基于近红外光血氧浓度测量

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1、图书分类号：TP212.3国际图书分类号:621.3哈尔滨工业大学硕士学位论文基于近红外光的血氧浓度测量硕士研究生：刘睿导师：孙金玮教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2007年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP212.3U.D.C.:621.3DissertationfortheDegreeofM.Eng.TISSUEOXYGENCONCENTRATIONMEASUREMENTBASEDONNIRSCandidate:LiuRuiSuperv

2、isor:Prof.SunJinweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:InstrumentScienceandTechnologyAffiliation:Dept.ofAutomationTestingandControlDateofDefence:July,2007Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近红外光谱方法(NIRS)是最近发展起来的一

3、种非侵入式、无损伤检测方法，可广泛用于细胞、组织、器官的化学、结构分析。在其目前的发展过程中，主要目标集中在临床监控中，如胎儿、新生婴儿和成年人的脑供氧检测等，应用于肌肉组织、胸腔和肿瘤等方面的测试也同样是该技术发展的重要目标。由于近红外谱区的光对人体组织有较强的穿透能力，当近红外光进入人体组织被吸收和散射后，可得到对应的漫反射和透射光谱，这种光谱就携带了人体组织中多种成分的信息，可以提供组织生化、生理与病理过程的许多相关信息。本课题在查阅了大量文献的基础上，从理论上求证并在借鉴前人经验的同时，创新、合理地对组织模型进行简化处理，

4、推导依据所测衰减后的光谱信息来计算组织还原血红蛋白和氧合血红蛋白浓度变化的算法公式,无须进行平均光学路径的校正,可满足定量测量的要求。本系统主要选用多个波长的近红外发光管，采用集成的光敏接收管在满足测量需要的同时也降低了测量噪声，最后选用NI-9215A多通道同步采集的数据采集卡采集所测信号，实时监测并将结果传到PC机上进行处理。在完成对系统暗噪声、稳定性和灵敏度测试的基础上，进行了标准样品的系统标定试验及模拟人体环境的血模型实验，证明了该系统的稳定性与有效性。进而开展了人体前臂静脉阻断实验来检测前臂局部还原血红蛋白和氧合血红蛋白

5、浓度变化趋势，实验证明与理论推导相符。为了进一步研究探测距离与检测物质浓度变化的影响，改变光源与探测器间距，观察静脉阻断中血氧变化状况。结果表明：当光源与探测器间距较小时，脂肪层厚度严重影响着近红外光对肌氧代谢的测量；当探测间距增大时，所获得的血氧信息越强，来自脂肪层的影响也越小。最后根据试验结果选择了合适的探测距离，完成了动脉阻断下的以组织血氧浓度变化为测试对象的测量试验。充分证明了该系统对于研究临床组织血氧浓度变化的有效性，对脑部及肌氧的研究有重大意义。关键词近红外光谱；组织血氧含量；朗伯-比尔定律--I哈尔滨工业大学工学硕士

6、学位论文AbstractNearinfra-redspectroscopy(NIRS)isofgreatinterestforchemicalandstructuralanalysisincells,tissuesandorgans.DuringtheperiodofevolutionofinvivoNIRSeffortshavebeenfocusedverymuchonhumanclinicalmonitoring,forexampleforfetal,neonatalandadultcerebraloxygenmonitori

7、ng.Otherapplicationsinmuscle,breastandtumourshave,nevertheless,alsobeenimportant.SinceNIRShasahighabilityofpenetratingtissues,theemergencelight,afterabsorptionandscatteringbytissues,haslargevaluableinformation,tobaseameasurementandanalysisstrategyforphysiologyandpatho

8、logy.Afterstudyingagreatdealofdocuments,buildingonotherpeople’ssuggestions,progressiveimprovementshavemadeinsimplicityofmult