《河南大学》 2019年
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近红外光谱技术监测组织氧饱和度系统的研究

辛明  
【摘要】:氧是人体内重要的生命物质,是维持体内组织细胞正常功能的基础。氧在血液中主要以与血红蛋白结合的形式存在。血氧饱和度可以反映氧气与血红蛋白结合情况、判断血液运输能力,是临床诊断中的一项生理指标。组织氧饱和度是组织中微血管的平均血氧参数,能更细致的反映组织器官的氧合、血运状况,在临床诊断中具有更重要的参考价值。但目前成熟的技术只能测量组织血氧参数的相对量,对组织血氧饱和度参数的监测尚缺乏有效手段。本文旨在研究人体组织氧饱和度的无创检测技术,研制近红外光谱无创、连续、实时监测组织氧饱和度系统。分析了现有的血氧饱和度检测、血红蛋白浓度相对量检测的理论,讨论了人体组织的光学特性和生物组织光学中的漫射方程。提出了无创测量组织氧饱和度的方案并研究了绝对量的计算方法。以多模块组合方式搭建测试系统,系统包括:传感模块、光源驱动模块、模数转换模块、弱信号放大模块和控制模块。在传感模块的设计中,对比了主流光学生物传感芯片的性能和优缺点,设计了基于不同光学生物传感器的方案,分析了每一种方案的可行性并制作传感器测试;介绍了其他各模块核心芯片的主要特性,提出了一种弱电流转换方案并给出实验数据验证;提出了采用AFE4900模拟前端代替控制电路的设计方案,给出部分原理图和封装图并讨论了此方案的可行性。系统软件方面,设计了光源时序控制程序、模数转换程序、人机交互程序等。设计并编写了上位机软件程序,软件具有适用各个传感模块、光强数据全面显示、测试结果连续显示等功能。实现了组织氧饱和度的无创、实时、连续监测。利用该系统进行了可信性验证实验、前臂静脉阻断模拟皮瓣血管栓塞实验,结果显示:对同一受试者连续测量,测试结果稳定;对不同受试者集中测量,测试结果存在微小差异,差异幅度在0.05左右;静脉阻断下系统组织氧参数发生显著改变,最大降幅0.25。实验表明系统具有较高稳定性和灵敏度,能够实时、无创测量组织氧饱和度参数、反映组织氧变化趋势,可以为临床检测术后皮瓣血氧运输状态提供重要依据。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O657.33;R318

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