基于USB的近紅外腦組織血氧檢測系統(tǒng)的研制.pdf

1、作為重要的人體生理指標(biāo)，腦組織的血氧參數(shù)可以用于人體大腦功能的測試和相關(guān)功能的評估。目前指端脈搏血氧飽和度檢測、功能性磁共振成像(fMRI)、近紅外光譜(NIRS)等技術(shù)都可用于血氧參數(shù)的無損檢測，其中NIRS技術(shù)可以對腦氧進(jìn)行無損、實(shí)時、連續(xù)的監(jiān)測，克服了其他技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，成本較高，并不適用于對腦氧實(shí)時、連續(xù)的監(jiān)測等缺點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于康復(fù)醫(yī)學(xué)、運(yùn)動生理研究和腦機(jī)理研究等領(lǐng)域。
　　 NIRS組織血氧檢測技術(shù)首先在1977年

2、被J(o)bsis提出。在此以后特別是自20世紀(jì)90年代以來，隨著光電檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)的不斷推進(jìn)，NIRS組織血氧檢測技術(shù)也發(fā)展迅速。由于傳統(tǒng)的NIRS組織血氧檢測系統(tǒng)采用的是PCI總線插卡、并口和串口(RS-232)等，而目前通用串行總線(USB)接口因其易于擴(kuò)展、高帶寬以及安裝方便等優(yōu)點(diǎn)己逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的各種外設(shè)都越來越多地使用USB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此相比采用傳統(tǒng)接口的NIRS組織血

3、氧檢測系統(tǒng)，采用USB接口的系統(tǒng)會更有利于它在科學(xué)研究方面的應(yīng)用。
　　 基于USB接口的近紅外光譜血氧檢測系統(tǒng)選用760nm和850nm兩個波長的近紅外發(fā)光二極管，利用運(yùn)算放大器集成光敏管OPT101作為光電轉(zhuǎn)換器，在滿足測量需要的同時也降低了測量噪聲，采用以飛思卡爾半導(dǎo)體公司的8位單片機(jī)MC68HC908SR12為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集所測信號，并通過USB接口將結(jié)果上傳給PC機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)無損、實(shí)時、連續(xù)監(jiān)測人體組織的血氧參

4、數(shù)。
　　 系統(tǒng)的控制程序分為兩個部分：上位機(jī)程序和下位機(jī)程序。上位機(jī)程序是PC機(jī)上的USB驅(qū)動程序和應(yīng)用程序，主要負(fù)責(zé)建立與單片機(jī)的USB通信，發(fā)送控制指令和接受數(shù)據(jù)，同時顯示和保存數(shù)據(jù)。下位機(jī)程序是指單片機(jī)上的USB固件程序，主要負(fù)責(zé)近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集，建立與PC機(jī)的USB通信并上傳采集的數(shù)據(jù)。
　　 本文在人體組織光譜學(xué)理論的基礎(chǔ)上，闡明了NIRS技術(shù)解算組織血氧參數(shù)的理論方法即用修正的朗伯-比爾定律求解組織的血