多通道脑血氧检测系统设计

发布时间：2017-10-20 03:42

  本文关键词：多通道脑血氧检测系统设计

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【摘要】：弥散光学成像(Diffuse Optical Imaging,DOI)是一种利用被测组织对光的吸收、散射等作用来进行功能成像的技术,近红外光谱技术(Near-infrared spectroscopy,NIRS)就是一种利用弥散光学成像原理来进行脑皮层功能活动检测的技术手段,它是一种具有无创性、便携性的新型脑功能成像技术。由于血液中的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白对波长在600~900nm的近红外光具有特异性,因而可以利用近红外光的这一特性来获得大脑活动时的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化情况。与其它一些传统的脑成像技术(MRI、PET、EEG和MEG等)相比,近红外弥散光学成像具有较高的时间分辨率、造价较低、便携性好、操作简单以及被试友好等诸多优点。同时它还具有非侵入式、被试无痛苦的特点,并且能够实时、连续获得脑血氧信息。近红外脑成像技术不仅为脑科学研究提供了一种新的方法,而且对于临床应用,新生儿脑血氧监测、脑损伤颅内出血诊断等具有重大的意义。然而到目前为止,国内基于近红外的血氧检测仪器基本上是单通道、小规模发展,并且只用于简单的血氧检测,运用的范围比较窄、发挥的功能非常有限。在国内,自主生产的大型成型设备几乎没有,为了发展神经科学方面的研究,一些科研机构不得不从国外购买设备,不仅价格昂贵,而且设备的维护成本很高。为了打破国外的技术垄断,发展具有自主知识产权的多功能近红外检测技术,研发多通道近红外设备已经刻不容缓。本文所研究的多通道脑血氧检测系统基于国家重大科学仪器开发专项—32通道的近红外脑电同步脑活动检测仪。本文主要介绍课题组承担的近红外检测系统的设计,实现了一种连续光双波长、32通道同步采集的大脑近红外血氧检测仪器。本文内容概括如下:首先,本文介绍了功能近红外成像的研究背景和意义,与其他传统脑功能成像比较,总结出近红外成像的特点。然后详细介绍了近红外成像检测原理和理论基础,重点分析了基于朗伯-比尔定律的连续波成像算法。其次,先介绍多通道脑血氧检测系统的整体设计框架及遵循的设计原则。再重点介绍主要功能模块的设计原理和实现过程,包括硬件电路设计以及软件设计。最后,通过对仪器硬件电路测试以及实验数据的采集对仪器性能进行分析,总结出仪器的优劣。
【关键词】：功能近红外 脑血氧检测 弥散光学成像 朗伯-比尔定律 连续波
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH776
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 近红外检测原理12-18
• 第二章 系统总体设计方案和原理分析18-29
• 2.1 系统的总体设计原则18
• 2.2 总体方案设计18-21
• 2.2.1 单通道近红外检测的工作原理20-21
• 2.3 设计创新21-24
• 2.4 元器件选择24-27
• 2.4.1 控制芯片的选取24-26
• 2.4.2 模数转换芯片的选取26
• 2.4.3 激光管以及驱动芯片的选取26-27
• 2.4.4 光信号检测器件的选取27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 模块化的硬件设计29-46
• 3.1 光源模块设计29-31
• 3.2 光信号检测模块原理图31-34
• 3.3 正交解调模块设计34-40
• 3.3.1 基于锁相放大器的正交相敏检波原理和设计35-38
• 3.3.2 低通滤波器的设计38-40
• 3.4 RS485通信接口设计40-43
• 3.4.1 RS485介绍40-41
• 3.4.2 RS-485总线接口设计41-43
• 3.5 电源模块和单片机最小系统43-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 通信协议及软件设计46-57
• 4.1 通信协议设计46-47
• 4.2 软件开发平台介绍47-49
• 4.2.1 Keil uVision v5使用简介48-49
• 4.3 软件设计49-56
• 4.3.1 串口通信设计51-52
• 4.3.2 解码函数设计52-53
• 4.3.3 中断服务程序设计53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 系统性能测试57-62
• 5.1 系统功能模块及通道一致性测试57-60
• 5.2 脑血氧数据采集与分析60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-64
• 6.1 工作总结62-63
• 6.2 工作展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 在学期间取得的与学位论文相关的研究成果68-69

【参考文献】

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1 张瑾,李芙玲;计算机串行通信口应用探讨[J];华北科技学院学报;2004年01期

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本文编号：1065081