近期，来自德国联邦物理技术研究院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt）的科学家杨林博士为清华师生带来了题为“功能近红外光谱（fNIRS）脑成像与脑机接口的背景与展望——从连续波到时域单光子计数（From CW to TCSPC: Background and Prospect of unctional Near Infrared Spectroscopy on Brain Imaging and BCI ）”的学术讲座，讲座由生物医学工程学院执行院长王广志教授主持，多位教师、学生参与了此次讲座。杨林博士在讲座上系统介绍了fNIRS的基础理论、实现技术，并且探讨了现有应用与下一代技术展望。

杨林博士（左）、王广志教授（右）

功能近红外光谱是一种无创、便携、多功能的脑成像技术，能够弥补磁共振、超声等模态的不足，近年来在神经成像、脑诊断及脑机接口研究中备受关注。fNIRS通过在近红外波段内使用两种或以上的光波长来探测脑部组织，分析氧合血红蛋白和去氧血红蛋白浓度的相对变化，进而揭示神经活动。

在技术实现方面，杨林博士比较了fNIRS技术的连续波（CW）和时域相关单光子计数（time correlated single photon counting，TCSPC）等实现方式。CW技术因其稳定性与成本优势成为主流，但在成像深度方面存在一定局限，而TCSPC则是通过时间窗口的合理划分，能够更深层脑部的高分辨率信息。通过TCSPC，fNIRS可以更精准探测深部脑区活动，使其在脑外伤检测、脑血氧监测和麻醉深度监测方面展现出较大应用潜力。

接着，杨林博士介绍了fNIRS现有的相关设备研发进展。其中Meta研发Spotlight，和Kernel研发的Flow具有模块化、集成化、轻量化的特点，因此其能够方便快捷地获取完整的大脑皮层活动，进一步应用于神经科学研究与脑机接口领域。未来展望方面，杨林博士突出强调了时域信号在下降沿的响应对于成像信号的影响，下降沿越陡峭、散射信号的干扰越小、成像深度也就越深，在医疗健康领域的应用也就越广泛。

杨林博士作学术讲座

在互动环节中，各位老师与杨林博士首先深入讨论了Spotlight的技术实现细节，包括模块设计、发射脉冲宽度、功率等，虽然其便携、轻量化，其信号的检测原理仍基于连续波，具有连续波检测固有的缺陷，这一点在后续介绍的Kernel公司的时域设备Flow上得到了解决。最后，杨林博士介绍了标准化工作的流程，主要是使用PDMS（Polydimethylsiloxane）制作仿体，而仿体内部具有不同光学孔径，使用不同的设备在该仿体中进行测试、对比以制定标准。

通过本次讲座，各位老师和同学们对功能近红外光谱成像技术的基础、技术实现及其在脑科学、脑机接口研究中的广泛应用有了深刻认识，为未来的研究和技术创新提供了重要启示。

讲座现场

讲座海报