同波長中的每個波長的光)。例如，每個光源可以包括用于控制光產生元件的操作以輸出多個不同波長中的每個波長的光的調節元件。每個光源可以被布置成掃描該光源輸出的光的波長(例如，增加或減少波長)。每個光源可以被布置成提供啁啾式光發射(chirped?emission?of?light)，其中，每個啁啾(chirp)(或脈沖(pulse))包括一個波長掃描。每個光源可以被布置成輸出具有相同波長掃描的連續啁啾，例如，使得從光源輸出的光的波長根據重復模式變化。

20、每個光檢測器可以提供干涉光學檢測器。每個光檢測器可以包括光學布置。光檢測器的光學布置用于將待檢測的光(例如，從對象的頭皮)引導到光檢測器中。光檢測器的光學布置可以包括多個光接收通道。多個光接收通道可以包括一個或多個樣本光接收通道和/或一個或多個參考光接收通道。每個光接收通道可以包括光通道，例如光纖。

21、inirs系統可以被布置成使得當安裝在對象的頭部時(例如，用于提供該對象的腦組織的神經成像和分析)，光檢測器的光學布置用于接收從光源發射的光(例如，已經從光源穿過對象的腦組織)。例如，光檢測器的光學布置可以包括樣本接收通道(例如，可操作用于接收已經穿過對象的腦組織的來自每個光源的樣本光)。inirs系統可以被布置成使得在使用中，光檢測器的光學布置可以接收已經直接從光源傳播(例如，已經沿光通道傳播)的來自每個光源的光中的一些光。例如，光檢測器的光學布置可以包括參考接收通道(例如，可操作用于接收來自一個或多個光源的參考光)。每個光檢測器可以耦合到每個光源，使得光源的參考遞送通道耦合到光檢測器的參考接收通道(例如，使得參考光可以經由參考遞送通道和參考接收通道從光產生元件傳播到光檢測器)。

22、光檢測器的光學布置可以用于向光檢測器遞送：(i)來自樣本光接收通道的光(樣本光)，以及(ii)來自參考接收通道的光(參考光)。例如，在使用中，檢測器被布置成接收：(i)已經穿過對象的腦組織的來自每個光源的樣本光，以及(ii)已經沿一個或多個參考通道傳播到光檢測器的來自每個光源的參考光。

23、光檢測器可以被布置成將參考光與樣本光組合，以提供組合光信號。例如，光檢測器可以包括光組合器(例如，用于將參考接收通道上的光與樣本接收通道上的光組合)。組合光信號可以包括拍頻(例如，對應于樣本光與參考光之間的波長差的頻率)的多個分量。每個光檢測器用于將接收的組合光信號轉換成指示該組合光信號的一個或多個電信號。例如，檢測器可以包括一個或多個光電二極管。每個光電二極管可以輸出指示組合光信號的電信號(例如，電流)。檢測器可以包括平衡光電檢測器(例如，包括兩個光電二極管，上述兩個光電二極管可以異相180°，并且平衡光電檢測器的輸出可以是兩個光電二極管電流輸出的組合)。檢測器可以可選地包括電流到電壓轉換電路(current?to?voltage?conversioncircuitry)和/或用于放大電信號的一個或多個放大器。

24、inirs系統可以包括至少一個模數轉換器(analogue?to?digital?converter)，上述模數轉換器被布置成將表示樣本光的電信號(例如，組合光信號)轉換成一個或多個數字信號?？刂破鞅徊贾贸商幚頂底中盘栆源_定對象的腦組織的一個或多個特性?？刂破骺梢杂糜诖_定對象的腦組織的光學特性(例如，吸收和/或散射)?？刂破骺梢杂糜诖_定對象的腦組織的一個或多個動態特性(例如，對象的腦組織隨時間變化的特性)。例如，控制器可以用于檢測對象的腦組織內的運動的存在(例如，由于腦組織內的血液的運動，例如流動)。

25、控制器可以用于處理數字信號，以獲得從每個光源通過對象的腦組織傳播到光檢測器的樣本光的光子的飛行時間信息。控制器可以用于識別與樣本光光子的不同飛行時間相關聯的穿透深度(以及可選地，光子穿過腦組織的預期軌跡)?？刂破骺梢杂糜讷@得到達每個光檢測器的樣本光光子的飛行時間分布的時間排序序列。控制器可以用于處理時間排序序列以識別飛行時間分布隨時間的變化，例如識別成功飛行時間分布之間的衰減和/或衰減率?？刂破骺梢杂糜诶?，通過過濾飛行時間數據以僅關注選定的飛行時間范圍內的光子(例如，以識別與該飛行時間范圍相關聯的(一個或多個)穿透深度的腦組織的光學特性的變化)來提供深度分辨處理。控制器可以用于處理從光檢測器接收的數據，以提供對象的腦組織的深度分辨自相關的飛行時間信息。

26、控制器可以用于處理指示在光檢測器接收的樣本光的接收數據，并且基于該接收數據輸出控制信號。控制信號可以提供飛行時間分布的指示(例如，控制器可以用于輸出飛行時間分布)?？刂菩盘柨梢蕴峁┗陲w行時間分布確定的一個或多個特性，例如腦組織的光學特性(例如，散射系數和/或吸收系數，和/或這些光學特性已經如何變化/正在如何變化)的指示?？刂菩盘柨梢蕴峁ο蟮哪X組織內的血流的指示?？刂菩盘柨梢蕴峁ο蟮哪X組織的一個或多個特性的深度分辨指示(例如，與對象的腦組織內的特定區域有關，例如在選定的穿透深度范圍)。控制信號可以包括對象的腦組織的一個或多個特性，例如顱內壓、血流指數、動脈彈性、腦氧代謝率的指示。醫學特性可以與對象的腦組織內的特定區域/深度相關聯?？刂菩盘柨梢园X機接口的驅動命令(actuation?command)，例如，以基于該驅動命令控制設備的操作?？刂菩盘柨梢园ㄓ糜陲@示的圖像，其中，該圖像表示(基于接收的樣本光確定的)對象的腦組織的一部分。