利用近红外光谱检测多层组织血氧饱和度的研究

利用近红外光谱无创检测生物组织血氧饱和状态,是一种极富研究和应用前景的检测技术,在临床检测中被广泛应用.但常规临床检测应用于指端仅反映局部血氧饱和度信息,在使用中具有局限性,信号的可信度也存在质疑.该文提出了一种采用反射式脉搏血氧饱和度检测技术检测生物多层组织氧合状况的新方法,该方法通过调节入射光强以适应解剖学中生物组织多层结构的检测.应用该方法针对手指结构的实验结果表明,随着入射光强的改变,反映血氧饱和状态的光电脉搏波信号有显著变化.结合手指解剖学分析表明,光电脉搏波信号的变化与手指的多层面组织结构相对应,反映不同层面血氧饱和状态.这一特点表明,通过此法可以针对生物组织的多层结构进行测量.     

反射式血氧饱和度检测方法的研究

近红外光谱技术可实现组织中血氧代谢的实时无损伤在体测量, 在生物医学领域得到了广泛应用。 本文利用红光、红外光双光束对指尖进行了基于反射式原理的血氧饱和度(SPO2)检测。通过改变入射光的强度, 并在距入射光1.5cm处采集其反射信号, 观察光强变化对光学体积描记（PPG）信号的影响。实验表明在入射光强不同时, 光到达生物组织层次不同, 所得信号幅度、信噪比都不同。以此提出改变光强法来检测组织不同层次的血氧饱和度。     

频域近红外光谱方法定量测量组织氧饱和度

通过精确测量光子密度波的相位延迟和幅度衰减,借助于一个光学参数已知的校准模型,可以定量检测组织的光学吸收参数和约化散射系数.通过测量多个波长下组织的吸收系数,就可以进一步求解出人体局部组织的血氧饱和度.血液－酵母溶液仿真模型和前臂动脉阻断实验的结果都表明该三波长的频域近红外光谱系统可以实时定量地检测组织氧饱和度的动态变化情况.     

近红外光谱方法在颌面外科皮瓣移植术后监测中的应用

近红外光谱技术作为一种无创组织氧监测手段,近年来在整形外科手术术后监测方面得到了越来越多的重视。文章利用一套近红外无损组织氧检测系统对6例手术成功病例的移植皮瓣侧和对照侧正常组织内的氧饱和度进行了长时间对比监测,发现两侧的组织氧饱和度之间存在显著性差异。还对一例血管吻合失败的病例下颌部的多个位置进行了检测,发现坏死部位的氧饱和度和正常组织相比处于很低的水平。实验结果表明,近红外光谱检测技术对于皮瓣内的血氧浓度动态变化具有很好的灵敏度,在移植皮瓣的术后监测方面具有良好的应用前景。     

近红外光谱技术在微生物检测中的应用进展

近红外光谱作为一种无损检测技术被广泛应用于农业、制药、食品等领域的多组分品质快速监测。微生物的快速准确检测,在临床诊断、制药和食品加工等领域一直是一个难题。微生物菌体细胞壁、细胞膜及细胞内生物大分子和水的近红外光谱具有高度特异性,因此可以使用近红外光谱快速识别和分类不同的微生物。通过对相关文献的归纳整理与分析提炼,对近红外光谱技术在微生物检测中的研究进展做综述。对微生物的基本知识和近红外光谱技术鉴定微生物的基本原理进行了介绍,并重点综述了近红外光谱技术在微生物分类、食源性微生物检测和成像微生物检测等方面的国内外研究进展,最后对近红外光谱技术目前存在的问题和未来的应用前景进行了展望,以期为今后在微生物检测领域更好地利用近红外光谱提供参考。     

利用近红外光谱监测皮肤血氧输运

利用近红外光谱无创监测移植手术的皮瓣成活状况，是近红外组织氧检测技术的最新应用之一，本文介绍子我们设计的利用光纤传导的近外皮肤血氧监测系统。该系统可以灵活调整光谱－探测器间距以适应皮层检测。利用该系统进行的前臂皮皮肤阻断试验中，静脉阻断时皮肤内有显著的血液充盈现现象，全阻断时氧含量明显下降，实验表明，利用近红外光谱法监测瓣血氧输运情况是非常有效的，特别是可以比较好地监测脉回流情况。     

新生儿脑部光学参数的无损检测

生物组织的光学参数与组织中各种生化、生理以及病理过程密切相关。利用频域近红外光谱技术,使用一个140 MHz的射频振荡源对不同波长的半导体激光管进行调制,通过精确测量距离光源一定距离处光子密度波的相位延迟和幅度衰减,并借助于一个光学参数已知的校准模型,实现了对23个新生儿头部组织光学参数的定量测量。并且根据两个波长(788和832 nm)下的吸收系数的测量结果进一步得到了新生儿脑部组织的生理学参数。实验结果表明,这种便携式的频域近红外光谱系统可以有效地获取新生儿头部的光学和生理学参数。     

离散粒子群优化算法在硅钢涂层近红外光谱厚度检测中的应用研究

提出一种基于粒子群优化算法实现的硅钢涂层厚度近红外光谱检测新方法.首先,采用近红外光谱仪采集获得了硅钢表面绝缘涂层的近红外光谱,然后,采用离散粒子群算法筛选出近红外光谱数据的最佳波长变量并组成新的光谱数据,最后,建立涂层厚度的核偏最小二乘定量分析模型.实验显示,所建定最分析模型对检验样本分析的绝对误差范围为-0.12～...     

激光应用 激光医学

R318．51 2005053383 频域近红外光谱方法定量测量组织氧饱和度=Quantita- tive determination of the tissue oxygen saturation using fre- quency-domain near-infrared spectroscopy[刊,中]／赵军 (清华大学生物医学工程系．北京(100084)),丁海曙…∥ 光子学报．-2005,34(3)．-386-389 通过精确测量光子密度波的相位延迟和幅度衰减,借 助于一个光学参数已知的校准模型,可以定量检测组织的 光学吸收参数和约化散射系数。通过测量多个波长下组 织的吸收系数,就可以进一步求解出人体局部组织的血氧 饱和度。血液-酵母溶液仿真模型和前臂动脉阻断实验的 结果都表明该三波长的频域近红外光谱系统可以实时定 量地检测组织氧饱和度的动态变化情况。图4参13(严 寒)     

基于近红外光谱的鲜味物质与鲜味强度检测

对近红外光谱(NIRS)分析技术结合化学计量学方法定量检测混合溶液中鲜味物质浓度及其鲜味强度的可行性进行探讨。以谷氨酸钠与肌苷酸二钠所构成的鲜味物质混合溶液为研究对象,获取不同鲜味强度的样本并采集其近红外光谱数据。基于偏最小二乘回归法结合竞争性自适应移动窗口区间组合(CMIC)新算法,以及多种常用变量优化算法分别建立混合溶液中鲜味物质浓度和混合溶液鲜味强度的检测模型。实验结果表明,最优的混合溶液中鲜味物质浓度和混合溶液鲜味强度检测模型均是基于CMIC算法建立的简化模型,预测决定系数分别为0.8886、0.9182和0.8097。因此,NIRS分析技术结合化学计量学方法可应用于定量检测混合溶液中鲜味物质浓度及其鲜味强度。     

Measurement of Cerebral Optical Pathlength as a Function of Oxygenation Using Near-infrared Time-resolved Spectroscopy in a Piglet Model of Hypoxia

Near-infrared spectroscopy (NIRS) has been used for measurement of changes in cerebral hemoglobin concentrations in neonates to study cerebral oxygenation and hemodynamics. In this study, measurements by time-resolved reflectance spectroscopy (TRS) were performed in a piglet model with various degrees of cerebral oxygenation to estimate the differential pathlength factor (DPF). A portable three-wavelength TRS system (TRS-10, Hamamatsu Photonics K.K.) with a probe attached to the head of a piglet was used. Eleven newborn piglets were anesthetized and respired by a ventilator to induce stepwise hypoxia loading. The DPF showed positive linear relationship with arterial hemoglobin (Hb) oxygen saturation and sagittal sinus venous Hb oxygen saturation at 761 and 795 nm. The DPF at 835 nm also showed very slight positive linear relationship with arterial hemoglobin oxygen saturation. The DPF values obtained in this study should contribute to a better understanding of noninvasive measurements by NIRS in neonates.     

压疮易患组织的血氧参量近红外光谱法监测及压力影响分析

利用近红外光谱法检测压疮易患组织血氧参数随压力的变化,评估压力对血氧参数的影响.方法:实验人员30名,其中老年人10人(平均年龄73.4 y),脊椎损伤病人10人(平均年龄32 y),健康青年人10名(平均年龄25 y).以此分三组,健康青年人为对照组.应用近红外光谱法测量血氧变化.在静息状态下对实验者开始检测20 m...     

利用频域近红外光谱仪和磁共振谱仪测量骨骼肌能量代谢

利用频域近红外光谱技术(NIRS)可以实现生物组织光学参数的实时定量测量。由于生物组织的吸收系数与组织中的血红蛋白的合氧状态有关,使得频域近红外光谱技术可以用来无损测量肌肉组织中与能量代谢过程密切相关的氧气供应与消耗这个动态平衡过程。磷磁共振谱仪(31P-MRS)是无损检测骨骼肌能量代谢的金标准。为了研究细胞内pH值(pHi)对磷酸肌酸重新合成和氧合血红蛋白恢复过程的影响,作者利用频域NIRS和31P-MRS联合进行了健康成人的踝关节曲展(plantar flexion)实验。通过动脉阻断和长时间全力运动尽量降低肌肉组织细胞内pH值。对照结果表明,细胞环境酸化(pHi=6.42)明显地延长了运动停止后磷酸肌酸的重新合成和氧合血红蛋白的恢复过程。     

近红外空间分辨光谱技术及其对新生猪脑缺氧缺血的检测

近红外光谱(NIRS)技术作为一种无创的组织氧检测手段,近年来在脑缺氧缺血的检测方面日益受到重视。文章介绍了自行研制的NIRS仪器(TSAH-100近红外组织血氧无损监测仪)的基本原理及用于新生猪脑氧检测时如何实现传感器与待测脑组织的最佳耦合。检测了28例新生猪在不同氧合状态下的脑组织氧饱和度(regional cerebral oxygen saturation, rSO₂),在缺氧结束后进行了有创的动脉氧饱和度及生理参数的检测。结果表明,NIRS无创测得的脑rSO₂与血气分析有创测得的动脉血氧饱和度(SaO₂)有很好的相关性(p<0.001),并且脑rSO₂与缺氧程度及缺氧后生理参数的变化一致。因此NIRS无创测得的脑rSO₂能直接判断脑氧合状态,可在一定情况下替代有创血气分析,帮助临床无创、简便地诊断脑缺氧缺血。     

近红外漫反射光谱法测定整粒小麦单株蛋白质含量

应用近红外漫反射光谱技术(波长为1 100～2 498 nm,分辨率为2 nm),以整粒小麦为材料建立适合于小麦单株分析的蛋白质含量分析系统。首先选取籽粒蛋白质含量具有梯度差异的小麦样品,然后对样品扫描得到原始光谱信息,通过散射校正及数学处理来消除原始光谱噪声,最后分别采用多元线性回归、主成分分析法和偏最小二乘法法建立回归方程。结果表明,优化各项参数后,光谱经过标准乘性散射校正和一阶导数处理后,回归分析采用修正的偏最小二乘法(MPLS)得到的定标模型效果最佳。最终得到的预测方程定标相关系数(RSQ)、交叉验证标准误差(SECV)、交叉验证相关系数(1-VR)分别为0.94,0.42,0.87。数学模型经过验证样品集检验,预测相关系数达到0.88。该模型达到了快速、无损分析单株小麦的要求,非常适合于品质育种的早代选择。     

用近红外漫反射光谱检测肉品新鲜度的初步研究

挥发性盐基氮一直以来是评定肉品新鲜程度的重要指标,通常其测定依据是半微量凯氏定氮法,这难以满足当前肉品快速非破坏性的检测要求。文章通过近红外漫反射光谱法(NIRS)建立了挥发性盐基氮(TVB-N)的预测模型,并通过聚类分析方法对光谱数据进行了分类处理。结果表明当猪肉样品中TVB-N含量超过11.6 mg·(100g)-1时,可以判定该肉品为次鲜肉,采用近红外漫反射光谱法建立预测模型,能够实现对肉品的新鲜程度非破坏性、快速检测。     

Coherent Derivation of Equations for Differential Spectroscopy and Spatially Resolved Spectroscopy: An Undergraduate Tutorial

Near-infrared spectroscopy (NIRS) is a spectroscopic method that is frequently used in health care and sports medicine to monitor oxygenation parameters in biological tissue. This tutorial provides a coherent derivation of equations for differential spectroscopy and spatially resolved spectroscopy, from basic theories to implementable equations. The basic theories are applicable to any kind of tissue oximeter but mainly focus on continuous-wave instruments.     

Applications of near infrared spectroscopy in cotton impurity and fiber quality detection: A review

Near infrared spectroscopy (NIRS) is an emerging, non-invasive, multi-index, simple preparation of sample process analytical technique suitable for cotton quality assessment. Cotton impurities not only affect the quality of seed cotton and lint cotton but also the quality of textiles. These impurities can occur during harvest and in the stage of postharvest handing, especially during pack house operations. In such a global and competitive marketplace, it is necessary to explore rapid, accurate, and precise cotton quality measurement techniques which require less expensive instrumentation, exhibit increased flexibility versatility, and perform both laboratory measurements and non-laboratory (at-line or field) measurements. Some reports have been published on the use of NIRS technology for inspecting cotton impurity contents, micronaire, and cotton fiber quality. This article condenses a representative selection of recent research in order to observe the significant progresses in how NIRS technology is applied to inspection of cotton impurity and cotton fiber. Additionally, the drawbacks and obstacles of NIRS for quality measurement in cotton are summarized and the trends are discussed.     

驾驶员疲劳态下脑氧饱和度的近红外光谱法检测及其分析

应用近红外光谱法,研究分析汽车驾驶员疲劳态下的脑氧饱和度,探讨疲劳机理,为驾驶疲劳及时预警提供新的监测思路。参试人员20名,分为两组(各10名),一组为实验组,一组为对照组。实验组执行汽车模拟驾驶作业3 h,对照组坐姿下正常休息3 h。应用近红外光谱法监测试验人员作业前后脑氧饱和度。经方差分析发现,实验组人员模拟驾驶后脑氧饱和度(rSO₂)显著性下降(p<0.01),反应时间明显延长;对照组rSO₂水平下降不显著(p>0.05)。脑氧饱和度水平(rSO₂)与驾驶疲劳存在密切相关性。近红外光谱法监测脑氧具有连续、实时、无创的特点,受外界干扰小。近红外光谱法监测驾驶员脑氧信息是预测驾驶疲劳的一种可行的方法。     

用近红外组织血氧参数无损监测仪进行运动人体研究

利用我国自主生产的近红外组织血氧参数无损监测仪对8名中长跑运动员在功率自行车上作等级递增负荷运动时, 大腿股四头肌组织中肌氧含量的变化进行监测与分析, 同时测量运动员的血乳酸浓度、血容量和心率的变化。结果显示肌氧含量与运动负荷、血乳酸、血容量、心率密切相关(p<0.01)。对一人经过多次测定肌氧含量和血乳酸浓度,结果呈规律性的下降和上升,每次之间数值的横向比对,没有明显变化。由此表明,可以根据运动时骨骼肌中肌氧含量的变化来判断受试者所能承受的运动强度和在对应强度下所对应的血乳酸浓度以及肌氧下降的拐点所对应的血乳酸上升的拐点。通过调查,了解NIRS 技术在运动领域中的研究及应用的现状,分析存在的主要问题和今后的研究趋向。目的在于使大家通过对NIRS技术的不断了解,认识到我国自主生产的近红外组织血氧参数无损监测仪所测的肌氧含量指标,作为测定运动氧代谢能力是一项敏感的、无损的、实时可靠的指标, 与传统有创的、离体的、繁琐的检测手段相比较具有不可替代的优势。