基于光频分复用的近红外脑组织血氧检测系统设计与实现

发布时间：2020-08-20 16:12

【摘要】：近些年功能近红外光谱成像系统随着生物医学的发展而高速发展,广泛应用于检测人体脑部神经活动引起的血流变化以及监测脑部血氧代谢情况。为了便于研究人体脑部血氧信号,该文设计开发了一套基于光频分复用双通道的近红外脑组织血氧检测系统。首先,设计了光频分复用的近红外脑组织血氧检测系统的硬件电路。针对连续波检测系统存在的不足,设计了本系统的工作模式,并在此基础上,采用美国国家仪器的数据采集卡以及现场可编程门阵列作为本系统的硬件平台;分析了光源性能特点,进而设计了光源驱动电路以及数字模拟转换电路,并选用了频分复用工作方式;分析了光电探测器的性能,确定了光电探测器的类型,进而设计出带通滤波电路以及增益放大电路,完成了信号的预处理。其次,用FPGA以及LabVIEW编写了近红外脑组织血氧检测系统的软件程序。在硬件电路基础上,根据频分复用工作方式用FPGA开发了直接数字式频率合成器程序。分析了系统的解调原理,用LabVIEW开发了数字信号的正交解调程序,针对近红外光信号在组织中发散的问题,设计了改进的比尔朗伯定律算法,从而实现了对血红蛋白浓度变化的计算。最后,研制了光频分复用双通道的近红外脑组织血氧检测系统,并对其进行了硬件性能测试以及实验验证。设计了传输光纤并在光纤探头处增加平凸透镜,对DAC模块以及信号处理模块进行性能测试,验证了其可行性。通过在前额组织中进行静息状态和Valsalva人体血氧检测实验,检测并验证了该系统的可靠性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R741.044;TN911.7;TN791

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本文编号：2798175