许多研究已经证明了fNIRS在自然环境中使用商业或定制可穿戴系统的潜在用途，这些系统能够将血流动力学神经监测数据无线传输到外部设备[1]，[2]，[4]，[20]，[21]，[22]，[23]。artiis[24]等公司销售无线全脑可穿戴fNIRS帽系统，Von l hmann等[25]、[26]和Zimmerman等[27](“NinjaNIRS”)等研究小组甚至将其无线fNIRS硬件设计开源。不幸的是，大型组件外壳和暴露的电缆接口子组件(源或检测器探针，数据采集电路和广播微控制器)经常使这种设计在自然条件下使用时容易损坏[1]，[4]，[11]，[28]，[29]，[30]，[31]。最近，OBELAB和Newman Brain等公司设计了完全集成的便携式头戴式系统，将所有系统子组件(外壳、电缆和电子设备)完全封装在类似虚拟现实(VR)设备的头戴式设备中。这样的系统提供了多种优势:对实验设置的熟练专家的依赖性较低，对损坏的敏感性降低，以及易于使用的配套软件。不幸的是，没有完全集成的开源系统可供fNIRS研究社区使用。此外，现有的全集成系统也面临着重量较大的问题(OBELAB NIRSIT- lite: 190 g [32]， OBELAB NIRSIT: 550 g [33]， NewmanBrain, 290 g[34])，这使得它们在长时间使用时不舒服。

在这篇论文中，我们描述了一个可扩展的低成本，轻量级，无线单通道fNIRS头带平台的原型，该平台易于组装和用于自然条件下的神经成像研究。我们设计了单通道fNIRS硬件和配套的数据收集软件(适用于Android手机和Windows/Mac电脑)，组装成本约为215美元。该系统除了可以采集近红外光谱信号外，还可以减少运动产生的伪影和其他表面信号[10]，[11]，[13]。我们演示了在各种fNIRS操作中使用该技术产生可靠的结果，包括屏住呼吸测试，该测试已知可调节皮质血流动力学，通常用于验证fNIRS系统。

2. 硬件描述
本手稿的技术目标是为完全集成的fNIRS头带奠定基础，该头带1)易于研究人员组装，2)易于研究对象在家中使用，3)大多数用户负担得起。为了实现第一个目标，在设计过程中采用了易于组装和未来可扩展性作为指导原则。其次，考虑了家庭环境可用性的预期要求，例如儿童友好性和对机械磨损的耐受力，通过使用缓冲和最大限度地使用柔软和适形材料。

完整的硬件系统由多个子组件组成:用于fNIRS源和探测器的光电组件，用于数据采集和无线广播的控制电子设备，以及轻量级保形外壳。

根据光学特性、外形因素和实现近红外光谱信号所需的成本来选择电光元件。根据氧血红蛋白和脱氧血红蛋白在光谱交叉点(“等脂点”)两侧的吸收光谱，选择了由740 nm和850 nm光组成的LED对作为我们系统的光源。所选近红外波长led的输出辐射强度不超过3mw，低于IEC(国际电工委员会)60825-1建议限值，假设面积> 2mm2。这两种led的光谱带宽也相对较窄，峰值发射波长为740 nm和850 nm，在其峰值强度的20%时，像差约为±30 nm。对于探测器，选择了一个硅光电二极管，其光谱灵敏度带宽包含感兴趣的波长。在室温下，光电二极管的暗电流规定为2na。电压跟随电路和电流-电压转换电路分别用于激活led和读取从光电二极管检测到的信号。这两种电路都可以选择使用低功耗，低噪声的跨阻运放，例如德州仪器的运放(OPA2380或OP2377)。

该系统的控制电子设备设计为模块化，易于fNIRS社区的任何成员进行扩展。不幸的是，并不是这个社区的所有成员都具备必要的硬件工程专业知识，以使fNIRS技术适应他们独特的实验要求。因此，采用了分而治之的设计方法:选择德州仪器   www.win-sensor.site  的三个超低功耗微控制器来控制