磁共振环境近红外脑成像系统NIRxBorealis

磁共振环境近红外脑成像系统NIRxBorealis

NIRxBorealis 是由德国 NIRx Medical Technologies, LLC 研发生产的一款专为磁共振环境设计的近红外脑功能成像(fNIRS)系统。NIRx 总部位于柏林，是近红外脑功能神经成像集成解决方案的全球引导者，长期以来致力于 fNIRS 领域的研发，产品系列从 DYNOT 演变到 NIRScout、NIRSport、NIRSport2.体积越来越小，通道数越来越高，并逐渐完善了 NIRStar、NIRStim、nirsLAB 等商业化软件。NIRxBorealis 将 NIRSport2 与基于光纤的激光刺激和雪崩光电二极管(APD)探测器相结合，支持同步进行 fMRI 和 fNIRS 记录，以及后续的联合分析。

该产品的核心价值在于实现 fMRI 与 fNIRS 的多模态同步成像。与 fMRI 基于脱氧血红蛋白的信号不同，fNIRS 可分别测量脱氧血红蛋白(Deoxy-Hb)和氧合血红蛋白(Oxy-Hb)，这提供了关于血流动力学的进一步信息，并能提高 fMRI 信号质量。fNIRS 利用两种波长(通常为 760nm 和 850nm)的近红外光与脑组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白之间的吸收和散射关系，观察特定状态下脑皮层组织中血红蛋白的相对浓度变化曲线，进而间接反映大脑功能活动。结合 fNIRS-fMRI 的多模态成像研究可以评估全身行为(通过 fNIRS)与类似静态设计(通过 fMRI)之间的一致性，从而将研究扩展到更具生态效度和真实世界的环境中。

在技术性能方面，NIRxBorealis 采用时分复用、扫描的方式，在大型组织结构上执行高采样率(数赫兹)的双波长连续波 fNIRS。使用大功率激光源和超灵敏雪崩光电二极管探测器，可实现约 4 厘米的漫透射测量，使其适用于扩展记录深度的光学断层成像。与传统的 fMRI 相比，fNIRS 采用的光学方法可以区分由于血容量或血氧变化引起的脱氧血红蛋白水平间的变化，同时光学方法考虑到了由于患者接近和患者头部运动受限，使其他功能性成像方式非常不实际或不可行的实验范式。

在系统设计与兼容性方面，NIRxBorealis 的滑动式机架外壳与 NIRSport2 设备耦合，简化了安装过程。光源和探测器组件以模块化电子卡的形式实现，可扩展用于更高密度的记录。该设备具有八个并行光电隔离数字输入通道，用于采集事件触发信号。系统通过高度用户友好的 Aurora fNIRS 软件进行操作，并通过 USB 连接。该研究平台使用专有的超快速设置序列和信号优化流程。NIRx 还与 Brain Innovation 合作开发了一款分析软件 Satori，用于专业的 fMRI 分析。

该产品主要应用于认知神经科学、临床医学、心理学、神经康复等研究领域。fNIRS 与 fMRI 的结合为研究神经血管耦合机制提供了有力工具——利用 fNIRS 测量的血流动力学变化与 fMRI 测量的 BOLD 信号结合，可研究神经血管耦合机制;结合 fNIRS 的空间分辨率和 fMRI 的时间分辨率，可提供更全的大脑功能和结构信息。在临床方面，该技术可用于脑卒中康复评估、精神疾病诊断研究、新生儿脑发育监测等。NIRx 系统支持多模态联用，可与 fMRI、TMS、EEG 等联合使用，满足各种应用场景。系统还兼容 Eprime、MatLab、Presentation 等多种刺激呈现编译软件，为科研人员提供了灵活的实验设计平台。

核心成像与探测技术

系统架构：基于 NIRSport2 平台，结合光纤导光器与磁共振兼容设计

工作模式：时分复用、扫描方式的双波长连续波 fNIRS

光源与探测器：采用大功率激光源作为刺激端，配备超灵敏雪崩光电二极管(APD)探测器

测量深度：支持约 4 厘米的漫透射测量，适用于扩展记录深度的光学断层成像

信号采集与同步功能

采样率：支持数赫兹(Hz)的高采样率记录

信号优化：搭载专有的超快速设置序列与信号优化流程，确保数据质量

触发接口：配备 8 个并行光电隔离数字输入通道，用于准确采集事件触发信号

连接方式：通过标准 USB 接口与上位机连接

硬件设计与操作软件

安装结构：采用滑动式机架外壳与 NIRSport2 设备耦合，简化在磁共振环境下的安装流程

模块化扩展：光源和探测器组件以模块化电子卡形式实现，支持更高密度的记录扩展

采集软件：Aurora fNIRS(提供直观的实验配置与信号监控)

分析支持：兼容 Satori 软件，支持专业的 fNIRS 与 fMRI 联合分析

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