骨骼肌代谢功能血运参数近红外组织无损检测方法

摘要

骨骼肌代谢功能血运参数近红外组织无损检测方法属于生物医学工程领域，其特征在于：针对不同测试对象(运动员和非运动员)和不同的肌肉组织的氧合血红蛋白变化量(ΔHbO₂)与还原血红蛋白变化量(ΔHb)的检测选择合适的检测距离，并给出可以评定肌肉组织氧代谢能力的参数的检测步骤，算法及系统设计。传感器可以由3个发光二极管和一个光电接收器构成。整个测试系统含有传感器以及由前置放大电路、A/D转换器、嵌入式微控制器、电源及液晶和触摸屏。它具有检测灵敏度高、检测系统结构简单的优点。

主权项

1、骨骼肌代谢功能血运参数近红外组织无损检测方法，包括用近红外双波长光谱方法检测生物组织中的合氧及还原的血红蛋白的变化量，其特征在于：它使用三个各自能分别发射波长为λ₁的红光和波长为λ₂的红外光的发光管与位于一侧的光电接收管组成传感器，三个发光管与光电接收器的中心距d至少为30mm，40mm和50mm，检测时根据外层组织的类型从中选取具有相应的中心距的发光二极管，并只命令此发光二极管发光，根据检测到的波长分别为λ₁、λ₂的光密度OD^λi，i＝1，2，来分别计算两个相邻采样时刻的合氧血红蛋白浓度的和还原血红蛋白浓度的改变量ΔCHbO2、ΔCHb，及血量变化ΔBV＝ΔCHbO2+ΔCHb；在负荷递增运动实验条件下，同步记录心率值，把每级负荷下所计算得到的ΔBV的变化量除以每级负荷下心率变化值，便可得到用于评定运动中组织血氧代谢能力的参数；以上所述的方法依次有以下步骤：(1)根据测试的对象和测试的部位，用超声方法测定外层组织厚度根据外层组织的厚度择定一个与光电接收管的距离d的发光二极管；(2)测试对象在功率自行车上静止1分钟，用通用的心率计测试心率HR并记录并记录ΔBV的基线值，经以下以下步骤检测并计算出ΔBV。(2.1)检测在已选定的发光管与光电接收管的中心距离下光密度值OD^λii＝1，2；其中，I_入为光源功率，I_出是入射光经过生物组织散射之后，光电接收管收到的光功率；(2.2)检测血氧状态随时间变化过程中，两个相邻采样间隔的光密度OD^λi之差OD_k^λi ${\mathrm{\Delta OD}}_k^{\mathrm{\lambda i}}={\mathrm{OD}}_{t+1}^{\mathrm{\lambda i}}-{\mathrm{OD}}_t^{\mathrm{\lambda i}}$其中，OD_t^λi和OD_t+1^λi分别为波长为λ_i时，在t时刻及其后的t+1时刻的光密度之差；(2.3)血氧状态随时间变化过程中，两个相邻采样时刻下，合氧血红蛋白的浓度变化是ΔCHbO2、还原血红蛋白浓度变化是ΔCHb和血量变化ΔBV，可用以下公式算出： ${\mathrm{\Delta CHbO}}_2={\alpha }_1{\mathrm{\Delta OD}}_k^{{\lambda }_i}-{\alpha }_2{\mathrm{\Delta OD}}_k^{{\lambda }_2}$ $\mathrm{\Delta CHb}={\alpha }_3{\mathrm{\Delta OD}}_k^{{\lambda }_1}-{\alpha }_4\mathrm{\Delta O}{D}_k^{{\lambda }_2}$ΔBV＝ΔCHbO2+ΔCHb其中α₁-α₄为常数但与波长有关的，波长为λ₁下α₁为-1.6～-2.5，α₃为2.6～3.85波长为λ₂下α₂为-2.5～-3.6，α₄为0.6～1.6(3)为了得到评定肌肉血氧代谢的动态参数，受试者按每级50W做负荷递增运动，用步骤(2)所述的方法记录每级负荷下运动过程的ΔBV的值，同步记录每级负荷下心率HR。(4)计算出每级负荷ΔBV的改变量ΔBV_j，计算出每级负荷ΔHR的改变量ΔHR_j，计算出代表组织血氧代谢能力的参数oxy。 $\mathrm{oxy}=\frac{{\mathrm{\Delta BV}}_j}{{\mathrm{\Delta HR}}_j}$j表示运动负荷的级数