反射式红外光谱组织血氧计传感器设计.doc

反射式红外光谱组织血氧计传感器设计    王强王跃华林淑娟罗致诚徐圣普提要描述了一种可用于全身体表各部位监测组织血氧状态的反射式光电传感器的设计,并应用此传感器分别进行了脑血氧和肌血氧状态的测量,获得有意义的实验结果,证实设计的合理性和可行性。关键词红外光谱技术组织血氧计反射式光电传感器TheDesignofaReflectionSensorofNIRSTissueOximetryWangQiang WangYuehua LinShujuan LuoZhicheng XuShengpuInstituteofBiomedicalEngineering,ChineseAcademyofMedicalScience&PekingUnionMedicalUniversity ABSTRACT Adesignofthereflectionlight-,andmanyusefulinformationshavebeenacquiredThereforeTheabove-mentioneddesignisreasonalleandFeasikle. KEYWORDS TechniqueofNIRS TissueOximetry ReflectionLight-ElectricSensor. 缺血和缺氧是导致许多疾病的根源,严重时直接危及人的生命。利用红外光谱光电法研究人体组织血氧和供血状态具有安全可靠、连续实时及无损伤的特点,有广泛的研究与应用前景。生物组织在红光、红外光区(600nm—1000nm)是相对透明的,红光、红外光甚至能穿透头皮、头骨,深入到脑内数厘米。组织是具有高散射系数的物质,组织的散射作用使光子运动在组织中呈现随机性,形成(a)透射或前向散射光、(b)反射光或后向散射光(图1)。组织中一些特殊物质如血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素aa3等,它们有着依赖于波长的吸收特性,对透射光和反射光强度影响极大。普通组织透射和反射光谱强烈依赖于血红蛋白的吸收光谱,这是因为组织中血红蛋白的浓度远远高于其它吸光物质的浓度。对组织的透射光或反射光进行分析,都可获得组织血氧状态的信息,因而血氧计传感器的研制,也分为透射式和反射式。图1 透射或前向散射和反射或后向散射原理示意图透射式传感器用于指尖和耳垂处测量,有着相对固定的检测区域,这些部位光源到接收器距离相对较短,因而光接收器所接受到的光信号较强,有较好信噪比,传感器设计较为简单,为目前大多数脉搏血氧计所采用的方法。如今,利用红外光谱双光束测量原理的脉搏血氧计测量动脉血氧饱和度的方法已为大部分手术室和监护室所接受,成为医院必备的仪器。脉搏血氧计采用如图2所示的透射式测量探头。使用时探头套在指尖或夹在耳垂上。然而,采用透射原理的传感器设计,只能局限于指尖和耳垂等有限部位进行测量,不能实现体表大多数部位无损检测动脉血氧饱和度。图2 透射式脉搏血氧计探头示意图从指尖或耳垂处测得