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单光子计数相机PF32做漫反射相关光谱(DCS)的实时测量

发布时间:2022-10-26阅读次数:38次

漫反射相关光谱(DCS)是一种多样化、非侵入性的技术,用于测量脑组织中的皮质血流量,进行脑损伤的诊断和评估。在漫反射相关光谱(DCS)测量时,使用激光对组织进行照射,这样研究人员和临床医生就能够对血细胞的强度波动进行测量。其中一些光也会穿过颅骨进入大脑,在那里它被红细胞和组织进行散射,然后从组织表面散射出来。该技术通过监测返回光的强度,计算其自相关(g(2))并将其拟合到相关扩散模型[1]来测量这种细胞活性的规模。虽然它对微小位移的灵敏性带来了许多独特的优势,但传统的DCS系统在试图深入组织时会受到光子的限制,这导致测量窗口较长(约1秒)[2]。

由于收集的光子数量较少,单光子探测器使研究人员能够更深入地观察组织,同时减少测量时间。许多Photon Force的使用者一直在使用单光子计数相机进行DCS测量,从而提高采集效率和速度。

使用单光子计数相机PF32进行DCS测量的一种方法,是以非常高的帧速率获取光子计数数据,以便测量发生在大脑内的快速去相关时间。处理如此大量的数据可能会带来其他挑战,从而无法完全实现实时测量。虽然这在某些情况下是可以接受的,但Photon Force的客户Facebook Reality Labs需要实时测量反馈。为此Photon Force对单光子计数相机PF32进行了数据内处理的开发,从而可以直接输出g(2)数据,最终实现了实时测量数据的反馈。

在下面的原理图中,展示了如何使用Photon Force的单光子计数相机PF32进行DCS测量。

从左上角开始:将长相干长度的激光耦合到光纤中。该光纤的输出端与头部接触。光穿过组织和颅骨,进入大脑。散射出来的光信号并被另一根光纤收集(输入和输出光纤之间的距离越大,光子在收集之前渗透到脑组织中的深度就越深)。将输出光纤放置在距传感器的适当距离处以观察斑点图案,并以>300kfps的高速率记录帧以观察图案的快速变化。数据可以直接读出到PC进行后处理,或者使用Photon Force的硬件加速,实现动态计算g(2)相关数据。

文献参考:

[1]https://www.med.upenn.edu/brainstimcenter/diffuse-correlation-spectroscopy-dcs.html

[2]“Fast and sensitive diffuse correlation spectroscopy with highly parallelized single photon detection”, W.Liu et al. APL Photonics 6, 026106 (2021)

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