基于光腔衰蕩光譜技術(shù)的呼吸丙酮分析儀設(shè)計(jì).pdf

1、隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科技的發(fā)展和多學(xué)科的交叉融合，作為醫(yī)學(xué)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(biāo)記物(Biomaker)技術(shù)得到了快速發(fā)展。醫(yī)學(xué)研究表明，呼吸氣體中的化學(xué)標(biāo)識(shí)物含量可以反映人體的代謝狀況及健康狀況，當(dāng)人體的臟器或組織損傷病變之后，其功能變化會(huì)引起相應(yīng)代謝產(chǎn)物的改變。這些代謝產(chǎn)物能夠通過(guò)氣血屏障進(jìn)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(biāo)志物。
　　 傳統(tǒng)用于呼吸檢測(cè)的氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)的分析方法可以將呼吸氣體標(biāo)志物的測(cè)量精度達(dá)到ppb乃至ppt量級(jí)，但是該方法耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，儀器體積龐大，成本較高，目前只適宜于實(shí)驗(yàn)室研究，無(wú)法進(jìn)入實(shí)質(zhì)的臨床階段，很難實(shí)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(cè)量方法，具有測(cè)量結(jié)果不受入射光

3、強(qiáng)起伏影響、有效光程長(zhǎng)及測(cè)量準(zhǔn)確度高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，有望成為未來(lái)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(biāo)志物丙酮為測(cè)量對(duì)象，針對(duì)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(jì)并搭建基于CRDS技術(shù)的丙酮分析系統(tǒng)硬件平臺(tái)，詳細(xì)分析了各模塊的選擇依據(jù)，完成原理驗(yàn)證;經(jīng)測(cè)定，該系統(tǒng)的空腔穩(wěn)定性達(dá)0.4％，測(cè)量人體呼吸狀態(tài)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性達(dá)1.4％，重復(fù)性高;在該系統(tǒng)下測(cè)量了實(shí)驗(yàn)室空氣的衰蕩信號(hào)，計(jì)

4、算在空氣中的吸收率為5.95±0.25×10-4;初步測(cè)量健康人體呼吸丙酮含量，為實(shí)現(xiàn)糖尿病的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。
　　 全文一共分為五章:
　　 第一章較為詳細(xì)地介紹了呼吸氣體分析的醫(yī)學(xué)背景、課題研究意義及國(guó)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(jì)搭建的基于CRDS技術(shù)呼吸丙酮分析系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的光源、衰蕩腔、信號(hào)探測(cè)及數(shù)據(jù)處理等各方面進(jìn)行了詳細(xì)地分析;
　　 第三章中測(cè)量空腔

5、下的衰蕩時(shí)間信號(hào)，計(jì)算反射鏡的反射率，空腔穩(wěn)定性達(dá)0.4％，重復(fù)性高;進(jìn)行了丙酮?dú)怏w的初步測(cè)量;在該系統(tǒng)下測(cè)量了實(shí)驗(yàn)室空氣的衰蕩信號(hào)，空氣的吸收率為5.95±0.25×10-4;測(cè)量了健康人體呼吸氣體，測(cè)量人體呼吸狀態(tài)下的系統(tǒng)穩(wěn)定性達(dá)1.4％，初步分析了健康人呼吸丙酮含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的儀器運(yùn)行良好，可實(shí)現(xiàn)人體呼吸丙酮的測(cè)量，為糖尿病的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。
　　 第四章里主要從光學(xué)干擾、檢測(cè)電路干擾和信號(hào)噪聲這三個(gè)角度對(duì)