前额脑氧监测系统设计及临床应用研究

发布时间：2017-09-16 14:08

  本文关键词：前额脑氧监测系统设计及临床应用研究

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【摘要】：脑氧监测不仅能够得到组织的氧合状态变化,同时能够通过神经血管耦合机制评估脑功能活动。在科研和临床领域,近红外光谱技术作为一种脑氧监测技术得到了广泛的应用。该技术应用近红外频段对生物组织的相对透明性,通过检测组织光学特性得到氧合血红蛋白和去氧血红蛋白浓度的变化。与功能磁共振成像、脑电图等其他监测皮层功能活动的技术相比,近红外光谱技术能够同时具备较高的空间分辨率和时间分辨率。同时近红外光谱技术能够无创、连续的监测脑功能活动,设备体积小,检测成本低。文中阐述了近红外光谱技术检测血红蛋白浓度的基本原理,并对近红外系统的实现进行了详细介绍。基于近红外光谱技术的血氧监测系统主要分为三种:时域系统,频域系统和连续波系统,每一种都有其优势与局限性。本文提出一种分频复用调制连续波近红外光谱系统设计,以特定频率的正弦载波驱动近红外光源照射组织,对射出组织的近红外光进行解调,提取出其中携带的组织血液动力学信息。通过引入通信领域的分频复用技术和调制解调技术,一方面实现了多通道的同步检测,另一方面提高了检测对环境光的免疫力。在系统结构方面采用虚拟仪器技术,以Lab VIEW软件程序代替硬件的解调电路模块,降低设备复杂度的同时提高了系统的稳定性、降低了设备成本。近红外信号中的噪声成分包括系统噪声、实验误差以及生理噪声,本文分析了各种噪声的特性,并介绍了对应的处理方法。应用稳态小波分解从近红外信号中提取出了有用的生理信息,包括血红蛋白浓度信息和心跳信息。对系统进行的Valsalva试验和临床麻醉监测分别验证了系统检测皮层血液动力学变化的能力和反映麻醉深度变化的能力。对临床监测中得到的数据进行统计分析,结果表明在意识状态发生变化的同时会伴有脑氧的波动。
【关键词】：近红外光谱技术 调制解调 信号处理 脑氧监测
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318;TP274
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 医用近红外光谱技术概述10-11
• 1.2 医用近红外光谱技术研究现状11-13
• 1.3 近红外光谱技术在临床监测上的应用13-14
• 1.4 Lab VIEW概述14-15
• 1.5 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 近红外光谱技术16-22
• 2.1 近红外光谱技术监测原理16-18
• 2.1.1 光谱学基础16-17
• 2.1.2 比尔朗伯法则变式17-18
• 2.1.3 神经血管耦合18
• 2.2 近红外系统的分类18-20
• 2.3 本章小结20-22
• 第3章 近红外光谱系统设计22-38
• 3.1 近红外光谱系统结构22-23
• 3.2 集成头套设计23-27
• 3.2.1 头套设计23-24
• 3.2.2 近红外光源选择24-25
• 3.2.3 光电传感器选择25-27
• 3.3 硬件系统设计27-30
• 3.3.1 光源驱动链路设计27-28
• 3.3.2 采集链路设计28-30
• 3.3.3 控制芯片30
• 3.4 接口与软件设计30-36
• 3.4.1 数据接口设计30-32
• 3.4.2 信号分流程序设计32-33
• 3.4.3 正交解调程序设计33-35
• 3.4.5 数据保存程序设计35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第4章 近红外信号处理38-46
• 4.1 近红外信号中的成分38-40
• 4.1.1 系统噪声38-39
• 4.1.2 实验误差39-40
• 4.1.3 生理噪声40
• 4.2 移除运动噪声算法40-42
• 4.3 生理信息提取算法42-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 系统验证与临床监测46-53
• 5.1 在体脑血氧监测46-47
• 5.1.1 实验设计46
• 5.1.2 实验对象和方法46
• 5.1.3 实验结果46-47
• 5.2 临床麻醉监测47-52
• 5.2.1 实验对象和方法48-49
• 5.2.2 检测结果与分析49-52
• 5.3 本章小结52-53
• 结论53-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果59-60
• 致谢60-61
• 作者简介61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘永康;李韪韬;钱志余;谢捷如;;基于STM32的近红外脑局部血氧检测装置[J];数据采集与处理;2013年05期

2 樊京;王金菊;张磊;;基于MAX275的巴特沃兹滤波器设计[J];现代电子技术;2006年08期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李成军;近红外光谱技术用于前额叶皮层工作记忆作用的研究[D];华中科技大学;2005年

2 王嵩;PET/DOT混合成像关键技术研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 郑毅;基于连续光的便携式近红外脑功能成像系统的研制[D];华中科技大学;2006年

2 潘霞莲;基于LabVIEW的无线血氧饱和度监测系统设计[D];江苏大学;2010年

3 钱磊;基于USB的近红外脑组织血氧检测系统的研制[D];武汉理工大学;2010年

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本文编号：863490