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多通道近红外光谱血氧监测系统的研制

杜烜  
【摘要】:近红外光谱技术可实现组织中血氧代谢的实时无损伤在体测量,在生物医学领域得到了广泛应用,发展了一些面向不同应用的测量方法和实验装置。广泛采用的光源与探测器间距固定的装置,只能反映组织特定深度的血氧信息; 基于光纤设计的单光源单探头,虽然可测量不同深度的血氧代谢情况,但仍不能进行同时测量。 设计并制作了一套基于单片机与相敏检测的多通道近红外光谱血氧监测系统。系统选用三波长LED(735nm, 805nm, 850nm)光源,利用89S52 单片机产生稳定的方波输出,对光源进行脉冲调制; 探测器选用高灵敏度并集成前置放大器单元的光电探测芯片OPT101,所探测的电信号通过多路复用器后送入相敏检测模块CD505R2 中解调; 配合数字电位器x9c503 实现多达50 档的程控增益调节,提高了测量系统灵敏度及动态范围。该系统软件包括单片机程序和PC 机软件。单片机程序由通道选择与增益设定程序、AD 转换程序以及串口通讯程序组成,采用主控程序循环扫描的方式实现。PC 机软件具有三个功能模块:串口通讯、测量参数设置、测量结果显示。 在对暗噪声、出纤功率和通道增益测试的基础上,进行了标准样品及血模型实验,证明了该系统的稳定性与有效性。进而开展了人体前臂阻断与脑血流变化实验,通过改变光源-探测器间距,观察到不同深度肌肉组织与前额叶血流变化状况。结果表明:脂肪层厚度严重影响着近红外光学测量系统对肌氧代谢的测量,光源-探测器间距越大,所获得的血流信息越强; 脑皮层血流信息的获取则与头骨及皮层厚度有关,选取过大或过小的光源-探测器间距均不利于有效获取脑皮层的血流变化信息。 因此,利用光源-探测器间距可调的近红外光学测量系统,将有助于针对不同的研究对象选取合适间距,最大限度地获取组织中血氧信息。这对血氧代谢的无损光学检测及其应用是非常重要的。


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