人脑作为人体的中枢神经器官,支配和指挥着人体一切的生理活动。人脑组织的血流量和耗氧量都非常的大。脑组织某一区域在活动时,其局部血容将增加,增加量反应了激活的程度。脑组织中血容变化量可作为脑功能活动的指标。利用近红外光谱技术监测脑血氧变化,具有非侵入式、实时、连续、时间分辨率高、价格便宜、操作简单等多方面的优点,在认识脑功能活动,区域脑功能定位和临床脑保护领域具有广泛的应用前景。本文首先介绍了生物组织的光学特性和生物组织光学的基本原理,在修正朗伯-比尔定律基础上,结合稳态空间分辨理论,研究设计了一套多波长多通道近红外光谱血氧监测系统。本课题设计的血氧监测系统包括传感器,模拟电路,数字电路和上位机等系统模块。传感探头采用集成化的多波长LED作为光源,并选用低噪声、高增益的OPT101作为光检测器,设计了光源与检测器多距离的探头。硬件电路以单片机C8051F020为核心,实现对光源驱动芯片的控制,A/D采集,数据处理,液晶显示,按键控制,串口通信等功能。上位机控制系统主要实现了串口通信,数据存储,实时显示血氧饱和度等功能。对系统进行了一系列的实验测试。在离体组织模型实验中,制作了光学特性接近人体组织的固态模型。通过单层组织模型实验,证明了系统的稳定性与有效性。在多层组织模型实验中,模拟了头部的多层组织结构,研究了外层组织对脑血氧检测结果的影响,为在体监测中对测量结果的校正提供了理论依据。人体前臂阻断实验结果说明,利用本系统检测到的血氧饱和度变化趋势与组织中血氧浓度变化趋势完全一致。最后,脑功能实验结果说明,系统监测到的光密度变化能够反映出脑血容量变化,从而监测脑区域的功能活动。实验测试验证了近红外光谱血氧监测方法在人脑认知活动上具有广泛的研究前景。