利用可见近红外光谱技术的组织血氧饱和度无创检测方法

摘要

血氧饱和度指血液中氧合血红蛋白的含量占血红蛋白总量的百分比，人体组织血氧饱和度是指局部组织中各种微血管中血液的氧饱和度综合值，反映局部组织的氧合情况。无损、持续和快速监测人体组织中血氧饱和度具有十分重要的临床意义。本文在综述了血氧饱和度检测方法和光谱分析技术原理、发展现状的基础上，根据人体组织中血红蛋白的光学特性和光谱分析技术的特点，提出了一种利用可见近红外光谱分析技术的无创检测组织血氧饱和度的方法。主要研究工作内容如下:
　　(1)根据氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白在200～1000nm波段的吸收光谱特点，提出了一种利用可见近红外光谱技术检测血氧饱和度的方法，通过数据处理与建模手段对溶液中血红蛋白的血氧饱和度进行预测，从而可开发成无创检测组织中血液血氧饱和度的方法。
　　(2)建立了血红蛋白氧合实验系统并优化了系统参数，利用血红蛋白氧合模型对上述可见近红外光谱方法预测的血氧饱和度进行了定标，并分析了其中的影响因素。通过建立的可见近红外光谱回归模型就能对预测集样本的血氧饱和度进行预测。
　　(3)将所提出的方法应用于人体血液中的血氧饱和度检测。完成了血液红细胞氧合实验系统设计并优化了系统参数，在血液红细胞氧合体系中对上述可见近红外光谱方法预测的血氧饱和度进行了定标，并且对血液浓度等影响因素进行了分析。建立可见近红外光谱回归模型，能够对预测集样本的血氧饱和度进行预测，并对预测结果进行了分析。
　　实验结果表明，在检测血红蛋白溶液中血氧饱和度时，该方法对血氧饱和度的预测相对误差能保持在6％以内;在检测人体血液中的血氧饱和度时，大部分样本点处预测相对误差在10％以内。综上所述，本文研究的可见近红外光谱无损检测组织血氧饱和度的方法能够有效地用透射方式检测溶液中的血氧饱和度，可以进一步开发设计成为人体组织血氧饱和度的无创检测装置。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 血氧饱和度检测的研究背景

1．1．1 血氧饱和度

1．1．2 血氧饱和度检测意义

1．1．3 血氧饱和度当前检测方法

1．1．4 组织血氧无创检测方法的发展及难点

1．2 可见近红外光谱技术

1．2．1 光谱分析技术原理

1．2．2 近红外光谱技术的发展

1．2．3 光谱分析技术的特点

1．2．4 利用可见近红外光谱技术检测组织血氧的特点

1．3 本文主要内容及章节安排

第二章 利用可见近红外光谱技术的组织血氧饱和度检测原理

2．1 生物组织光学特性

2．1．1 人体组织主要吸光物质

2．1．2 组织光学特性参数

2．2 光谱数据处理与建模

2．2．1 异常点剔除

2．2．2 光谱预处理

2．2．3 分析谱区筛选

2．2．4 回归算法

2．2．5 模型评价指标

2．3 利用可见近红外光谱技术的组织血氧检测

2．4 小结

第三章 基于血红蛋白氧合模型的血氧饱和度检测方法

3．1 概述

3．2 针对血红蛋白氧合体系的实验系统设计

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验系统组成

3．3 针对血红蛋白氧合模型的血氧饱和度检测

3．3．1 实验系统参数的调整

3．3．2 血红蛋白溶液浓度对光谱特征的影响

3．3．3 脱氧方法对血氧饱和度的影响

3．3．4 血氧饱和度的定标

3．3．5 检测系统的评价

3．4 数据处理与分析

3．4．1 血氧饱和度回归模基的建立

3．4．2 血氧饱和度回归模型优化

3．4．3 血氧饱和度回归模型预测结果分析

3．5 小结

第四章 基于血液氧合模型的血氧饱和度检测方法

4．1 概述

4．2 针对血液红细胞氧合体系的实验系统设计

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验系统组成

4．3 针对血液氧合模型的血氧饱和度检测

4．3．1 血液浓度对光谱特征的影响

4．3．2 脱氧方法对血氧饱和度的影响

4．3．3 血氧饱和度定标

4．3．4 检测系统的评价

4．4 数据处理与分析

4．4．1 血氧饱和度回归模型蹩立

4．4．2 血氧饱和度回归模型优化

4．4．3 血氧饱和度回归模型预测结果分析

4．5 小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 研究展望

参考文献