基于NIRS的脑组织血液动力学参数检测系统研究

摘要

近红外光谱法已逐渐成为近年来生物医学领域研究的热点课题之一。借助于近红外光谱技术可以将大脑神经活动中产生的血流或代谢方面的变化转换为相应信号,并且以更直观方式将脑组织血液动力学参数的变化情况表现出来。作为一种无损、时空分辨率较高的脑功能检测技术,近红外光谱法更具潜力,更有希望在神经领域研究及神经系统疾病的临床诊断方面取得更大的进展。本课题主要基于近红外光谱法进行血氧检测理论基础,设计并实现了一套多通道双波长脑组织血液动力学参数检测系统,以C8051F020作为中央处理器,并以集成化特定波长贴片式发光二极管作为光源,选择合适的光电传感器以及LED电路驱动芯片,多功能阵列式探头可根据实际需要调节时序改变工作面积与间距,适用性更为广泛;本系统还设计并实现了配套的软件系统,以实现数据采集和光电压、血容量的实时变化显示。选用LabWindows/CVI作为程序开发平台,界面友好,兼容性、实时性好,软硬件的接口衔接性良好,方便使用。时间分辨率可达100ms,能够反映脑组织血液动力学参数的瞬态响应。
　　在系统实验环节,首先通过进行在体Valsalva运动实验监测动作诱导脑组织血液动力学参数氧合及还原血红蛋白浓度的变化过程,证明了系统应用于无创检测前额皮层血流动态调节的可行性。再通过开展数学逻辑运算任务的实验对脑血液动力学参数变化情况进行监测,证明了本系统检测到的氧合与还原血红蛋白浓度变化量的增减趋势与理论推测的变化趋势基本一致。

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第1章 绪论

1.1课题的背景及意义

1.2 国内外对近红外脑功能检测技术的研究动态

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 近红外脑功能检测技术原理

2.1 生物组织的光学特征

2.2 近红外光谱术原理

2.3 测量机制及其理论基础

2.4 血氧浓度的计算方法

2.5 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1 系统功能分析

3.2 探头设计

3.3模拟多路开关电路

3.4 后级放大滤波电路设计

3.5 中央控制系统的设计

3.6 本章小结

第4章 系统软件设计

4.1软件结构分析

4.2 C8051F020初始化进程

4.3 基于C8051F020的下位机软件设计

4.4 上位机采集系统软件设计

4.5 本章小结

第5章 系统实验与分析

5.1 在体实验与分析

5.2 数学逻辑运算过程及测量结果分析

5.3 近红外光检测血氧含量的技术难点

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录1硬件电路PCB

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