脑外伤常见多发,死亡率高。脑血肿是脑外伤最危险的继发性病变,需及时诊断、治疗。战争、自然灾害、交通事故等战(现)场,CT、MRI等医疗设备难以到达,急救现场缺乏可用于脑血肿检测的设备。基于近红外的便携式脑血肿检测技术与设备被认为是目前最适合用于急救现场的脑血肿检测手段,然而现有技术与设备未能解决头发、头皮血肿、环境光等对测量的影响,检测假阳性率高,同时对双边血肿检测无效。本文针对现有技术与设备的不足开展研究,主要研究内容如下:(1)建立可模拟不同血肿程度的5层颅脑光学仿真模型,采用蒙特卡罗方法仿真计算光子传输路径、最大可达深度、光子携带信息率,在仿真数据基础上阐释了血肿程度对光子传输路径的影响,证实了单边血肿下基于人脑左右对称性原理的脑血肿检测算法的有效性,给出了光源与传感器间距选择的依据及头部测量部位的有效覆盖范围。(2)系统仿真了头皮层吸收系数、颅骨厚度等因素对光密度测量值的影响,找出了脑血肿检测假阳性率产生的主因—头皮层吸收系数,建立了头皮层吸收系数的PLS预测方法,实现对不可信测量结果的甄别,有效降低假阳性率。进一步研究了模式识别的双边血肿检测算法,建立不同检测部位、表层吸收系数下的k-均值聚类算法,实现仅依靠单侧测量部位光密度数据的血肿判断算法,有效解决双边血肿测量的问题。(3)在数字锁相算法的基础上,设计了方波调制下快速数字锁相算法(FSWDLIA算法),并考察算法对50Hz工频干扰、白噪声等抑制能力,在大幅降低光源调制难度、算法复杂度、运算量的前提下,获得良好的弱信号检测效果,同时算法可高效运行于普通的8位单片机平台,为检测仪的低功耗、便携性设计奠定基础。(4)设计了新型滑动式遮光罩与弹性探头结构,解决了日光照射、探头接触力对测量的影响;完成了检测仪探头、结构、硬件、软件系统设计,研发出手持式近红外脑血肿检测仪样机,样机在安全性、便携性、低功耗、易用性上优势突出;对样机开展了光学仿体、正常人群及9例脑血肿患者的测试,测试表明样机对测量噪声抑制效果好、可有效降低检测的假阳性率、检测灵敏度高,很好解决了现有技术与设备存在的问题。本文的创新点主要体现在:(1)建立可模拟不同血肿程度的5层颅脑光学仿真模型,研究了血肿对光子传输路径的影响;(2)建立了头皮层吸收系数的PLS预测方法;(3)设计了采用模式识别技术的双边血肿检测算法;(4)研究了方波调制下快速数字锁相算法;(5)设计了新型滑动式遮光罩与弹性探头结构。