基于近红外光谱技术的脑血氧检测

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS（电子科技大学图标）论文题目基于近红外光谱技术的脑血氧检测学科专业生物医学工程学号201121090318作者姓名徐文廷指导教师蒋田仔教授分类号密级注1UDC学位论文基于近红外光谱技术的脑血氧检测（题名和副题名）徐文廷（作者姓名）指导教师蒋田仔教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业生物医学工程提交论文日期2014.04论文答辩日期2014.05学位授予单位和日期

2、电子科技大学2014年06月27日答辩委员会主席李永杰评阅人李永杰郭大庆注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。BRAINBLOOD-OXYGENDETECTIONBASEDONNEAR-INFRAREDSPECTROSCOPYAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:BiomedicalEngineeringAuthor:WentingXuAdvisor:Prof.TianziJiangSchool:Schoolof

3、LifeScienceandTechnology独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借

4、阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要大脑功能中的神经血管耦合机制一直是脑科学研究的重要领域，脑血氧检测技术成为不可缺少的研究工具。在最近几十年的血氧检测技术发展过程中，功能近红外光谱技术（FNIRS）成为检测大脑活动中血氧变化的重要手段。该技术是通过检测组织光学参数的改变来反映血液中的氧合血红蛋白(Oxyhemoglobin,HbO)与还原血红蛋白(Deoxyhe

5、moglobin,HbR)的变化。与其它大脑皮层功能活动检测方法相比，功能近红外光谱技术不仅满足空间分辨率的要求，同时具有非常高的时间分辨率。而且该技术可以进行实时无创的脑功能活动监测，设备功耗小，检测费用低。相比于国外成熟的功能近红外光谱检测技术，国内的研究和发展相对落后，至今还没有产品化的功能近红外成像检测设备。本文研究实现的正是近红外光谱技术用于脑功能活动中的血氧变化检测系统。首先，本文阐述了功能近红外光谱检测技术的原理，对功能近红外光谱检测技术的应用特点和设计原则进行了总结。同时，本文还介绍了功能近红外光谱检测技术用于脑功能研

6、究的生理基础并分析了该技术的信号特点和应用优势。然后，本文重点介绍了基于近红外光谱技术的脑血氧检测系统的设计和实现。其中包括硬件功能设计中光源发射及传输的解决方法、利用合理有效的光电传感器对出射光信号的检测以及通道之间并行数据采集的实现和软件应用中各功能的流程设计。系统实现的过程中，还设计完成了血管阻断实验对本系统血氧信息采集的有效性进行了实际验证。其中，系统底层采集得到的电信号和实际数据求得的血氧信号都证明了系统的良好性能。此外，本文还提出了一种小波分析用于近红外任务实验中激活通道检测的方法，并通过模拟实验数据和真实实验数据的处理结

7、果和对比证明了该方法的可行性。最后，本文讨论了该系统开发过程中一些改进和优化，并探讨了功能近红外血氧检测与脑电同步联合采集的意义。关键词：功能近红外光谱技术，脑血氧检测，光源调制，光电检测IAbstractAbstractNeurovascularcouplingmechanismsinfunctionalbrainactivityhasalwaysbeenimportantareasofbrainscience.Functionalnear-infraredspectroscopy（FNIRS）hasbeenutilizedinth

8、erecentdecadesforexaminingfunctionalbrainactivitybymeasuringthechangesintheconcentrationsofoxygenatedanddeoxyg