【正文】 光電池在不同的光照度下，光電流和光牛電動勢是不同的，如圖 3． 3 所示． 共 頁 第 頁 14 圖 3． 3 硅光電池的光照特性 可見，短路電流在很大范圍內(nèi)與光照度成線性關系，開路電壓與照度的關系卻是對數(shù)關系．因此使用時應該把它作為電流源來使用并采取 I／ V變換電路．如圖 3． 4所示運算放大器中與光 電池正極連接的反相輸入端是虛地，保證了光電池的短路條件，使得輸出電流為光電池的短路電流．根據(jù) I／ v變換電路的規(guī)律，知 圖 3． 4 光電池的使用方法 (2)光電池的光譜特性：光電池對不同特性的光其靈敏度是不同的 ， 硒光電池私硅光電池的光譜特性曲線。 作者認為，吸光度加和定律實際 上是朗伯一比爾定律的推論．設待測樣品溶液中含 n種光吸收物質(zhì)，若將這 11種物質(zhì)視為分層排列，那么第一種物質(zhì)的入射光強足 Io，出射光強為 I1，作為第二種物質(zhì)的入射光強．同理類推，對于第 n種物質(zhì)，其入射光強是 In1，出射光強是 In．這樣從 1到 n種物質(zhì)的吸光度之和為 簡化得 即總吸光度．在生物組織中可以進行類似推導． 具體到雙波長雙感受器腦血氡無創(chuàng)監(jiān)測模型，光子穿透的組織是多組分混合體系，體系包括皮膚、皮 F組織、骨骼、腦組織 (特指不含血紅蛋白的 腦組織 )、氧化血紅蛋白和還 原血紅蛋白等．因而據(jù)吸光度加和定律有： 共 頁 第 頁 7 式中， W總表示總的吸光度， W非 腦組織 表示皮膚、皮 下 組織、骨骼等非腦組織的吸光度 ， W腦組織 表示只不含血紅蛋白的腦組織的吸光度，則分別表示氧化血紅蛋白和還原 血 紅蛋白的吸光度． 下面進行新的腦血氧計算方法的推導，在推導中，符號及對應的意義如下： N：近紅外光 R：紅光 下標 1：近處光電池下標 2：遠處光電池 NI：從近處光電池得到的近紅外光后向散射信號 Rl：從近處光電池得到的紅光后向散射信號 N2：從遠處光電池得到的近紅外光后向散射 信號 R2：從遠處光電池得到的紅光后向散射信號 IOR：紅光光源的發(fā)射光強 ION：近紅外光源的發(fā)射光強 對于 N光遠處光電池有，總的吸光度 對于 N光近處光電池有，總的吸光度 近似認為， 即遠近兩條光通路在除腦組織外的部分吸光度相等，也即近似認為遠近兩通路在非腦組織部分的光程一致 (從腦血氧無 創(chuàng) 檢測雙光源雙感受器模型看來，這里的近似是很顯然的 )．且，令為 ，即氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白在選定的近紅外波長上吸光系數(shù)近似相等．設 ，將上述兩式相減得遠近兩光 共 頁 第 頁 8 電轉(zhuǎn)換器在近紅外光 源下的總的吸光度之差為： 據(jù)朗伯一比爾定律有： 故： 同理對于 R 光遠處光電池有，總的吸光度： 對于 R 光近處光電池有，總的吸光度： 同樣近似認為， ，上述兩式相減得遠近兩光電池在紅光光源下的總的吸光度之差： 據(jù)朗伯一比爾定律有： 共 頁 第 頁 9 故： 聯(lián)合式 ， 推得腦血氧飽和度為 ： 其中： 由于． 所以， 共 頁 第 頁 10 式 1． 14 的物理意義如下： 即腦血氧飽和 度的值正比于除腦組織外的紅光吸光度之差比紅外光吸光度之差，系數(shù)為負常數(shù)． 美國的 Somaics公司最新推出的無創(chuàng)近紅外腦血氧監(jiān)測儀型號（ INV03100)亦采用雙波長雙感受器模型，其使用的公式由以下式給出． 其最終的定標校驗公式為， 并指出系數(shù) A、 B、 C需通過實驗研究得出，即獲得多名健康者實驗數(shù)據(jù)后， 通過回歸分析的方法得出．從該公式看出，其基于的前提是第一個感受器上采集的光完全來自非腦組織．作者認為這是不可能的．首先，非腦組織的厚度因人而異，而近處光電池到光 源的距離卻是 固 定的，該公式可能較近似地適合少數(shù)待測人群，但普適性差；其次，光在組織中散射的隨機性決定了一定有相當一部分光子進入腦組織，而且光子在生物組織中行走的平均光程一般為光源到接收器問距離的 4— 6 倍，該公司產(chǎn)品的近處光感受器到光源的距離為 30zmn，光了的平均路徑將達 12— 18cm，而表皮 到 腦組織的厚度不到 1cm，所以有相當大的一部分光子的光程會包含腦組織．可見該公司的計算方法所作的近似過于粗略． 我們 在推導過程中認真考慮了這一因素，獨立地推導出更準確的計算公式．從推出的公式町以看出其系數(shù)的確定更加簡單， 其中 A、D 可從光譜曲線上直接讀出． B、 C 可以根據(jù)前人的實驗結果結合適當?shù)膶嶒炑芯康贸觯硗猓瑥耐茖У倪^程，我們還可以看出，系統(tǒng)的設計并 不 要求，即并不要求近紅外光源的 出 射光強等于紅外光的出射光強．這樣減少了對系統(tǒng)光源進行精密 調(diào) 節(jié)的困難，但為了系統(tǒng)設計的簡便 (為了使各路 共 頁 第 頁 11 放大器的放大倍數(shù)在同一數(shù)量級上 )，以及減小計算上的相對誤差，我們?nèi)匀挥斜匾獙ο到y(tǒng)的雙光源進行粗略的調(diào)節(jié)，使輸出光強大致相等． 第 三 章系統(tǒng)硬件設計 腦 血 氧監(jiān)測系統(tǒng)硬 件設計的指導思想是：無創(chuàng)、經(jīng)濟及智能化．它以計算機為信號運算與顯示的平臺，傳感器光源采用調(diào)制模式，以減少信號的漂移，其調(diào)制信號被信號處理模塊利用來實現(xiàn)多路信號的同步分離放大和相關檢測．相關檢測的核心部件是同步積分器，這種功能強大、造價低廉的方波匹配器首次被作者從復雜而精密的鎖相放大器中提取制作出來并巧妙地應用到腦血氧監(jiān)