近红外光谱法的脑组织温度无损检测方法

发布时间：2017-04-20 02:13

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【摘要】：无损检测颅脑温度有着很重要的意义,它既可以为检测人体核心温度提供一种新的方式,又可以实现一种无创测量温度的方法。无损高效地检测出颅脑内部温度可以为亚低温和其他医学治疗提供颅脑温度实时监测信息。而目前已存在的颅脑无损测温方式,无论是在安全可靠性上还是经济便携性上都存在着很多问题。利用近红外光谱测量生物组织光学参数的相关技术经济可靠,应用广泛,用于检测人体最重要的器官-颅脑也更加安全。本文的主要研究目标是无损测量出颅脑组织温度,在具体实验过程中使用与颅脑光学性质相似的溶液模型进行重复性测量。另外,由于颅脑中水的比例高达85%～90%,而纯水在波长740,840和970nm处的吸收波峰值会因温度的升高而产生规律性的增大和蓝移现象,所以选择纯水作为基础研究对象。本文选择600nm-1050nm作为研究波段,作为常用的生物组织频谱窗口,它对颅脑组织同样具有高穿透性。在设计和调整良好的光谱测量系统和温度测控系统上进行实验,测量出温度变化对纯水近红外吸收谱的影响,然后把温度精度0.5℃,范围27～44℃的175个纯水样本点分成校正集和预测集,利用PCR方法建立校正集与温度之间的多元线性校正模型之后,用SEC和相关系数验证了模型的有效性,SEP和相关系数验证了模型对预测集样本的预测能力,并在最后分析了不同主成分个数对校正模型的影响。研究最后配制了三种与颅脑光学性质类似的液态模型,在温度精度0.5℃,范围27～37℃的条件下,用与纯水实验类似的装置对三种溶液分别进行了光谱采集,然后通过SDS算法和水-温校正模型来预测出液态模型的温度,最后通过分析预测温度的精度及比较预测温度与测量温度的相关性对实验结果和校正模型进行了评价。研究结果表明,利用水的近红外吸收光谱对温度的敏感性,我们可以有效的预测出液态模型的温度,保证了预测误差小于1℃,证明了近红外光谱法无损预测颅脑组织温度的可行性,使得它在温度精度要求不高的诸如颅脑亚低温治疗等领域有着广泛的应用前景。
【关键词】：颅脑温度 无损预测 近红外光谱 多元回归分析 颅脑液态模型
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R741.044;TP274
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 人体器官温度研究的重要意义11-12
• 1.2 颅脑温度无损检测方法12-15
• 1.2.1 鼓膜温度测量法12-13
• 1.2.2 微波辐射温度测量法13-14
• 1.2.3 核磁共振温度测量法14
• 1.2.4 超声波温度测量法14-15
• 1.2.5 热补偿温度测量法15
• 1.3 近红外光谱无损温度检测15-18
• 1.3.1 近红外光谱技术的发展和应用16
• 1.3.2 近红外光谱的穿透能力16-17
• 1.3.3 近红外光谱的温度检测原理17-18
• 1.3.4 近红外光谱的温度检测特点18
• 1.4 本文的主要研究方向18-19
• 1.5 本文的主要内容19
• 1.6 本文的章节安排19-21
• 2 生物组织的光学参数及测量原理21-32
• 2.1 生物组织的光学参数21-26
• 2.1.1 吸收系数21-23
• 2.1.2 散射系数23
• 2.1.3 各向异性因子23-25
• 2.1.4 折射率25-26
• 2.2 生物组织中的主要近红外发色基团26-28
• 2.2.1 水26-27
• 2.2.2 血红蛋白27-28
• 2.2.3 脂类及其他基团28
• 2.3 生物组织中光传输特性及其测量技术28-31
• 2.3.1 混浊介质下的光传导模型和光扩散传导的近似理论28-29
• 2.3.2 生物组织光谱测量技术29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 针对纯水的近红外温度测量方法32-55
• 3.1 针对纯水的近红外温度测量系统的设计32-36
• 3.1.1 实验材料32
• 3.1.2 实验系统组成32-36
• 3.2 实验系统的调整36-41
• 3.2.1 光谱测量系统的调整36-37
• 3.2.2 温度测控系统的调整37-41
• 3.3 近红外纯水温度测量模型的建立41-54
• 3.3.1 针对不同温度媒质近红外光谱的测量方法41-44
• 3.3.2 针对不同温度媒质的近红外吸收谱的装置要求44-45
• 3.3.3 建立近红外光谱与温度的回归模型45-46
• 3.3.4 近红外纯水的吸收谱与温度关系的标定46-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 针对颅脑液态模型的近红外温度测量方法55-69
• 4.1 针对颅脑液态模型的近红外温度测量系统的设计55-56
• 4.1.1 实验材料55
• 4.1.2 实验系统组成和调整55-56
• 4.2 针对不同温度生理盐水的近红外吸收谱的检测56-60
• 4.3 针对不同温度血红蛋白溶液的近红外吸收谱的检测60-65
• 4.4 针对不同温度全血溶液的近红外吸收谱的检测65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 结论69-71
• 5.1 总结69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 蔡天净;唐瀚;;Savitzky-Golay平滑滤波器的最小二乘拟合原理综述[J];数字通信;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 戴丽娟;脑组织参数近红外实时在位微创测量技术及其应用研究[D];南京航空航天大学;2008年

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本文编号：317667