神经光子学中心ninjaNIRS

在我们公司神经光子学中心，我们正在开发一种可穿戴的模块化fNIRS系统，称为ninjaNIRS。在我们目前的阶段，我们有一个原型版本的设备（ninjaNIRS 2020），可兼容多达24个双光电二极管（源和检测器合一）。我们还开发了3D打印解决方案，用于封装光电二极管和控制单元，以及将光电二极管固定在每个实验所需的位置。由于这是一个开放项目，硬件和机械图纸的原理图可以直接从该页面下载。

 

控制单元

双光电二极管

忍者帽

加速计

远程触发板

忍者图形用户界面

配件

性能测试

其他部件

控制单元

 

ninjaNIRS系统由两个主要部件组成：光电二极管和控制单元。该系统设计为模块化，能够根据用户需求使用可变数量的光电二极管。最新发布的ninjaNIRS（2020）可兼容多达24个双光电二极管。在未来的版本中，用户将能够互连多个控制单元，以实现更多的光电二极管和通道。控制单元基于FPGA，还配备了Arduino Teensy以实现支持功能。

 

控制单元示意图：Zip、PDF

 

接线板示意图：Zip、PDF

 

转接板示意图：Zip、PDF

 

控制单元固件

 

控制单元编程指南

 

控制单元外壳（RevAf）

 

该控制单元外壳（用于BZB-CUENC-SA型控制单元）设计为3D打印。我们提供完整组件（SolidWorks 2020）的下载链接，以及外壳组件的STEP和STL版本，以便于移植。我们已经成功地将这些零件印刷在SLS尼龙上。所需分辨率约为0.25 mm。

 

SolidWorks 2020组件下载

 

STEP模型下载

 

STL模型下载

 

控制单元装配文件

 

PCB材料清单

 

双光电二极管

 

当前版本的ninjaNIRS系统（2020）使用双光电二极管（每个光电二极管上的光源和检测器）。这些光电二极管可以配置为光源、检测器或短间隔。每个双光电二极管配备有FPGA，用于预处理发送到控制单元的信息。这些光电二极管中使用的检测器技术是PIN光电二极管（Vishay VEMD5060X01），光源是730和850 nm的双LED（Marubeni SMT730D/850D）。双光电二极管固定在定制的3D打印外壳中，带有两个定制的光管（一个用于将光传入，另一个用于传输光传出）。在这个外壳中，探测器配备了一个红外凝胶过滤器，以减少到达它的可见光量。

 

双光电二极管PCB 1示意图：Zip，PDF

 

该PCB形成控制单元和包含源和探测器元件的主光电板之间的接口。该板还包含主光电板上双色红外LED的电压调节器和滤波电路。带有I2C驱动器强度控制的RGB指示灯LED和6轴IMU（Bosch BMI160）也出现在该板上，但固件尚不支持这些组件的功能。

 

双光电二极管PCB 2示意图：Zip，PDF

 

该PCB包含双色红外LED和光电二极管，用作发射和检测元件，以捕获NinjaNIRS 2020系统的fNIRS测量值。这些组件由位于PCB互连旁边的LED和光电二极管对面的ADC和FPGA控制。

 

 

双光电二极管外壳（RevAE）

该外壳用于保护光电器件，并允许它们与ninjaCap一起安装在头部。它还包括光管，用于将光从头皮传输到PCB。它被设计为3D打印。我们已经成功地将这些零件印刷在SLS尼龙上。所需分辨率约为0.25 mm。

 

SolidWorks 2020版本下载

 

STEP版本下载

 

STL版本下载

 

光电二极管组装文件

 

忍者帽

ninjaCap是程序生成的3D打印帽。我们AtlasViewer软件的用户可以使用他们的探头设计（SD文件）生成头部探头位置的计算机模型。之后，我们的ninjaCap软件创建了几个可打印的面板，然后将这些面板缝合在一起以构建帽子。

 

 

 

加速计

 

ninjaNIRS 2020与一个外部加速计兼容。加速计外壳适合ninjaCap光电管支架。

 

加速计和远程接收器PCB示意图

 

加速计示意图：Zip，PDF

 

控制单元的Arduino固件（加速计和远程触发板支持）

 

加速计外壳

远程触发板

该板用于向ninjaNIRS单元无线发送TTL触发器。

 

远程触发示意图

 

忍者图形用户界面

 

ninjaGUI是一个基于Matlab的图形用户界面，设计用于我们的ninjaNIRS设备。代码是开放的，可以在.指示