[发明专利]并行近红外光电传感装置及动物器官组织检测系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于近红外光谱学（Near Infrared Spectroscopy,NIRS）的光电传感技术，特别是并行近红外光电传感装置及动物器官组织检测系统与方法。并行近红外光电传感装置能够应用于器官组织感光物质浓度或其变化量以及血氧饱和度检测。本发明的实例采用多个近红外光发射器和多个近红外光信号接收器，通过调整各光发射器和接收器之间不同的距离，检测不同深度或层次的器官组织；运用三个或三个以上不同波长的近红外光源照射目标器官组织，通过选取器官组织内感光物质对不同波长近红外光的光吸收度的差分计算出感光物质的浓度值或其变化量，继而提供目标器官组织内的血氧饱和度。本发明特别应用于皮肤、淋巴、外生殖器、前列腺、大脑、乳腺、膀胱或其他需要多深度层次或伴随生理移位的器官组织的感光物质的浓度及其变化量以及血氧饱和度的检测。 

背景技术

近红外光谱学（或NIRS）可用于研究和检测动物体内感光物质的浓度。所发射的近红外光照射皮肤及皮下目标器官组织，其中一些光被对近红外光谱敏感的生物化学吸光组分吸收，没有被吸收的光被散射。每种生物化学组分具有不同的吸收光谱，通过测量穿过器官组织的近红外光学特征可以确定组织中感光的生物化学组分的浓度或变化量。 

NIRS检测技术在化学和生物学研究、食品和药物的质量控制以及医疗器械与设备等领域中应用广泛。NIRS在医疗器械中的应用包括检测物器官组织内感光物质的浓度及其变化量（或趋势）和组织血氧饱和状况，为无创方法诊断生理和代谢性疾病提供临床依据。NIRS已成功用于大脑血氧饱和度检测和尿动力学的研究，也用于研究骨骼肌灌注氧饱和、乳腺组织肿瘤、皮肤癌、淋巴癌及等。 

动物器官组织可以看作是一种光学浑浊介质，对于近红外光具有相对的透明性，利用器官组织对近红外波段光的良好通透性及不同组织成分在该波段的光学性质差异，可以实现对器官组织光学特性的精确测量。近红外光穿透动物器官组织的过程中不断地被组织中的水份（Water）、脱氧血红蛋白（Deoxygenated-Hemoglobin，Hb）、氧合血红蛋白(Oxygenated-Hemoglobin，HbO2)、细胞色素(Cytochreme,Cyt)、肌血球素(Myoglobin,Mb)等所吸收而衰减。动物器官组织对一定波长区域近的近红外（例如波长为700nm至900nm） 光的吸收主要与Hb、HbO2有关，两者的相对变化反映了血氧含量的大小；HbO2与血红蛋白总量（Hemoglobin Sum,HbS=Hb+HbO2）浓度的比值可计算出血氧饱和度（Oxygen Saturation，O2St）。 

当光源照射在目标感光物质上，透射吸收率遵循Beer-Lambert定律。Beer-Lambert定律给出，目标感光物质的光吸收度与其浓度成正比: 

A=-log10(II0)=ϵdc---(1)]]>

公式（1）是分光光度法定量分析的基本依据。其中，A是目标感光物质的光吸收度；I_o和I分别为发射光强和经过目标感光物质后被光接收器所接收的光强，可用适合的光电技术测量得到；ε是与目标感光物质有关的摩尔吸光系数，可由图6或等效的查询表中根据选取的波长获取；c为目标感光物质的浓度；d是目标感光物质厚度或光发射器与接收器之间直接距离。