便携式近红外脑能成像系统的性能测试.pdf

摘 要* 近红外光谱技术可实现生物组织中血氧含量变化的无损、实时在体测量，在生物 医学领域得到了广泛应用，发展了一些面向不同应用的测量方法和系统。为此本实验 室设计研制了一套三波长(735nm、805nm、850nm)便携式近红外脑功能成像系统。本 文主要是对系统进行一系列的性能测试来保证系统的可靠性和有效性。 本论文主要内容是，对NIRS 系统进行了一系列的性能测试，主要包括系统的基 本性能测试和系统的模型实验和在体实验测量。 通过测量系统中所使用的光源的 P －I 特性，确定了光源的合适的功率范围；暗 室条件下，对系统的暗噪声和长时间稳定性进行了测量。稳定性方面，根据心理学实 验模式分析得到系统具有良好的稳定性。干扰性测试，主要从背景光干扰和通道间串 扰两个方面，实验证明，系统受背景光的干扰和通道串扰影响很小。由于该系统是多 通道探测，所以各通道对变化的响应是否一致是相当重要的，当不同区域受到同一刺 激，响应程度的区别才能被正确地反应出来。通过对系统各通道响应一致性的测试实 验可知，系统具有良好的通道响应一致性。 系统进行实际测量及临床应用时，系统的探测能力即探测深度也是一个重要的性 能参数。本文中模拟均一生物组织的光学特性参数，首先利用蒙特卡罗模拟进行理论 模拟，然后利用该系统进行实际测量，通过比较得知该系统在单层生物组织中的最大 探测深度。进行血氧变化测量时，利用离体的血液模型实验，结果表明该系统可以较 为准确地测量出组织中HbO 、Hb 和HbT 相对浓度的变化。 2 要在临床诊断和监测中获得广泛应用，NIRS 系统必须能够适应在体测量。通过对 前臂血氧含量变化的实时监测，观察到系统得到的光强变化与组织中的血氧含量变化 的趋势基本上是一致，证明了系统在生物组织中血氧特性监测方面的有效性。 关键词：近红外光谱 血氧含量 性能测试 模型实验 *本课题得到国家自然科学基金），教育部科学技术研究重大项目(重大10420）资助。 I 1 Abstract Near-infrared Spectroscopy (NIRS) technology, which can fulfill the real-time and non- invasive in-vivo measurements of blood oxygen metabolizing, was widely used in biomedical field and many equipment and measure means about the technology were developed. Thus, a set of NIRS blood oxygen measure system using three-wave length and continuous wave was designed in our lab. Before this system was applied, we must test the performance of the system with experiment to insure the security, credibility and validity. The content of this paper is, a series of test was carried on, basing on the NIRS blood oxygen system, mainly including the basic performance test of the system and experiment of the model and in the body. We made sure the right scope of the light sourc