基于近红外光谱法的人体组织压力影响分析及压疮风险评估建模

论文摘要

针对压疮这种临疮发病率高又难以治愈的疾病,研究其发病原理及监测技术,对于预防压疮发生有重要意义。近红外光谱法可以无损、实时、连续监测组织内的血氧参数,通过计算可得到组织的血氧饱和度。与有创血气分析和检测指端脉搏血氧饱和度等现有技术相比,近红外光谱法有不可替代优势。监测指标主要有人体氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度和血氧饱和度等,以及基于该指标的组织对外压的反射敏感性。本文首先设计了一机械装置,可实现对人体组织施加外压；其次,应用近红外光谱法分别监测了肌氧及脑氧,通过试验验证了近红外光谱法监测深层组织的可行性。给肌肉施压之前,监测肌氧20min,记录各项指标,撤去压力后即用近红外光谱仪测量,对比加压前后的组织氧信息。加以分析后,判断肌肉组织对压力的反弹敏感能力和发病几率,以做好预防。本文主要做了以下工作：(1)近红外光谱无损检测仪传感器参数的选择。为了对人体不同组织的血氧信息进行检测,利用蒙特卡洛仿真对检测仪器的传感器参数进行设定。人体组织不同成分对光的吸收系数和各层组织厚度都不相同,针对不同组织选择正确系数进行仿真,分析仿真结果得出传感器最优参数。(2)测定压力对人体骶骨区组织的影响。其传感器不同于脑氧检测传感器。招募老年人和脊椎损伤病人,并设正常人作对照组。静息条件下,对实验对象持续监测,施压前后各20分钟。介绍近红外光谱检测方法的原理及其检测参数做了简要介绍。(3)对实验数据进行小波变换。小波变换是一种较为先进的时频域转换工具。它优于传统的傅里叶变换,能够对信号进行多尺度分解,根据原始信号的频率高低调整尺度。对血氧信号小波变换之后可以分析在不同特征频率处信号的功率谱。通过小波变换系数的三维图,可以直观观测血氧信号时域频域信号随压力的变化特征。(4)建立压疮风险评估模型。风险评估模型是应用非常广泛的预防压疮的手段,国内外的风险评估模型中的评判标准大都集中在身体状况的主观判断,缺乏客观性。本课题依据实验结果选择合适的血氧参数作为评判标准,具有很好的客观性。是压疮风险评估领域的新发展。本文在医院与老年公寓进行大量的实验,并利用MATLAB7.0进行数据统计和小波变换来分析压力对血氧信号影响,以保证上述研究的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 压疮的产生机制
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文主要工作和内容安排
• 第2章 组织血氧的近红外光谱法监测及其主要参数
• 2.1 近红外光谱的应用及其发展
• 2.2 组织血氧的主要检测手段
• 2.2.1 有创检测方法
• 2.2.2 无创检测
• 2.3 检测原理
• 2.3.1 人体组织的近红外吸收谱
• 2.3.2 朗伯-比尔定律
• 2.3.3 修正的朗伯-比尔定律
• 2.3.4 组织血氧的解算
• 2.4 血氧检测参数及其意义
• 2.5 本章小结
• 第3章 实验传感器参数确定
• 3.1 血氧参量检测装置
• 3.2 蒙特卡洛仿真法选择传感器参数
• 3.2.1 光在人体组织中的路径
• 3.2.2 蒙特卡洛仿真
• 3.3 本章小结
• 第4章 脊椎损伤病人骶骨区组织血氧检测
• 4.1 压力施加装置设计
• 4.2 仪器有效性分析
• 4.3 压疮易患组织的血氧参量近红外光谱法检测及压力影响分析
• 4.3.1 实验方法
• 4.3.2 统计分析
• 4.3.3 实验数据的初步处理
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验数据的小波变换
• 5.1 小波变换法
• 5.1.1 小波工具介绍
• 5.1.2 连续小波基函数
• 5.2 实验数据信号的小波变换
• 5.2.1 一维连续小波变换函数
• 5.2.2 小波变换结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 压疮风险评估模型的构建
• 6.1 压疮风险评估模型基本概念
• 6.2 预测压疮发生危险性的评估工具
• 6.3 新压疮风险评估模型的建立
• 6.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表