近红外扩散谱技术利用近红外光(600nm-950nm)能够穿透深层生物组织的特点测量组织的组分浓度例如氧合血红蛋白,脱氧血红蛋白,水和脂肪等以及测量血流量和血氧代谢等。采用密集的光探头阵列能够对生物组织的组分浓度分布以及血流量分布进行三维成像,即光学层析成像。近红外扩散谱是新型的医学诊断方式,具有无创、安全、便携、连续测量和价格便宜等优点。目前,基于近红外扩散谱原理的仪器以及临床应用正在快速发展,包括脑部疾病诊断、脑功能成像、癌症的诊断以及肌肉疾病诊断等,因此开展近红外扩散谱技术研究对于促进我国医学诊断技术的发展具有重要意义。论文围绕近红外扩散谱技术,包括近红外扩散光学谱技术(Diffuse Optical Spectroscopy(DOS),Near-inffrared Spectroscopy(NIRS),Functional Near-infrared Spectroscopy(fNIRS))和近红外相关谱技术(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)开展了深入的理论和实验研究,主要工作包括:1、全面综述了近红外扩散谱的发展现状。介绍了近红外扩散谱的理论发展、仪器化现状,以及在乳房癌诊断、脑疾病诊断和脑功能成像方面等方面的临床应用进展;2、系统阐释了近红外扩散光谱和扩散相关谱的MonteCarlo方法、扩散方程理论以及Modified Beer-Lambert law等方法。特别是深入阐述了最新发展的近红外扩散相关谱理论,这些理论为深入开展近红外扩散谱医学应用研究提供理论支撑;3、开展了频域DOS系统的标定技术探索研究。研究表明不同的驱动电压、不同的光电探测器以及处理方法等均会影响探测系统的线性,从而获得不同的吸收和散射系数。根据光电探测原理和近红外扩散理论确定了基本的标定方法;4、提出了一种基于软件相关器的新型快速DCS系统,通过前臂的动脉血阻断实验和传统DCS系统进行了对比,研究表明测量结果完全一致。通过对8名健康志愿者的血流量指数进行测量,获得了正常前臂屈肌组织的血流量指数为6.6×10-9cm2/s,缺血前臂屈肌组织的血流量指数为5.3×10-10 cm2/s,缺血组织的血流量指数下降到正常组织血流量指数的8%左右,有可能用来研究生物组织的缺血状态。5、首次利用基于软件相关器的DCS获得了心跳信号,并与脉搏血氧仪进行了对比,两者频率完全一样;利用ISS公司Imagent系统(频域DOS系统)测量了 3名健康志愿者前臂屈肌和前额的光学性质,获得前臂屈肌788nm的平均吸收系数和平均约化散射系数分别为 0.158cm-1 和 4.277cm-1,头部为 0.114cm-1 和 7.380cm-1;利用 DCS 的 Modified Beer-Lambert law分析了吸收系数和散射系数的影响,研究证实血流量指数测量的主要是血流量波动,所占比重大于90%;通过DCS系统的信噪比研究表明在适当光强下DCS系统能够实现了 5ms时间分辨率的血流量测量,突破了现有DCS系统的时间分辨率。6、首次开展了 DCS测量脑部血流自动调节功能的探索研究。利用快速DCS系统和无创动脉压监测仪实现了动态脑血流自动调节功能的测量,获得健康志愿者的动态脑血流自动调节率为0.66 s,该研究有可能为脑血流自动调节功能研究以及脑疾病诊断提供一种新的检测方法。7、利用快速DCS系统开展了前臂和腿部运动中血流量测量的探索研究,结果表明DCS系统对肌肉纤维运动极其敏感,会大大增加血流量指数,从而产生虚假信号。快速DCS系统有助于准确的获得肌肉纤维运动对血流指数的影响,并用于分辨出肌肉静态时刻血流量。获得了握力计握持实验和握力计周期性抓紧-放松实验中健康志愿者前臂屈肌的血流量变化曲线,在运动中血流量增加至大约2-3倍。利用DCS对肌肉运动特别敏感的特性以及快速DCS系统能够测量肌肉静态时刻血流量的能力有可能应用于肌肉疾病和运动医学中。