近红外脑成像仪是一种新型的无创脑功能成像技术，它通过检测大脑活动时血液成分的变化来反映神经活动情况。其工作原理基于近红外光与人体组织的相互作用，以及神经血管耦合现象。
一、近红外光与人体组织的相互作用
利用近红外光（波长范围一般在600 - 900nm）的特性来工作。在这个波段内，近红外光具有较强的组织穿透能力，且人体组织对其吸收较少，散射较强。特别是血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外光的吸收特性存在差异：氧合血红蛋白在850nm左右的吸收较强，而脱氧血红蛋白在750nm左右的吸收较强。当近红外光照射到大脑组织时，光子会经历多次散射，并最终被检测器接收。通过测量光的强度变化，可以推断出大脑组织中血红蛋白浓度的变化。
二、神经血管耦合现象
大脑的神经活动需要能量供应，而能量主要来源于血液中的葡萄糖和氧气。当大脑某区域的神经元活动增强时，局部血流会增加，以提供更多的氧气和营养物质，这种现象称为神经血管耦合。在这一过程中，局部脑血流量和脑血容量增加，氧合血红蛋白浓度上升，而脱氧血红蛋白浓度相对下降。近红外脑成像仪正是通过监测这些血红蛋白浓度的变化来间接反映大脑的神经活动。
三、设备的组成与工作流程
主要由光源、光纤探头和检测器组成。光源发出特定波长的近红外光，通过光纤探头照射到受试者的头皮上。光经过大脑组织后，被散射并部分吸收，最终由检测器接收。设备会根据接收到的光信号，利用比尔 - 朗伯定律等原理，计算出血红蛋白浓度的变化。这些变化数据会被进一步处理和分析，最终以二维或三维图像的形式呈现出来，从而直观地显示大脑不同区域的活动情况。
四、优势与应用
具有诸多优势，使其在多个领域得到广泛应用。它是一种无创技术，对受试者无伤害，且对运动伪迹的容忍度较高，可在自然情境下使用，适合于婴幼儿、儿童以及需要在动态环境中进行监测的研究。此外，该设备相对便携，操作简单，成本较低。因此，它被广泛应用于认知神经科学、心理学、临床医学等领域，用于研究大脑功能、评估认知障碍、辅助诊断精神疾病等。
近红外脑成像仪通过巧妙地利用近红外光的特性以及神经血管耦合现象，实现了对大脑神经活动的无创监测，为脑科学研究和临床应用提供了一种有力的工具。
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