入耳CT扫描光路设计

医疗健康专科门户案例ID：234216

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3 年经验· 收敛科技

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案例介绍

项目描述：本项目旨在探索通过入耳式设备进行无创脑功能监测（如fNIRS）的技术可行性。核心任务是利用Zemax OpticStudio对近红外光在复杂头部生物组织中的传播路径进行仿真，以优化光学传感器的设计，并评估信号捕获的可行性。
我的职责与行动：
非序列头部建模：在 Zemax OpticStudio的非序列模式下，我构建了一个精细的多层头部几何模型，该模型包括耳道、颅骨、脑脊液以及大脑皮层等关键结构。这是一个关键步骤，为光线在复杂介质中的追迹奠定了基础。
生物组织光学属性定义：我为模型的每一层生物组织（如皮肤、骨骼、脑组织）定义了精确的光学属性。这包括设置其在近红外波段下的体积吸收系数、散射系数，并应用Henyey-Greenstein模型来模拟光子在组织内部的高度各向异性散射行为。
光路追迹与信号分析：我配置了LED光源和探测器对象，并执行了大规模光线追迹。重点分析了光子穿透颅骨后，与大脑皮层组织相互作用并最终返回到探测器的“有效光路”。我特别关注如何区分深层脑组织信号与表层头皮血流的干扰信号（short-path photons）。
设计优化与自动化：为了找到最佳的信号接收方案，我系统性地调整了光源与探测器之间的距离和角度。我利用 ZPL (Zemax编程语言) 编写宏，或通过 Python的ZOS-API接口，实现了对这些参数的自动化扫描和结果分析，极大地提升了优化迭代的效率。
项目成果：
通过仿真成功验证了在特定源-探距离下，捕获到有效大脑皮层信号的理论可行性。
确定了一个优化的源-探布局方案，该方案可将深层组织信号在总接收信号中的占比提升约35%，为硬件设计提供了关键指导。
输出的仿真数据（光通量、光程分布等）为后续的信号处理和图像重建算法开发提供了重要的前期输入。