组织血氧含量无创监测技术及仪器的研究

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1、中文摘要足够的氧供应是所有生命生存的基础，组织血氧含量是反映人体生理状况的重要参数，在许多情况下需要连续监测。传统的有创测量方法不但给人带来痛苦，而且很难做到连续测量，近红外光谱技术的发展向传统方法提出了挑战，使得利用近红外光谱技术监测血氧含量成为世界范围内研究的热点；但是由于血氧浓度信号微弱、受干扰大，光子在组织内传播的随机性等问题给研究带来很大困难，至今还没有成熟的商品化仪器，在这方面本课题进行了有益的探索。本文首先从理论上对组织血氧含量监测技术进行求证。文中参照蒙特卡罗仿真实验数据，根据朗伯一比尔定律推导出了氧合血红蛋白、还原血红蛋白浓度变化量与

2、吸光度变化量之间的数学关系，并以此为依据进行监测系统的设计。针对血氧浓度信号微弱和频率低的特征，通过分析传统锁相放大器的特点和E—AA／DC积分、过采样特性，提出了一种新型锁相检测电路，进行血氧浓度变化的检测。电路是对传统锁相放大器在方法和电路结构上的创新，并且易于实现；通过实验验证了该电路具有更好的性能；对微处理器的运算能力和速度要求不高；实现了与微处理器无“缝”数据采集和传输。同现有的仪器相比，该系统首次使用了集成∑一△MDC的微处理器(Mscl212)作为监护仪的核心部分，不仅简化了系统结构设计而且功能强大、抗干扰能力强。文中还给出了监护系统从采

3、样传感器、信号检测以及信号处理各个部分的硬件设计和软件实现。最后经过试验和数据处理证明了该系统的稳定性、灵敏性和与理论分析的一致性。关键词：组织血氧含量近红外光谱技术朗伯比尔定律锁相放大∑AA／DCABSTRAC譬Sufficientoxygensupplyis!hebasisofsurvivaltoallthelivesAsanimportantparameterthatreflectsthephysiologicalconditionofhumanbeing，thebloodoxygencontentintissuesneedstobedetect

4、edcontinuallyandatleastoneinvasivemethodisinuse+Notonlydoestheconventionalinvasivemeasurementmakepatientspainftd，butalsoitishardtorealizethecontinuemonitoring．Nowthemethodthatusesnearinfraredspectrumtodetectthebloodoxygencontenthasamusedtheinterestofscientists,though，therehaveno

5、tbeensophistlcatedcommercialinstrumentsonmarketyetbecauseoftheweaknessofsignals&bloodoxygencontentandthe[andomnessofptlotonsdiffusion。Atfirst，thispapertheoreticallydemonstratesthetechnologyofthedetectionofbloodoxygencontent。Referringt。theMonteCarlosimulationdataandbasedonLambert

6、-BeerLaw,thispaperdeducedthemathematicalrelationbeiMeenthethreevariablesofoxidizedanddeoxidizedhemoglobineoneentralionsandthelightintensitystrayedfromtissuehiaddition，thepaperdiscussestheresearchanddevelopmentoftbedetectionsystem．Consideringtheweaknessandlowwfrequencyofbloodoxyg

7、enconcentrationsignal，anewtypelock—inamplifier(LIA)detectingcircuitissuggestedtodetectthevafielyofbloodoxygenconcentration，aftertheoreticallyanalyzingtheprlncipleofconventionalLIAandtilecharacteristicofover-samplingandintegrationof∑t△AfDC．ThiscircuitisaninnovationfortheLtAcircui

8、tstructure,beingcompactandeasytoberealized．Itis