无创血液检测硕士论文开题报告ppt课件.ppt

无创血液参数测量的研究 硕士研究生学位论文中期检查 装置研制和实验建模 1 研究生姓名指导教师姓名李副教授专业精密仪器与机械研究方向光电检测与测控技术 2 研究工作进程的安排目前主要遇到的问题已经进行和完成的工作研究工作的目标和计划 3 研究工作进程的大致安排 4 在9月底完成前期的调研和熟悉原来电路的工作12月底完成对电路的改进完善和调试12月底到明年的3月底争取进行临床试验 并在此基础上完成试验数据的处理与分析明年的4月到6月完成论文的撰写与发表 5 目前主要遇到的问题和需要改进的地方 6 测头的改进 7 8 1993年 日本的田村守首先开始了利用NIRS的脑功能研究 同时用5台NIRS仪器在额叶左右处 左右颞叶处以及枕叶五处进行测量 对默算 回答问题 看图画 听音乐等功能测量获得了较多的数据 4 而日立中央研究所的牧敦等人则在一个大脑区域采用10点传输 接收人脑的光 对人手指动作时的脑功能状况进行监测 将脑地形图画出来 并形成静态及动态地形图 5 6 庆应大学工学部齐藤对NIRS的光传播进行了蒙特卡罗仿真计算已经得到一些颅骨的光学常数 7 88年以来利用NIRS的光CT ComputedTomography 研究已从萌芽发展到现在的百花争艳的局面 8 9 9 光CT研究中时间分辨率光谱法 散射光法等多种方法已经出现 STANFORD的D Bonaron还于1996年发表了新生儿头部的光CT像 10 日本的YokoHoshi于1997年发表论文探讨了休眠状态下脑血氧状态的波动的各种情况 11 左边的这副图是北海道大学用CT测量的结果 显示了人体的左右手指动作中脑部血氧的变化 10 我国在这一领域的研究刚刚起步 我们实验室长期以来 一直在做这方面的工作 有了很大的进展 华中理工大学 清华大学等院校在这一领域也都有所研究 但报道不多 左图是他们的测量方法 11 本课题的主要内容 本课题是在对无创血糖血氧理论研究的深入理解的基础上 对姚鹏同学的血氧测量仪和刘煜同学的血糖测量仪进行进一步的改造 主要是针对血氧测量仪的改造 他们都是采用光谱分析法 所以他们在采集电路和放大电路 以及后续的数据处理方面 出了在原理和公式有不同之外 大都可以相互通用 12 第一 在机械结构上进行改进 简化整个仪器的结构 第二 在硬件方面 消除由于各种干扰而导致的测量结果不精确 漂移较大的一些不足之处 提高信号强度 提高信噪比 第三 重新设计软件 使数据的输出可以即时地显示出来 而不是在采集和处理完之后才显示 这样可以在测量过程中进行更好地控制和操作 通过大量的实验 对各种数据进行检验和分析 对其中的重要参数进行评定 在此基础上初步建立数学模型 具体内容将在设计方案中再作进一步的详述 13 原理和研究方案 近红外光对人体有较强的透过能力 从头盖骨外照射的光经过组织后可再次在头盖骨外接受到 其穿透深度可多达大脑的20mm 下图显示的是探测光经过头部组织的一个示意图 4 1原理 14 图1入射光经过脑组织的示意图 15 在血红蛋白的本征吸收光谱内 没有或很少有血液或组织中其它成分的吸收 或者其它成分在它的特征光谱区内的吸收相对恒定 这样就可以测得在血液中主要以氧合血红蛋白 HbO2 和脱氧血红蛋白 Hb 形式存在的血氧的浓度 在近红外光谱区 人体表皮对光以吸收为主 因此可以忽略散射的影响 根据广义朗伯特 比尔定律 12 Lambert BeerLaw 可以得出生物体组织关于单色点光源的入射光强和透射光强的关系 做进一步变换 就可获得氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度的变化的关系式 16 上式为生物体组织关于单色点光源的入射光强和透射光强 的关系式 式中 0是单色点光源的入射光强 是单色点光源的透射光强 i是组织i的吸光系数 Ci x y z 是位于坐标 x y z 的组织的浓度 S是单色点光源的辐射路径 4 1 4 2 17 其中D1 D2 D3 代表 和的光密度 是通过测量可得出的值 由方程组 4 2 可求得和 即氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度的变化 经过变换得出 设两次测量的间隔时间为 则 4 3 18 4 2系统的结构 下面显示的是系统图 图2系统示意图 19 左图Somanetics公司的一个测量意图 我们采用相类似的方法 激光可以达到大脑的皮层 可以在另一处接受到 我们采用的是三种不同波长的激光光源 780 803和830nm 20 4 3过去系统中的一些不足之处和改进方案 21 首先是对硬件方面的改进 主要是对光源驱动部分的改进 为了保证激光器能正常发光 因此必须保证必须保证流过激光器的电流为正确的方向 这样 用来驱动的正弦信号必须加在一直流箝位上 这样才能提高电流的稳定性 而姚鹏同学只作了自动增益控制 Auto GainControl AGC 和自动功率控制 Auto PowerControl APC 来对保证LD的输出光功率中交流成分的稳定 而没有考虑到直流成分对光源的稳定也有很大的影响 在后面的实验中 由于没有考虑到直流温漂的影响 使得实验结果受温度的影响很大 以至于不能测得比较理想的数据 对后面的数学模型的建立造成了困难 因此 这里要改进的地方是对采用各种电路 来找到一种最好的消除这种直流温漂的方法 其次是对以前的一些电路进行一些改进设计 消除他们的一些飞线 22 以前的显示是在数据全部接受经过AD转换后 在经过计算机进行处理并一次全部显示出来 这样就不能实现即时地显示 因而不能对整个系统进行更好的控制和操作 所以对计算机的处理和显示要进行改进 重新设计软件 使数据的显示能够即时地显示出来 从而能够进行更好地控制和操作 23 实验部分将贯穿整个课题 通过大量实验对各种参数进行评定 这是工作中比较重要的一节 前面的同学由于时间紧迫 没有能够做大量的实验 而且由于仪器本身的缺陷 没有能够获得理想的数据 也没能建立起比较理想的数学模型 在国外的杂志中也看到了一些已经建立起来的数学模型 但经过实验后 觉得有些参数的选择不能达到要求 下面是在国外杂志上看到的由两名日本人建立的一个数学模型 13 24 25 由于他们采用过的是相同功率的激光器 所以在这里的几个参数在我们的实际实验中 不能得出比较正确的数值 因此 要对参数重新进行标定 这里要做各种实验 比如测量不同颜色的各种溶液对各种波长的激光的吸收率 测量在吸气或憋气时 得出的数据到底有什么变化 如果在有可能的情况下 希望能和生物系配合 作一些动物实验 通过作大量的实验后 希望能够通过这些数据建立起一个初步的数学模型 最后能在临床上在做进一步的验证 26 研究工作进度的大致安排 27 实验将贯穿整个工作中 28 预期研究成果 能够建立起一个计算血氧浓度的数学模型 能够制作出一套完整的血氧测量仪 在这些技术基础上完成一到两篇发表在核心期刊上论文 现在正在进行的一个项目是谐振式传感器的设计 争取能够申请到一个发明专利 29 参考文献 30 1 王强 无创伤红外光谱脑血氧监测仪 国外医学 21 1 pp 19 26 1998 2 JobsisFF Noninvasive InfraredMonitoringofCelebralandMyocardialOxygenSufficiencyandCirculatoryParameters Science 198 pp 1264 1267 1977 3 McCormickPW StewartM GeottingMG etal RegionalCerebravascularOxygenSaturationMeasuredByOpticalSpectroscopyinHumans Stroke 22pp 596 602 1991 4 田村守 光 用 生体 机能诊断 光CT Optronics No 6 pp 116 121 1994 31 5 AtsushiMaki YuichiYamashita YoshitoshiIto EijuWatanabeandYoshiakiMayanagi SpatialandtemporalanalysisofhumanmotoractivityusingnoninvasiveNIRtopography Med Phys 22 12 pp 1997 2005 19956 YuichiYamashita NoninvasiveNear InfraredTopographyofHumanBrainActivityusingIntensityModulationSpectroscopy OpticalEngineering 35 4 pp 1046 1049 1996 7 齐藤三廷 冈田英史 头部 近赤外光传播 一 一头盖骨 光学定数 数关 检讨一 医用电子生体 工学 35 特别号 pp 503 1997 32 8 稻场文男 光CT 现状 将来 医用电子生体 工学 pp 2 19969 春名正光 一 一 光CT 新展开一CW光 生体内 探 一 医用电子生体 工学 pp 2 199610 B Devarajetal AppliedPhysicsLetter 69pp 3671 3673 199611 Y Hoshi M Tamura Fluctuationsinthecerebraloxygenationstateduringtherestingperiodinfunctionalmappingstudiesofthehumanbrain Medical BiologicalEngineering Computing