新生儿脑血氧监护仪的研制

摘要

新生儿缺氧缺血性脑病(HIE)是新生儿在围产期内由缺氧而引起的脑部损伤，严重威胁新生儿的生命健康安全。鉴于目前现有的判断诊断方法不能够及时、准确的对新生儿缺氧缺血性脑病做出判断，很容易贻误治疗的最佳时间。所以本课题的目的是要设计一种能够在较长时间内直接对新生儿脑部组织血氧饱和度变化进行无创检测的床前监护仪，可对新生儿缺氧缺血性脑病的发作做出及时的判断，对其预后进行正确的评估、以便进行早期干预治疗，改善预后恢复情况，对降低新生儿缺氧缺血性脑病相关后遗症的发病率和死亡率，提高人口素质有着积极的意义。 近红外光谱法测量组织血氧供应情况是近年来发展起来的一种极有前途的检测技术，它为临床提供了一种便携、实时、连续、操作简单、相对廉价的无创血氧浓度检测方法，可广泛应用于脑血氧检测和肌血氧等各种场合，可获得易于临床解释的脑血氧饱和度值。 本课题针对新生儿脑组织的特殊结构，利用Monte-Carlo方法为新生儿脑组织建立了光学传播的多层仿真模型，通过对光在其中传播的空间灵敏度图、有效穿透深度和平均光路长等方面的仿真研究，对光在新生儿脑组织中的传播行为做了有益的探讨。在此基础上，采用了一种新颖的新生儿脑血氧进行检测的方案。 本课题开发了一套针对于新生儿脑血氧检测的床前监护系统，其中包括传感器、模拟电路、数字电路以及上位机等系统模块。为了保证采样的精度和可靠性，采用了新型光敏器件、多路锁相放大技术、高速高精度数模转换器、数字滤波技术、大屏幕彩色液晶屏等新技术，新器件。必要时还可通过串口将采集到的数据送入上位机处理。 对系统性能进行了一系列实验测试，包括无光的情况下的系统暗噪声检测实验和系统稳定性实验，结果表明本系统具有良好的暗噪声水平和系统稳定性；通过系统检测灵敏度实验表明，本系统对微弱信号有较高的检测灵敏度；通过人体手臂血液阻断实验表明，利用本系统的到的检测光光强的变化与组织血氧浓度变化趋势完全符合，证明了系统在生物组织血氧浓度监测方面的有效性；最后通过在医院进行的初步的临床实验来证明系统对新生儿缺氧缺血性脑病的检测能力。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1新生儿缺氧缺血性脑病简介

1.1.1新生儿缺氧缺血性脑病病理基础

1.1.2新生儿缺氧缺血性脑病评价标准

1.2近红外光谱检测技术的历史与现状

1.2.1近红外光谱脑血氧检测技术简介

1.2.2近红外光谱脑血氧检测技术历史

1.2.3近红外光谱脑血氧检测技术的局限性

1.3本课题的研究目标及主要工作

第二章基于近红外光谱的脑血氧检测原理

2.1脑血氧的生理基础

2.2生物组织的光学特性

2.3生物组织光谱学理论基础

2.4新生儿脑组织模型的建立

2.5新生儿脑血氧饱和度的定量测量方法

2.6小结

第三章基于近红外光谱的新生儿脑血氧监护系统的实现

3.1系统总体设计方案

3.2系统测量方法的选择

3.3反射式传感器设计

3.3.1光源设计

3.3.2光电转换电路的设计

3.3.3反射式脑血氧测量传感器设计

3.4锁相放大电路设计

3.5数字电路设计

3.5.1单片机中央控制电路

3.5.2数据采集电路

3.5.3输出控制电路

3.5.4数据存储电路

3.5.5液晶显示电路

3.5.6串口传输电路

3.6电源设计

3.7电路板设计和抗干扰措施

3.8上位机程序设计

3.9小结

第四章新生儿脑血氧监护系统的实验与误差分析

4.1系统性能实验结果与分析

4.1.1系统暗噪声检测实验

4.1.2系统稳定性实验

4.1.3系统检测灵敏度实验

4.2系统前臂动脉阻断实验

4.3临床实验

4.4系统误差分析

4.5小结

第五章总结与展望

5.1本课题总结

5.2今后工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢