基于光电容积脉搏波法血氧饱和度测量系统研究

血氧饱和度是人体一项重要的生理参数。目前,血氧饱和度检测方法分为有创血氧饱和度检测和基于光电容积脉搏波法的无创血氧饱和度检测。其中,基于光电容积脉搏波法的无创血氧饱和度研究模型采用人体光电容积脉搏波信号作为信息载体进行无创连续的血氧饱和度的检测。该文综述了基于血液容积波法无创血氧饱和度测量原理及测量系统;重点介绍了反射式血氧饱和度检测系统;并对影响血液容积波法无创血氧饱和度测量系统准确性的相关因素进行了归纳与总结。     

基于脉搏色素法/近红外光谱术测量脑血流参数

采用传统的热稀释法和指示剂稀释法测量脑血流参数(cerebral blood flow,CBF)需要导管插植和定时采血,会对机体造成一定的损伤。本文针对上述测量方法存在的有创且操作复杂等问题,提出了一种基于Fick定律和朗伯比尔定律的快速、无创脑血流测量方法。该方法基于脉搏色素法/近红外光谱术(PDD-NIRS)技术,选用吲哚氰绿(indocyanine green,ICG)作为指示剂,通过对脑部和动脉ICG引入量的计算得到CBF。为验证模型的正确性,采用成年白兔进行了动物实验。对白兔静脉快速推注ICG色素,应用PDD-NIRS方法测量其CBF,然后计算出CBF值。实验显示;应用PDDNIRS方法测得的CBF相对误差为2%~4%,验证了该方法测量CBF的可行性;临床对比测量显示其平均误差满足临床诊断要求。该方法为临床诊断心脑血管疾病以及临床脑血流监护提供了有益的参考手段。     

基于脉搏波传导时间的血压检测研究进展

为了能够更加清楚地了解一种可以连续测量的非接触式血压检测方法,介绍了基于脉搏波传导时间的能够在不接触身体的情况下完成的血压测量方法。详细叙述了采用脉搏波进行血压测量的发展史和两种不同的测量脉搏波传导时间的方法,以及基于两种测量方法的特征点提取和建模分析、血压计算方法等,并比较两种方法的优缺点。最后对采用脉搏波测量更多的生理参数进行了展望。     

光电容积脉搏波无创测量人体血液成分的评估

为了评估光电容积脉搏波法在人体血液主要成分检测方面的精度水平,基于朗伯比尔定律及简化的光电容积脉搏波法测量模型,给出了物质成分测量的极限分辨浓度公式。对公式中的三个要素,即人体测量时的光强信噪比、光程、被测物质的摩尔消光系数进行了评估,获得了理论上光电脉搏波法对血红蛋白、白蛋白、血糖的极限分辨浓度。评估结果表明,光电容积脉搏波法可以测量的血红蛋白、白蛋白和血糖的极限分辨浓度水平分别约为100mg/dL,5000mg/dL以及10 000mg/dL。将该评价结果与现阶段临床需要的检测精度进行对比,可知光电容积脉搏波法能够满足需求,有望实现对血红蛋白的无创检测。     

基于光电容积脉搏波的血压测量实验研究

针对电子血压计不能实现血压的无创连续测量的问题,提出了一种基于光电容积传感技术和平稳小波算法的无创血压测量方法。利用搭建的光电容积脉搏波采集系统采集人体指尖的脉搏波信号,并进行了分析。通过SWT对脉搏波信号进行了分解,重构了第5层高频信号,提取了该重构信号的10个特征参数作为ANN的矢量输入,脉搏波对应的收缩压和舒张压作为ANN的矢量输出进行了训练拟合。实验总共分析了不同人群的10 700个脉搏波信号,利用其中的10 000个信号建立了特征参数与血压的模型,通过剩余的700个信号对建立的模型进行了测试,并且将测试误差与美国医疗器械促进协会(AAMI)规定的标准进行了比较。实验结果表明:通过该方法可实现血压的无创连续测量,为智能穿戴等健康监护设备中进行血压的实时监测提供一定的参考价值。     

基于微流控和酶比色的微创血糖连续检测仪

连续血糖检测对糖尿病的诊断与治疗具有十分重要的意义。本文设计了一种集成化、自动化的微创血糖连续检测仪器,该仪器通过微流控芯片透皮抽取组织液,利用单片机精确测量透皮抽取组织液的体积,并采用酶比色法检测组织液的葡萄糖浓度,利用组织液与血液的葡萄糖浓度相关性实现连续血糖检测。由于透皮抽取的组织液体积很小且分散在皮肤表面,为了便于收集,利用生理盐水对抽取出的组织液进行稀释,稀释后的组织液中葡萄糖浓度在3～50mg/dL。为了测量低浓度葡萄糖,实验选取了1～50mg/dL中的10个浓度的葡萄糖溶液进行吸光度测量,根据光谱数据与葡萄糖浓度建立吸光度模型,结果表明该酶比色检测方法在1～50mg/dL葡萄糖浓度内具有良好的线性度,测量相对标准偏差小于0.65%。该仪器能够实现自动化控制,为糖尿病的诊断提供依据,在微创血糖连续检测领域具有良好的应用前景。     

血红蛋白浓度的光学测量方法与装置

为了实现全血中血红蛋白浓度的精确测定,研制了便携式血红蛋白浓度光学测量系统,对该系统的测量机理、浓度计算公式、药剂微片、测量装置及控制系统进行了研究.首先,基于叠氮高铁血红蛋白溶液的吸收光谱曲线设计了二次吸收测量机理,并明确了浓度计算公式.然后,设计了供光学测量的微片,对微片进行亲水处理以确保全血毛细吸附,并预填指定配方的药剂,光学容腔的公差可确保光学测量的精度与一致性.最后,给出了测量装置与控制系统的详细方案.该装置可在30～60 s内实现未稀释未溶血全血的在线快速测量.临床试验表明,该方法与氰化高铁血红蛋白法相关性可达0.983 6,准确性达96.32%.该测定仪具有便携、无毒和在线快速检测等特点,适用于移动采供血、运动员机能评定以及家庭保健等.     

血红蛋白浓度的光学测量方法与装置研究

血红蛋白测定是临床测定最广的项目之一,很有必要研制一种无毒害的便携精确测定装置用于移动采血和健康监护等环境。本文基于叠氮高铁血红蛋白溶液的吸收光谱曲线设计了二次吸收测量机理,并明确了浓度计算公式;基于该测量方法研制了便携式血红蛋白浓度定量测定装置,并阐述了装置中药剂容腔微片、测量装置与控制系统的详细方案;该装置采用一次性的配药微片可在30-60秒内实现未稀释未溶血全血的在线快速测量。临床试验表明,对比氰化高铁血红蛋白法相关性可达0.9836,准确性达到96.32%。利用该测定仪的便携性、在线快速检测特性,可广泛应用于移动采供血机构、运动员机能评定以及家庭保健等。     

基于射频信号的非接触式血压监测系统

提出了一种基于射频信号的非接触式血压检测方法,设计了血压检测系统并进行了数据的测试及分析。主要针对传统袖带式血压计对于特殊人群使用不方便以及现有血压检测主流方法中光信号易受干扰、测量不准确、需要跟身体接触等问题进行了方法探究。系统发射射频信号到身体上的待检测点,然后采集反射回来的信号,由多普勒效应原理可以得到脉搏波传导的波形图,并计算脉搏波传导时间,代入血压计算模型中,得到血压值,从而实现非接触式连续检测、监测。实验结果证明,该装置可以实现对血压的非接触式连续检测和监测,为便携式可穿戴式血压测量及实时监测设备提供了可参考的实施方法。     

猪肉背膘中3-甲基吲哚测定方法的研究

3-甲基吲哚即粪臭素，是小肠中未消化的蛋白质在大肠厌氧微生物作用下的产物之一，对未阉割的公猪肉品质有显著的负面影响。本次实验就对猪肉背膘中3-甲基吲哚的测定方法进行了研究。结果为：标样浓度在120ng／ml范围内线性良好，回收率在97％左右，样品相对偏差在3％以下。表明该方法的灵敏度和准确度均较好。     

SF6气体泄漏环境在线智能检测系统的设计

为实现SF6气体实时在线准确检测,提出了采用红外光谱吸收技术在线检测SF6气体泄漏的设计方案,给出了系统的硬件和软件的设计.通过对传感器信号进行温度补偿和压力补偿,有效提高了传感器的测量精度和灵敏度.利用改进的RS-485通信和数据帧,实现了数据实时、快速、精确传输.现场测试表明,系统性能稳定、寿命长、测量精确、误报率低.测量范围0 ～5000 ppm(1 ppm=10-6),灵敏度1 ppm.可广泛应用于测量SF6气体浓度的场合.     

单组分染料浓度光量子隧穿软测量模型研究

针对基于Lambert-Beer定律的分光光度计测量深颜色,高浓度染液存在的精度低,结果不稳定等问题,提出一种软测量模型,将单色光看作光量子,将染料分子视为一维谐振子势垒,应用薛定谔方程求解出光量子隧穿染液的透射率,得到吸光度与染液浓度,测试光波长的数学模型.在测试光波长400～700 nm范围内对模型进行简化,并由最大吸光度及对应的波长得到染液浓度与最大吸光度的软测量模型,用最小二乘法确定具体染料的模型系数,实现由最大吸光度测量染料浓度.本文的单组分染料浓度光量子隧穿软测量模型从光量子与染料分子的微观作用解释了Lambert-Beer定律的选择吸收性,对于深颜色,高浓度染液的浓度预测有更好的效果,扩大了分光光度计对染液浓度的测量范围,提高了测量精度.     

差分吸收NO_2激光雷达波长漂移和能量波动对浓度反演的影响

为评估差分吸收二氧化氮激光雷达中激光器的稳定性对反演浓度的影响,以NO_2的吸收谱和激光雷达方程为基础,分析了波长漂移和能量波动对距离分辨差分吸收激光雷达浓度反演带来的相对误差。采用两台Nd:YAG激光器的354.7nm波长分别泵浦两台染料激光器的方式,产生差分吸收探测所需的两个波长λon(448.10nm)和λoff(446.80nm),搭建探测大气NO_2实验系统,并就波长漂移和能量波动对NO_2浓度反演影响进行了实验验证。实验结果表明:在没有稳频条件下,当λon和λoff波长漂移≤0.005nm时,引起的浓度相对误差为≤3%;能量波动对反演浓度没有影响,但能量降低减小探测距离,当能量下降≤5%时,探测距离≤100m,实验结果与理论计算基本一致。最后,开展了大气NO_2浓度实验观测,获得实验期间水平及垂直高度0.5~3km内NO_2浓度的分布廓线,系统稳定可靠。本方法为实用化NO_2差分吸收激光雷达的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

基于红外吸收光谱的甲醛气体浓度检测

针对传统甲醛气体检测的不足,基于红外光谱吸收原理,采用差分吸收技术设计了甲醛气体浓度探测系统。该方法对检测的甲醛气体光谱值以及供电电压进行模数转换,通过光学检测系统对甲醛气体浓度进行检测,利用虚拟仪器LabVIEW软件实现数据采集、数据处理及数据存储与回放等功能。具有操作简单,界面直观,人机友好的特点,能对室内甲醛气体浓度进行实时检测。     

基于高精细腔技术的红外吸收光谱型气体传感器

对红外吸收型气体传感器的工作原理进行了分析,设计了一种基于高精细腔技术的红外吸收光谱型气体传感器.并对设计的传感器进行了实验验证,结果显示在通入浓度为20 ppm的H_2S气体时能达到40的信噪比,测量结果准确;在低浓度时测量有一定的偏差.测量的浓度波动小于3 ppm.     

光纤色散法测量闪烁体脉冲光谱

提出了一种利用光纤波长色散测量脉冲光谱的方法.由于具有较宽光谱的脉冲光在一定长度的光纤中传播时会发生波形展宽,需要根据测量和标定结果校正展宽的波形才能得到光源的实际光谱曲线.标定时首先利用ps级脉冲光源对测量系统进行时间响应标定,得到系统的时间响应函数;接着测量不同波长光的走时,得到不同波长的群折射率;最后测量光纤中的光谱衰减,得到各种波长的相对衰减或传输效率.利用以上3个标定结果,对波形进行数字逆卷积,并进行走时校正和衰减系数校正,即可对所得到的波形进行恢复.经实验测量和数据处理,得到了一种红光闪烁体的发光光谱曲线,其中心波长与用其他方法测到的中心波长的差小于2 nm,谱线形状基本一致.研究显示,在脉冲光的脉冲宽度远小于其色散展宽时,可以利用光纤的波长色散对脉冲光的光谱进行测量.     

基于NDIR原理单光源单光路实现多组分测量的技术开发

为满足以较经济的成本进行多种组分测量分析,对基于NDIR原理工作的测量仪器本研究通过设置不同谱带的滤光技术,解决了单光源单光路条件下多种不同气体对红外吸收谱带问题。此创新设计中的关键内容是红外光源发生装置的改进设计以及光源调制马达的定位,以解决其润滑挥发组分引起的对红外吸收的扰动;此外,将原固定的单个滤光片重新设计为可轮转的滤光器结构,实现在对红外光线进行调制的同时,展宽了具有针对性的红外吸收谱带,给出了样气中不同组分的红外吸收频段;找到了滤光器精密启动定位运行的新算法和控制技术,相应地也进行了硬件支撑平台的重新设计。     

神经递质与代谢物混合物的太赫兹波谱的识别与量化

针对神经细胞中常见的三种神经递质(γ-氨基丁酸,L-谷氨酸,盐酸多巴胺)以及两种代谢产物(肌酸,肌醇),运用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)对上述物质各自的纯品进行了特征谱线测量。测量结果表明,这五种物质在远红外波段具有明显且独特的吸收谱线,而同一种物质不同浓度的吸收系数符合朗伯-比尔定律。此外,从这五种物质中任取几种进行不同比例的混合,并对混合物的谱线进行了测量,通过最小二乘法等算法倒推,可以对每一种物质的含量及比例进行准确推定。结果表明,物质含量推定的准确率,两种物质混合时为97%以上,三种物质混合时为95%以上,四种物质混合时为94%以上。这一结果对于癌细胞的早期诊断和治疗具有重要意义。