近紅外腦成像儀是一種新型的無創腦功能成像技術，它通過檢測大腦活動時血液成分的變化來反映神經活動情況。其工作原理基于近紅外光與人體組織的相互作用，以及神經血管耦合現象。
一、近紅外光與人體組織的相互作用
利用近紅外光（波長范圍一般在600 - 900nm）的特性來工作。在這個波段內，近紅外光具有較強的組織穿透能力，且人體組織對其吸收較少，散射較強。特別是血液中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對近紅外光的吸收特性存在差異：氧合血紅蛋白在850nm左右的吸收較強，而脫氧血紅蛋白在750nm左右的吸收較強。當近紅外光照射到大腦組織時，光子會經歷多次散射，并最終被檢測器接收。通過測量光的強度變化，可以推斷出大腦組織中血紅蛋白濃度的變化。
二、神經血管耦合現象
大腦的神經活動需要能量供應，而能量主要來源于血液中的葡萄糖和氧氣。當大腦某區域的神經元活動增強時，局部血流會增加，以提供更多的氧氣和營養物質，這種現象稱為神經血管耦合。在這一過程中，局部腦血流量和腦血容量增加，氧合血紅蛋白濃度上升，而脫氧血紅蛋白濃度相對下降。近紅外腦成像儀正是通過監測這些血紅蛋白濃度的變化來間接反映大腦的神經活動。
三、設備的組成與工作流程
主要由光源、光纖探頭和檢測器組成。光源發出特定波長的近紅外光，通過光纖探頭照射到受試者的頭皮上。光經過大腦組織后，被散射并部分吸收，最終由檢測器接收。設備會根據接收到的光信號，利用比爾 - 朗伯定律等原理，計算出血紅蛋白濃度的變化。這些變化數據會被進一步處理和分析，最終以二維或三維圖像的形式呈現出來，從而直觀地顯示大腦不同區域的活動情況。
四、優勢與應用
具有諸多優勢，使其在多個領域得到廣泛應用。它是一種無創技術，對受試者無傷害，且對運動偽跡的容忍度較高，可在自然情境下使用，適合于嬰幼兒、兒童以及需要在動態環境中進行監測的研究。此外，該設備相對便攜，操作簡單，成本較低。因此，它被廣泛應用于認知神經科學、心理學、臨床醫學等領域，用于研究大腦功能、評估認知障礙、輔助診斷精神疾病等。
近紅外腦成像儀通過巧妙地利用近紅外光的特性以及神經血管耦合現象，實現了對大腦神經活動的無創監測，為腦科學研究和臨床應用提供了一種有力的工具。
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