基于光腔衰蕩光譜技術(shù)的呼吸丙酮分析儀設(shè)計.pdf

1、隨著現(xiàn)代醫(yī)學科技的發(fā)展和多學科的交叉融合，作為醫(yī)學研究前沿的重大疾病早期診斷技術(shù)也在不斷突破和創(chuàng)新。尤其是用于重大疾病診斷的呼吸生物標記物(Biomaker)技術(shù)得到了快速發(fā)展。醫(yī)學研究表明，呼吸氣體中的化學標識物含量可以反映人體的代謝狀況及健康狀況，當人體的臟器或組織損傷病變之后，其功能變化會引起相應(yīng)代謝產(chǎn)物的改變。這些代謝產(chǎn)物能夠通過氣血屏障進入肺部，從而引起呼出氣組分的改變，最終表征為排出體外的某些特定氣體濃度升高，因而這些特定氣

2、體可以作為一些疾病的生物標志物。
　　 傳統(tǒng)用于呼吸檢測的氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)的分析方法可以將呼吸氣體標志物的測量精度達到ppb乃至ppt量級，但是該方法耗費時間長，儀器體積龐大，成本較高，目前只適宜于實驗室研究，無法進入實質(zhì)的臨床階段，很難實現(xiàn)儀器的便攜化而走入社區(qū)及家庭。光腔衰蕩光譜(CavityRing-downSpectroscopy,CRDS)技術(shù)作為一種高精度、超靈敏的光譜吸收測量方法，具有測量結(jié)果不受入射光

3、強起伏影響、有效光程長及測量準確度高、靈敏度高等優(yōu)點，有望成為未來呼吸氣體分析領(lǐng)域的首選技術(shù)。
　　 本文以糖尿病的呼吸標志物丙酮為測量對象，針對丙酮吸收光譜的特異性，選擇合適的激光光譜波段作為系統(tǒng)的入射光源，設(shè)計并搭建基于CRDS技術(shù)的丙酮分析系統(tǒng)硬件平臺，詳細分析了各模塊的選擇依據(jù)，完成原理驗證;經(jīng)測定，該系統(tǒng)的空腔穩(wěn)定性達0.4％，測量人體呼吸狀態(tài)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性達1.4％，重復(fù)性高;在該系統(tǒng)下測量了實驗室空氣的衰蕩信號，計

4、算在空氣中的吸收率為5.95±0.25×10-4;初步測量健康人體呼吸丙酮含量，為實現(xiàn)糖尿病的無創(chuàng)檢測奠定基礎(chǔ)。
　　 全文一共分為五章:
　　 第一章較為詳細地介紹了呼吸氣體分析的醫(yī)學背景、課題研究意義及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀;
　　 第二章主要介紹了CRDS技術(shù)的工作原理及自行設(shè)計搭建的基于CRDS技術(shù)呼吸丙酮分析系統(tǒng)，對系統(tǒng)的光源、衰蕩腔、信號探測及數(shù)據(jù)處理等各方面進行了詳細地分析;
　　 第三章中測量空腔

5、下的衰蕩時間信號，計算反射鏡的反射率，空腔穩(wěn)定性達0.4％，重復(fù)性高;進行了丙酮氣體的初步測量;在該系統(tǒng)下測量了實驗室空氣的衰蕩信號，空氣的吸收率為5.95±0.25×10-4;測量了健康人體呼吸氣體，測量人體呼吸狀態(tài)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性達1.4％，初步分析了健康人呼吸丙酮含量，實驗結(jié)果表明本文所設(shè)計的儀器運行良好，可實現(xiàn)人體呼吸丙酮的測量，為糖尿病的無創(chuàng)檢測奠定基礎(chǔ)。
　　 第四章里主要從光學干擾、檢測電路干擾和信號噪聲這三個角度對