近红外脑功能DOT成像双网格半三维算法_刘明
近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用
近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用在当今的科学研究领域，对于大脑功能的探索一直是备受关注的焦点。
随着技术的不断进步，近红外光谱成像技术（NearInfrared Spectroscopy Imaging，NIRS）逐渐崭露头角，为脑功能研究带来了新的契机。
近红外光谱成像技术是一种非侵入性的光学神经成像方法，它基于脑组织对近红外光的吸收和散射特性来测量脑内氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）浓度的变化，从而反映大脑的神经活动。
这种技术具有许多独特的优势，使其在脑功能研究中得到了广泛的应用。
首先，近红外光谱成像技术具有出色的便携性和易用性。
与其他脑成像技术如功能性磁共振成像（fMRI）相比，NIRS 设备相对小巧轻便，操作简便，对实验环境的要求较低。
这使得它能够在更广泛的场景中应用，例如在自然情境下对儿童、老年人或特殊人群进行研究，甚至可以实现移动测量，为研究大脑在真实生活中的功能提供了可能。
其次，NIRS 对运动的容忍度较高。
在 fMRI 等技术中，被试者需要保持头部完全静止，而轻微的运动就可能导致数据质量下降甚至无法使用。
但 NIRS 能够在一定程度上容忍被试者的头部和身体运动，这对于研究涉及运动的认知任务或难以长时间保持静止的人群（如患有多动症的儿童）具有重要意义。
在脑功能研究的具体应用方面，NIRS 在认知神经科学领域发挥了重要作用。
例如，在注意力研究中，通过监测大脑前额叶区域的血红蛋白浓度变化，可以了解个体在不同注意力任务中的神经活动模式，进而揭示注意力的分配和调控机制。
在语言处理研究中，NIRS 可以帮助研究者探索大脑在语言理解、生成和表达等过程中的激活区域和时间进程，为语言障碍的诊断和治疗提供依据。
此外，NIRS 在发展心理学研究中也具有很大的潜力。
通过对儿童大脑发育过程的长期跟踪监测，可以揭示大脑功能的发展轨迹和关键时期，为早期教育和干预提供科学指导。
例如，研究发现儿童在执行某些认知任务时大脑的激活模式会随着年龄的增长而发生变化，这有助于我们理解儿童认知能力的发展机制。
近红外光谱脑功能成像技术原理及价值探讨
近红外光谱脑功能成像技术原理及价值探讨近红外光谱脑功能成像技术（fNIRS）是一种用于监测和研究大脑活动的非侵入性方法。
它利用近红外光对血红蛋白和氧合血红蛋白的吸收特性进行测量，从而实现对大脑血氧水平变化的监测，进而推断大脑活动。
本文将探讨fNIRS技术的原理、应用领域和潜在价值。
fNIRS技术的原理是基于光的散射和吸收。
当激光器发出的近红外光通过头皮、颅骨和脑组织后，一部分光将被散射回来，而另一部分光则会被脑内的血红蛋白和氧合血红蛋白吸收。
通过测量散射光和吸收光之间的差异，可以推断出血红蛋白和氧合血红蛋白的浓度，进而得知大脑的血氧水平变化。
作为一种非侵入性技术，fNIRS具有许多优势。
首先，它可以在自然环境中进行实验，不需要特殊的实验室条件。
其次，fNIRS设备相对便携，可以实施移动性和实时性的监测，使得研究者能够更好地研究人类行为和认知过程。
此外，fNIRS对光线的吸收能力使得其能够穿透头皮和颅骨，直接观察到脑组织的活动，提供了一种新的研究大脑活动的方式。
fNIRS技术在许多领域中有着广泛的应用。
在神经科学领域，研究者利用fNIRS技术可以探索大脑在执行各种认知任务时的活动模式，如记忆、学习和语言。
此外，fNIRS还可以用于研究神经发育障碍、脑损伤和神经精神疾病等疾病的诊断和治疗。
在运动科学领域，fNIRS可以被用于研究肌肉疲劳、运动控制和协调等方面。
此外，fNIRS还有着广泛的应用前景，如心理学、教育学、人机交互等。
fNIRS技术的应用价值不仅体现在研究领域，还可以辅助临床医学和生物工程的发展。
在临床医学方面，fNIRS技术可以用于监测脑功能，帮助精神疾病和神经科学疾病的诊断和治疗。
例如，在中风后的康复过程中，fNIRS可以提供及时有效的脑功能监测，辅助康复治疗的指导。
在生物工程领域，fNIRS技术可以与其他成像技术相结合，如功能性磁共振成像（fMRI）和电生理学，从而提供更全面准确的大脑活动监测和分析。
脑功能成像原理和技术
脑功能成像原理和技术翁旭初贾富仓（中国科学院心理研究所脑高级功能研究实验室，北京100101）目录引言第一节 常用脑功能成像技术简介1.1测量脑内化合物技术1.2测量脑局部代谢和血流变化的技术1.3测量脑内神经元活动的技术第二节 功能磁共振成像原理与技术2.1物理原理和成像技术2.2实验设计2.3数据处理第三节研究实例问题与展望参考文献引言20世纪70年代以来，相继诞生了各种无创伤或创伤性较小的测量活体人脑结构和功能的技术，其中大多数能把测量的结果用通过图像形式显示出来,这些技术统称为脑成像技术。
脑成像技术总体上可分为两大类。
一类主要用于脑结构静态特征的测量，如已在临床普遍应用的计算机辅助X线断层显像(CT, computerized tomography)和磁共振成像(MRI, magnetic resonance imaging)技术，两者均可显示正常头颅和脑组织的结构以及病变的直接或间接特征。
脑结构成像技术不但在临床实践中得到了广泛应用，而且可以借助该技术研究脑结构损伤和认知功能缺陷之间的的关系，为理解认知功能的脑结构基础提供了重要的研究手段。
但不管这些技术如何发展，本质上只能提供脑结构的静态信息，应用于认知神经科学研究有一定局限性。
另一类脑成像技术就是最近受到认知神经科学家普遍重视的脑功能成像技术。
与脑结构成像不同的是，这些技术可以动态地检测知体脑的生理活动，对当代认知神经科学的发展产生了深刻而巨大的影响。
脑功能成像技术发展非常迅速，迄今进入实用阶段的已有十几种。
根据所测量的内容，可以把脑功能成像技术分为三大类。
第一类是各种活体脑内化合物测量技术，这些技术也可看作特殊的神经化学研究技术，它们可定位、定量（或半定量）地测量活体人脑内各种生物分子的分布和代谢；第二类是非侵入性电生理技术，可实时测量活体脑内神经元的活动，但现有的技术只能测量大群神经元的总体活动，空间分辨率有限；第三类脑功能成像技术则通过测量神经元活动引起的次级反应（如局部葡萄糖代谢和血流、血氧变化等）研究与行为相关性的脑局部神经元的活动情况，这类技术的时间和空间分辨率已能在一定程序上满足认知神经科学研究的需要，受到了普遍的关注，这些技术也正是本章将要重点介绍的内容。
近红外脑功能检查报告怎么看
近红外脑功能检查报告怎么看近红外脑功能检查是一种通过近红外光谱技术来观察和评估脑功能的检查方法。
近红外光谱可以测量脑部组织中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，从而反映出脑血流和脑氧合水平的变化。
本文将介绍如何正确解读近红外脑功能检查报告。
一、报告基本信息在查看近红外脑功能检查报告之前，首先需要了解报告中包含的基本信息。
这些信息通常包括检查日期、患者姓名、年龄、性别等，确保对报告进行正确的归属和分析。
二、检查结果1. 时间变化曲线近红外脑功能检查报告通常以时间变化曲线的形式呈现。
这些曲线代表了在特定时间段内，脑部血流量和氧合水平的变化情况。
正常情况下，曲线应该呈现出相对稳定的状态。
异常的曲线变化可能会显示出脑血流受到了某种影响。
2. 参数分析近红外脑功能检查报告还会提供一些具体的参数数值，用于对脑功能进行评估。
这些参数可能包括平均血流量、氧饱和度、总血红蛋白浓度等。
对于这些参数的分析，需要结合医生的指导进行综合判断，以了解患者的脑功能是否正常。
三、结果解读在解读近红外脑功能检查报告时，需要注意以下几个方面：1. 对比基线多数情况下，近红外脑功能检查是与基线进行对比的。
基线通常是指患者在正常状态下的脑功能情况。
通过对比基线，可以更准确地判断患者脑功能的变化情况。
2. 异常结果如果近红外脑功能检查显示出异常结果，需要与其他临床检查结果进行综合分析。
可能是因为脑血流受到影响，也可能是其他脑功能障碍导致的。
因此，对异常结果需要进一步的评估和诊断。
3. 阈值设定近红外脑功能检查结果的判定通常是基于一定的阈值。
这些阈值是通过对大量正常人群进行研究和分析得出的参考数值。
在结果解读时，需要参考这些阈值，以确定患者的脑功能是否存在异常。
四、多学科合作近红外脑功能检查需要多个学科的合作，如神经科学、医学影像学等。
在解读检查结果时，医生需要将近红外脑功能检查与其他检查结果进行联合分析，以全面了解患者的脑功能状态。
功能近红外光谱成像在人机交互研究中的应用
功能近红外光谱成像在人机交互研究中的应用近年来，人机交互研究成为了一个备受关注的领域。
人机交互的目标是通过技术手段使人与机器之间的交互更加自然、高效、有效。
在这个领域中，功能近红外光谱成像技术（fNIRS）逐渐得到了重视和广泛应用。
fNIRS技术通过测量人体脑部的血红蛋白和氧合血红蛋白浓度来分析脑活动，为人机交互研究提供了一种非侵入性的手段。
fNIRS技术的原理是利用红外光的特性，通过皮肤和头皮等组织的透光性，对人体脑部进行成像。
当脑部活动发生时，血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度发生变化，这种变化可以通过fNIRS设备的探头检测到。
通过对不同区域的检测，可以获得关于脑部激活的空间和时间分布信息。
在人机交互研究中，fNIRS技术可以用来探索人类的认知过程和脑活动的关系，以及人们对不同技术界面的感知和使用。
首先，fNIRS可以帮助研究人员了解人类在不同人机交互任务中的认知负荷和认知过程。
通过脑部活动的变化，可以揭示用户在不同任务下的认知状态。
例如，可以使用fNIRS测量用户在进行多任务处理时脑部活动的变化，并得到认知负荷的定量指标。
这些研究结果可以为设计更加智能和符合用户认知能力的人机交互界面提供指导。
其次，fNIRS还可以用来研究人机交互中的情感体验和用户体验。
情感在人类的决策和行为中起到了重要的作用，而人机交互中用户的情感体验对于界面的评价和用户满意度也有着关键性的影响。
fNIRS技术可以检测脑部活动与情感之间的联系，通过测量大脑的活动来获得情感反应的客观指标。
例如，可以使用fNIRS测量用户在使用不同界面时的大脑活动，进而分析用户对不同界面的情感体验和认知反应。
这些研究结果为设计更符合用户情感需求的人机交互界面提供了依据。
此外，fNIRS技术还可以应用于用户行为分析和用户意图识别。
在人机交互中，通过识别用户的行为和意图，可以更好地理解用户需求，并为其提供个性化的服务。
fNIRS技术可以监测用户在执行不同任务时脑部活动的变化，通过分析脑部活动的模式，可以区分不同的意图和行为。
功能近红外光谱成像在焦虑研究中的应用
功能近红外光谱成像在焦虑研究中的应用焦虑是一种常见的情绪反应，可以出现在人们的日常生活中。
尽管焦虑症在现代社会中非常常见，但确诊和治疗焦虑症仍然是一个挑战。
然而，随着科学技术的发展，近年来有一种新兴的方法在焦虑研究中得到了广泛应用，那就是功能近红外光谱成像技术（fNIRS）。
功能近红外光谱成像是一种非侵入性的成像技术，通过测量脑区氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化来研究大脑活动。
它利用了近红外光的特性，以光子的散射和吸收为基础，通过传感器放置在头皮上来记录不同脑区的血氧水平。
fNIRS 可以提供与功能磁共振成像（fMRI）相似的空间分辨率，并且具有更高的时间分辨率。
在焦虑研究中，fNIRS已经被广泛用于探索焦虑症患者的脑功能变化。
研究人员使用fNIRS来观察焦虑症患者在执行不同任务时脑区的血氧水平变化。
这种技术可以帮助研究人员了解焦虑症患者在情绪处理和调节方面的神经机制。
一项研究使用fNIRS技术来研究焦虑症患者与健康对照者之间的差异。
结果显示，焦虑症患者在面对负性刺激时，额叶和颞叶皮质的活动增加。
这些区域与情绪调节和情感加工有关，可能与焦虑症患者对负性刺激的更强烈反应有关。
除了研究焦虑症患者，fNIRS还可以用于评估焦虑症治疗的效果。
一项研究利用fNIRS技术评估焦虑症患者在接受认知行为疗法（CBT）治疗前后的脑功能变化。
结果显示，在治疗后，患者的血氧水平变化与健康对照组更加接近，表明CBT治疗可以改善焦虑症患者的脑功能。
此外，fNIRS还可以用于帮助医生进行个体化的焦虑症治疗。
一项研究使用fNIRS技术来测量患者在接受不同治疗方法时的脑血氧水平变化。
结果显示，不同的治疗方法对于不同的患者产生了不同的脑功能变化，这可能是因为每个患者的焦虑症类型和激发因素有所不同。
这项研究的结果表明，通过使用fNIRS来监测患者的脑功能变化，可以帮助医生选择最适合患者的个体化治疗方法。
总的来说，功能近红外光谱成像技术在焦虑研究中具有重要的应用价值。
正常人近红外脑功能成像报告
正常人近红外脑功能成像报告
近红外脑功能成像（NIRS）是一种非侵入性的神经影像技术，用于测量大脑活动。
正常人的近红外脑功能成像报告通常包括以下内容：
1. 测量区域：报告会指明使用NIRS技术测量的特定脑区域，如额叶、顶叶或颞叶等。
这些区域对于不同的研究或诊断目的可能会有所不同。
2. 活动水平：报告会显示在特定任务或刺激下，脑区域的活动水平。
这可以通过血氧水平变化来表示，即氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化。
3. 结果分析：报告可能会对活动水平进行统计分析，以确定在特定任务或刺激下是否存在显著的脑活动差异。
这些分析可能包括平均值、标准差、t检验或方差分析等。
4. 数据解释：报告可能会对结果进行解释，说明脑区域的活动与特定任务或刺激之间的关系。
这有助于理解大脑在执行不同任务时的功能活动模式。
需要注意的是，具体的报告内容会因研究目的、实验设计和数据分析方法而有所不同。
因此，如果你有特定的问题或感兴趣的方面，请提供更具体的信息，以便我能够提供更加详细和准确的回答。
人脑认知机制解析功能性近红外成像技术
人脑认知机制解析功能性近红外成像技术近年来，随着对人脑认知机制的研究越来越深入，功能性近红外成像技术（fNIRS）作为一种无创的神经影像学方法，逐渐受到了广泛关注。
本文将从人脑认知机制的角度出发，介绍功能性近红外成像技术的原理、应用以及未来发展方向。
人脑认知机制是指人类在感知、注意、记忆、思考等认知过程中，大脑如何进行信息的加工和处理。
研究人脑认知机制不仅有助于我们更好地了解大脑的内部运作，还能为认知心理学、神经科学、脑机接口等领域的应用研究提供理论和实证基础。
功能性近红外成像技术是一种以近红外光谱为基础的神经影像学方法，可实时、非侵入性地研究大脑活动。
通过使用近红外光的特性，fNIRS可以测量大脑中血氧水平的变化，从而推断出活动的脑区。
fNIRS所测得的血氧水平变化反映了大脑在不同认知任务中的代谢活动，可以更精确地说明大脑在认知过程中的功能特征。
在功能性近红外成像技术的应用方面，研究人员已经取得了一系列重要的成果。
首先，fNIRS可以用于研究不同认知任务下的脑活动变化。
通过分析不同脑区在特定任务中的血氧水平变化，研究人员可以确定不同任务对应的脑区、脑网络以及其功能连接。
其次，fNIRS还可以用于比较不同人群在认知任务中的差异。
通过与不同群体（如青少年、老年人、患有精神疾病的人群）的对比，研究人员可以揭示认知功能随年龄和疾病状态变化的特点。
此外，fNIRS还可应用于脑-机接口技术、脑功能训练等方面的研究，为神经康复和脑机融合提供理论和实践支持。
虽然功能性近红外成像技术具有许多优点，如不受头骨、皮肤的限制，适用于各个年龄段的被试等，然而它也存在一些局限性。
首先，fNIRS只能提供大脑皮层的活动信息，对深部脑区的研究有一定的限制。
其次，fNIRS 对运动和呼吸等生理噪音比较敏感，这会影响到结果的准确性。
此外，fNIRS与其他神经影像学技术相比，分辨率比较低，无法提供与脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）相媲美的空间精度。
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Dual Mesh Semi-3D Algorithm Towards NIR Diffuse Optical Tomographic Imaging of Brain Function
Liu Ming1，Meng Wei1，Zhou Xiaoqing1，Jia Mengyu1，Zhao Huijuan1,2
1 理论与方法
DOT 系统可采用时域、 频域、 连续光(稳态)3 种 测量模式． 由于连续光模式提供了简单的系统、 快速 的数据获取方式和较高的信噪比， 因此在脑功能成像 研究中被 广泛地采 用． 本文 对光在头内传 输 的正问 题 采 用 稳态 扩散方程并利用有限 元 法进行 求解 [11] ． 在图像重建中采用非线性最优化 Newton-Raphson 算 法． 在 忽略 脑功能活动 引起 的 约 化散射 系 数 ( μs′ )的 变化时， 逆 问 题 求 解 简 化 为 计 算 灰 质 内 吸 收系 数 采 用 迭代策略使吸收系 数由 相 对 ( μa ) 的 微扰 δμa ． 即 粗略的初始估计逐步逼近真值[12-13]，
Keywords：cerebral functional imaging；semi-3D reconstruction algorithm；finite element method；dual mesh
收稿日期：2013-07-22；修回日期：2013-12-10. 基金项目：国家自然科学基金资助项目(81101106，61108081，81271618)；教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 (20120032110056). 作者简介：刘 明（1981— ） ，男，博士研究生. 通讯作者：赵会娟，huijuanzhao@. 网络出版时间：2014-01-07. 网络出版地址：/kcms/detail/12.1127.N.20140107.0915.002.html.
2015 年 1 月
刘 明等：近红外脑功能 DOT 成像双网格半三维算法
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近红外(near infrared， NIR)脑功能成像是一种研 究大脑血液动力学变化的非侵入式技术． 该技术的 优势体现在： ①其具有无创、 无辐射、 高的时间分辨 率、 价廉可移动等特点， 对于大脑的思维和意识等活 动研究有着重要意义； ②因其可在自然条件下进行监 测， NIR 脑功能成像具有很好的运动鲁棒性， 该技术 [1-2] 对新生儿和婴幼儿脑功能研究有着重要意义 ． 此 外， 近红外光学成像技术还可用于诊断脑组织的某些 生理异常， 如血肿、 脑室溢血、 局部缺氧和缺血等． 目前商品化的近红外脑功能成像仪主要基于拓 扑成像(optical topography， OT)原理[3-4]． 该成像方式 假设探测区域下深度和横向方向的组织光学参数均 匀分布， 并利用修正的朗伯 - 比尔定律给出该区域组 织的平均血氧浓度变化， 因此 OT 可被认为是 2D 成 像． 虽然基于 OT 理论的 NIR 脑功能成像仪具有图 像重建速度快的优点， 但是具有 3 方面局限： ①NIR 脑功能成像仪是透过头皮、 头骨来探测发生在灰质内 的脑血液动力学变化， 而 OT 假设源-探测点之间的 组织光学参数为均匀分布， 势必导致计算结果无法真 实反映灰质内的血液动力学变化[5]； ②由于 OT 不具 有深度分辨能力， 因此， 心跳、 血压等正常生理活动 将通过头皮的血液循环间接影响 NIR 脑功能仪的准 确度 [6] ； ③由于修正的朗伯 - 比尔定律不能准确描述 光在组织中传播的真实过程， 因此限制了 NIR 脑功 能仪的空间分辨率和量化度的进一步提高[7]． 近年来， 应用扩散层析成像(diffuse OT， DOT)理 论进行脑功能成像的研究得到了越来越多的关 注[8-10]. 在反射型 DOT 中， 光在脑内传播是三维的， 全三维重建可以得到任意深度内脑血氧的变化， 但是 由于成像区域大而导致图像重建速度过慢． 同时， 由 于 DOT 重建中正问题和逆问题的计算中需要对成像 空间进行离散， 全三维重建将导致测量数据远远少于 重建参数个数， 因此逆问题的欠定性将十分严重． 对于实际的脑功能成像， 人头可分为头皮、 头 骨、 灰质和白质 4 部分． 由于头皮层较薄且头骨对光 的吸收大， 因此可将头皮和头骨设为主要采用头骨的 光学参数的均一的组织层． 脑功能 引起 的脑血氧的 变化主要发生在灰质中， 由于探测 系统信噪 比的限 制， 源 - 探 距 离是有限的 ( 一 般 为 3,cm 左右 ) ， 此时 NIR 光只能到达的有限深度基本在灰质表层， 因此可 忽略灰质内光学参数沿深度的变化， 同时将白质设为 均一的组织层． 综上所述， 同时考虑到光子在非均匀 组织中的三维传输， 本文提出半三维图像重建算法， 以弥补二维拓扑成像和三维图像重建的不足.
第 48 卷 第 1 期 2015 年 1 月 DOI:10.11784/tdxbz201307070
天津大学学报(自然科学与工程技术版) Journal of Tianjin University(Science and Technology)
Vol.48 No.1 Jan. 2015
近红外脑功能 DOT 成像双网格半三维算法
(1. School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China； 2. Tianjin Key Laboratory of Biomedical Detecting Techniques and Instruments，Tianjin 300072，China) Abstract：Diffuse optical tomography(DOT)based on the photon transport model provides good quantitative poten-
力，但由于其逆问题固有的病态性，传统的全三维重建存在精度和分辨率低以及计算量大等缺点，因此根据实际问 题约束和简化重建过程对改善成像性能具有重要意义．根据人体头部的解剖结构及近红外光在人脑中的传输特性， 提出了改善逆问题病态性的双网格半三维图像重建算法，即在正问题中采用密集网格剖分下的全三维有限元计算提 高计算精度，在逆问题中采用稀疏网格剖分且在同一脑组织层进行二维重建方法．模拟结果表明，对于单目标重 建，双网格半三维重建算法与全三维重建算法相比，量化度提高 30%、重建速度快 4～12 倍；对于双目标重建在信 噪比 30,dB 以上的情况，半三维重建算法在 CCS＝12.5,mm 的空间分辨能力与全三维重建算法 CCS＝20,mm 的空间 分辨能力相当． 关键词：脑功能成像；半三维算法；有限元；双网格 中图分类号：TK448.21； Q63 文献标志码：A 文章编号：0493-2137(2015)01-0062-08
刘 明 1，孟 伟 1，周晓青 1，贾梦宇 1，赵会娟 1, 2
(1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072； 2. 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072) 摘 要：采用基于光子输运模型的扩散层析成像(DOT)实现在近红外脑功能成像的诸多方案具有良好的定量研究潜
⎧ χ − F ( μai ) = J μa δμai ⎪ ⎨ i +1 i i ⎪ ⎩ μa = μa + δμa
(1)
式中：χ 为边界光子密度测量值；F (i) 为正问题求解 的边界光子密度值；J μ 为关于 μa 的 Jห้องสมุดไป่ตู้cobian 矩阵；
a
上标 i 代表第 i 次迭代； δμai 为第 i 次迭代的吸收系数 微扰． 在全三维扩散层析成像图像重建中， 要求重建组 织体的某一个横断面 甚至整 个三维空间的光学参数 图像， 此时关于 μa 的 Jacobian 矩阵元素计算式为
tial for near infrared cerebral functional imaging. Due to the inherent ill-posed inverse problem，the disadvantages of the traditional 3D reconstruction algorithm are low-precision，low-resolution and a big burden in calculation time. Therefore，the simplification and constraint of the reconstruction procedure according to the practical situation have significant meaning. Based on the anatomic structure of head and the diffusive nature of near infrared light propagation in the brain，the semi-3D image reconstruction algorithm was proposed to alleviate the ill-posed problem. Namely， the dense mesh of 3D finite element method is used to improve the calculation accuracy in forward problem，and the sparse mesh of 2D image reconstruction algorithm is used in inverse problem by assuming that the optical properties in grey matter are invariable along the depth. Simulation results show that，for the single target sample，the quantitativeness ratio from the semi-3D reconstruction algorithm is 30% higher than that from the 3D reconstruction algorithm，and the reconstruction speed by using the semi-3D reconstruction algorithm is 4—12,times faster than that by using the 3D reconstruction algorithm. Additionally，for the two targets sample，the spatial resolution of the semi3D reconstruction algorithm at CCS of 12.5,mm is almost the same as that of the 3D reconstruction algorithm at CCS of 20,mm with the value of SNR≥30.