基于DSP的近红外光的脑血氧检测系统的研制

论文摘要

目前研究脑功能的方法非常多,相比其他的脑功能测量方法,如功能性磁共振成像(fMRI)、正电子发射断层摄影及脑电图(EEG),近红外光谱(NIRS)具有几个优点:良好的时间分辨率、便携性、具有能够同时检测到含氧(HBO2)血红蛋白和无氧(HBR)血红蛋白的浓度变化的能力、对学科的限制低、测量设备的成本低。在脑外层的系统生理干扰有时会降低近红外光谱的性能,生理干扰主要是由心跳和呼吸造成的,这种系统性干扰的抑制相对来说比较容易,因为心跳造成的干扰和脑功能活动的功能性反应的相关性通常较低,可以通过低通滤波技术去除,运用最小二乘拟合技术可以去除呼吸造成的生理干扰。本文利用近红外光谱(NIRS)技术,设计并制作了一套完整的硬件检测系统,主要包括传感器探头模块、后续的低通滤波模拟处理模块、中央测控主机模块、光源驱动模块,其中传感器探头模块选用的是有源的发光二极管和专用的光电集成转换器件OPT301,以DSP2812作为中央测控主机模块,管理整个电路的检测功能,并且编写了上位机软件来实现血氧信息的显示。另外还对系统做了功能性分析,以保证该系统能够可靠、准确、稳定的进行血氧检测。通过在体的前臂阻断实验来验证系统能够对人体实行有效地测量,最后做了外界刺激大脑的实验,应用了低通滤波技术和最小二乘拟合技术,有效地降低了心跳和呼吸造成的噪声干扰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 基于近红外光谱血氧检测的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 近红外光谱的血氧检测技术
• 2.1 脑组织的光学模型
• 2.2 人体组织的光学原理
• 2.2.1 人体组织的理论基础
• 2.2.2 参数的测量
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于近红外光谱的血氧检测系统设计
• 3.1 系统实现的功能及其总体框架
• 3.2 探头传感器模块的设计
• 3.2.1 光源
• 3.2.2 光电转换
• 3.2.3 传感器探头模块的结构设计
• 3.3 硬件设计
• 3.3.1 LED 驱动电路
• 3.3.2 模拟电路设计
• 3.3.3 中央处理模块的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 系统软件的总体设计
• 4.2 系统初始化
• 4.2.1 时钟的设置
• 4.2.2 计数器的设置
• 4.2.3 串行通信端口的设置
• 4.2.4 输入输出接口的设置
• 4.2.5 数模转换的设置
• 4.3 中央处理单元的软件设计
• 4.4 上位机界面的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于近红外的脑血氧检测的实验
• 5.1 系统功能性实验
• 5.1.1 系统的噪声
• 5.1.2 系统功能的持续性
• 5.1.3 系统的扰动
• 5.2 在体实验与噪声的分析
• 5.2.1 前臂阻断实验
• 5.2.2 脑血氧检测实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 硬件电路PCB
• 致谢