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可进行水下测量的近红外成像系统(NIRS)

分类：

产品动态

作者：

Artinis

来源：

Artinis

发布时间：

2022-05-10 19:09

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　　在2016年，Chris Mcknight博士带着使用NIRS测量水下野生动物的主意来到了Artinis。最初，我们对于这个主意有些怀疑，因为我们的设备不是用来在水下环境进行测量的。然而，我们非常喜欢挑战，与圣安德鲁大学的海洋哺乳研究联盟(SMRU)一起，我们创造了一个专为测量海豹使用的能潜水的NIRS传感器。

　　因此，我们开始为海豹定制一个PortaLite，我们叫他PortaSeal。为了尽量减少对海豹的自然行为的影响，我们设计了一个很小的传感器，此外，为了使传感器能更好的测量海豹，我们调整了传感器的光学属性。与SMRU合作，我们进行了多次测试，并测量到了非常准确的数据，这些动物的组织的氧化和去氧化的过程是非常不平常的，PortaSeal可以很恰当的测量了这一过程。

　　照片由Jessica Kendall-Bar提供，一个佩戴了McKnight的“Portaseal”设备的幼年象海豹在实验中。

　　由PortaSeal测量到的数据发表在了PLOS Biology杂志的一篇非常受欢迎的文章中和一篇NewScientist的杂志的文章中。使用PortaSeal可以研究海豹的潜水反应问题，结果显示海豹在没有潜水之前就已经产生了一个潜水反应，表明了海豹在潜水之前就已经开始准备进入氧气的存储模式了，这个模式帮助了他们的生存因为它们90%的时间都是屏住呼吸呆在深海底。

　　在上个月McKnight博士与Erika Schagatay教授和硕士生Eric Mulder一起比较了海豹和精英潜水员的“潜水脑”，该研究是中部瑞士大学的一个重大研究计划的一部分。世界上最好的潜水员可以一口气潜到海底130米深并游回来。这些潜水员如何应对这样严重的氧的去饱和化是一个非常吸引人的研究领域。为了进行该研究，我们设计了另一个基于PortaSeal设计的感应器，并命名它为PortaDiver。PortaDiver可以由磁性开关控制并被证明可以在水下压力达到100m的深度下工作。

　　图 1 磁性开关

　　图 2 PortaDiver的压力测试

　　为了使其更加的轻便便携，我们进一步的缩减了尺寸和重量，此外，该设备使用内置记忆体来保存数据，并在潜水结束后通过蓝牙下载数据。如图所示，感受器可以佩戴在潜水帽里面，控制单元安放在潜水员的背部。

　　图片由Eric Mulder提供

　　潜水员目标一口气达到一个水下预先设定的深度，有一条垂直的线为他们做引导，他们可以使用以下技术：使用或不使用鱼鳍游泳，或者自由潜水，同时他们需要用手上下拉绳子。在第一段，潜水员们积极的游泳或者拉动他们自己向下，但是经过了一会儿，潜水员变得消极的漂浮并且开始自由下落。在超过100米的深度，潜水员将在屏住呼吸的状态下转身并且向上游。这项研究由Erika Schagatay教授指导，他与这些潜水精英一起工作了几十年，这些潜水精英都是顶级的潜水员，包括世界纪录保持者Alexey Molchanov 和Miguel Lozano。

　　PortaDiver使研究人的潜水能力和在潜水中人类潜水员对于缺氧的高度忍受性成为可能。

　　屏住呼吸不可避免的带来血液里的氧气的去饱和化，也就可能导致潜水员失去意识，也叫做“潜水黑视症”。意识丧失的危险随着潜水前快速的换气而增加，因为由于二氧化碳水平的降低导致了急促的呼吸的延迟 (图三)。从一个深潜上升的过程中，大气压力减小同时由于压力缩小的肺部变回到了正常的尺寸。肺部容量的增加导致了局部氧气的压力快速减少，尤其在上浮的最后阶段，意识丧失的危险是最高的。