近红外光谱无创血糖检测中有效信号提取方法的研究

糖尿病严重危害人类健康,无创血糖检测是医患双方的期望。人体生理背景成分复杂、易变,各种组织信息混杂,导致直接测量人体的近红外光谱很难真实反映血液中血糖浓度变化信息。提出血流容积差光谱相减法,即利用血流容积一直在变而人体组织背景和血液成分含量短时间不变的事实,通过相似背景扣除,有效消除人体组织背景干扰,获得反映血液成分信息的有效光谱信号。为验证方法的有效性,自行研制相关实验系统,获得系统噪声好于20 μAU,并在波长1 250 nm处取得信噪比为20 000∶1的有效光谱信号,阐明现有条件下血流容积差光谱相减法在近红外无创血糖检验临床应用的可行性和优势。     

多角度复合的超声多普勒矢量血流成像

血流速度的精确测量对于研究心血管疾病和动脉粥样硬化斑块的形成至关重要,传统的彩色多普勒方法局限于获得沿超声束的速度分量,难以描绘复杂的血流运动.本文提出了一种多角度复合的超声多普勒方法,结合多角度复合技术来提升速度估算的准确度.该方法可以获取复杂血管内较为精确的二维速度矢量,实现血管内动态矢量血流成像.仿真结果表明,多角度复合有效地减小了速度估算的误差,提升图像的质量.颈动脉分叉仿体成像实验表明,该方法可以获得较为清楚的血管内速度矢量图像.定量分析结果表明5个角度复合方案能够准确估算血管内流量.本文提出的多角度复合的矢量多普勒具有可视化复杂血流和计算血流动力学参数的能力,在矢量血流成像方法中有重要潜力.     

基于红外反射光容积脉搏波的血管阻力研究

近红外光谱技术在血氧饱和度和血糖浓度的无损伤在体测量中得到了应用。本文利用基于反射式原理的红外光容积脉搏波对指尖和桡动脉进行了血管阻力等血流参数检测的研究。通过将提取到的光电容积脉搏波中峰峰值和特征K值参数与超声多普勒所测收缩期峰值血流速度和血管阻力参数进行相关性分析, 发现两者存在很强的相关性, 研究结果将扩展光电容积脉搏波在血流检测中的应用。     

光谱相减方法用于无创生化检测中背景扣除实验研究

在近红外光谱无创生化检测中,血流容积光谱相减方法在理论上可以消除组织背景等干扰因素,提取出血液的有效光谱信息。为论证血流容积光谱相减方法有效性,设计了相应的模拟实验。采用生物分子水溶液模拟血清样品,不同吸收特性的滤光片模拟组织背景干扰,可变厚度样品池模拟血流容积变化。比较了光谱相减方法处理前后的模型精度,处理前模型定标相关系数(R_c)为0.476,交叉检验标准差(RMSECV)为437 mg·dL-1;处理后R_c达到0.977,RMSECV降至301 mg·dL-1。实验结果表明血流容积光谱相减方法能够较好抑制或扣除组织背景干扰,大幅度提高模型预测精度。     

激光测量血流

已有的血流观测方法如电磁法、超声法、示踪物清除法、显微电视法等,各有其难以克服的缺点.相比之下,激光测血流技术,由于具有非侵入、快速响应、空间分辨率高、精确、安全等优点,受到广大医学工作者的欢迎.自1972年Riva首先把激光用于血液动力学的研究之后[1],世界上先后出现了各式各样的激光测量血流的装置,测量对象从藻类原生质流到人类的血流,测量部位由体表到各内脏器官,范围非常广泛.我国在1980年也开始有这方面的实验工作[2].下面仅以我们研制成功的激光微循环血流计为例加以说明.1.激光测量血流的简单原理 (1)运动的红细胞散射光的…     

血流控制下时间门的人体血液参数无创检测研究

为了进一步提高人体血液成分无创伤测量的精度,从而达到临床的要求,提出了人体血液成分无创伤测量的一种新方法,这种方法是在血流受阻条件下,基于动力双波长时间分辨透射测量,将先进的时间门技术和拉普拉斯变换方法结合起来,对人体血液成分进行无创伤测量。该理论模拟了利用该方法在体测量人体血液参数,模拟结果显示当p>0, 强调早期到达的光子的贡献时,能提高人体血液参数的检测灵敏度。     

血流动力学参数的指示剂光密度检测方法研究

血流动力学参数检测一直是临床医学研究的热点。针对临床上测量血流动力学参数的方法存在有创、操作复杂、不适合重复测量的问题,研究了一种结合指示剂稀释理论与近红外光谱技术的指示剂光密度测量法,实现了血流动力学参数的无创检测。通过体外注射吲哚氰绿(ICG)色素指示剂,建立其在血液循环系统中稀释代谢的动力学模型,利用近红外发光探头在指端分时发送735,805和940 nm三个波长的近红外光, 同时在手指对侧实时接收携带脉搏波信息的透射光信号,将测得的信号上传至计算机进行分析处理得到随时间变化的ICG浓度并将其绘制成连续的色素浓度曲线,根据该曲线确定色素平均传输时间MTT及初始色素含量C_t0等中间变量,进一步推算出心排出量CO及循环血容量CBV两项血流动力学参数。将该方法与临床上测量上述两种参数的“金标准”—热稀释法、碘-131同位素标记法进行临床试验对比,测得10组CO及CBV的试验对比数据,经误差分析得到两项参数的相对误差最大值分别为8.88%和4.28%,平均相对误差值均低于5%,满足临床检测的精度要求,为临床上血流动力学参数的测量提供了一种安全性强、连续性好、适应范围更为广泛的方法。     

单波长光声光谱血氧饱和度检测技术研究（英文）

血氧饱和度(SO_2)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。通过研究生物组织对光的吸收和散射特性,将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO_2)、脱氧血红蛋白浓度[HBR]和氧合血红蛋白浓度[HbO_2]的新方法。该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术,不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。为了验证该技术可行性,在实验中采用单波长激光脉冲光源,以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量,从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO_2)。实验结果表明,所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%,采用该方法量化血氧饱和度是可行的;同时利用实验结果,结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。     

分叉血管处宽颈动脉瘤的血液动力学分析

考虑血管壁的弹性变形因素，基于临床上某患者的分叉血管处宽颈动脉瘤，建立了分叉血管处宽颈动脉瘤的流固耦合模型。采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法，研究了脉动条件下个性化分叉血管处宽颈动脉瘤内血液流动特性，分析了分叉血管处宽颈动脉瘤内的血流速度分布特征、壁面压力、壁面切应力等血液动力学影响因素。研究结果表明，脉动周期内，血管分叉处易促成动脉瘤的生长与发展，宽颈动脉瘤的瘤颈与瘤顶处破裂风险较大。     

磁热耦合下血管对温度场分布的影响

结合血液流动的Navier-Stokes方程与人体组织的Pennes生物传热方程建立了球形肿瘤组织的多物理场耦合模型,研究了血管分布位置、血管半径和血液流速等因素对肿瘤组织温度场和治疗效果的影响。结果表明：在热疗过程中,血管会对肿瘤组织产生冷却效果;同时血管的半径和血流速度的变化也会影响肿瘤区域的温度场分布,随着血管半径和血流速度的增加,血管附近的温度值越低。此外,相比外部血管,肿瘤内部血管对肿瘤区域具有更明显的降温效果,对热疗效果的不利影响也更强。     

单波长光声光谱血氧饱和度检测技术研究

血氧饱和度(SO₂)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。通过研究生物组织对光的吸收和散射特性,将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO₂)、脱氧血红蛋白浓度[HBR]和氧合血红蛋白浓度[HbO₂]的新方法。该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术,不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。为了验证该技术可行性,在实验中采用单波长激光脉冲光源,以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量,从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO₂)。实验结果表明,所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%,采用该方法量化血氧饱和度是可行的;同时利用实验结果,结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。     

光学多普勒血液微循环测量技术及其最新进展

血液微循环的测量研究有着非常重要的临床诊断价值。现有的可用于血液微循环测量的光学多普勒技术可分为三大类:激光多普勒技术、相干层析多普勒技术和光声多普勒技术。在介绍这三类技术的基本工作原理和主要特点的基础上,简要分析了各类中最具代表性的前沿技术,分别为激光多普勒宽场实时成像技术、光学相干层析多普勒微血管造影术和光声多普勒流速测量技术。对这些前沿技术的进一步发展和实际应用进行了展望。     

皮肤组织容积脉搏波400~1000 nm光谱特性仿真研究

根据皮肤组织解剖结构特性建立了六层层状模型,并给出了皮肤组织各层的特性参数;考虑了氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收特性,依据皮肤组织各层的水、血、脂肪、血氧饱和度含量以及血管大小给出了皮肤组织各层的光谱吸收系数;对不同波长散射系数做了适当简化,给出了皮肤组织各层的光谱散射系数。利用蒙特卡罗方法仿真血管组织在收缩与舒张两种状态下, 400~1 000 nm波长光在皮肤组织多层模型中的传输过程,并通过统计大量光子的分布特性,获得了皮肤组织光谱反射系数,并利用模拟所得的两种状态下的反射系数计算得到了光谱容积脉搏波幅度。仿真结果表明,当入射光强一定时,绿光的容积脉搏波幅度优于红光和蓝光。通过计算不同波长光沿皮肤组织深度方向光能流率衰减为1/e时对应的皮肤组织深度,获得了皮肤组织光谱穿透深度。结果显示,血管舒张状态下蓝光和绿光的穿透深度较小,蓝光大部分只能达到表皮层,绿光能到达微循环层,红光可直达真皮层。考虑到光在皮肤组织中传播包含了一个从收缩到舒张的动态过程,基于此,根据穿透深度定义了脉搏波信号产生深度,利用血管舒张与收缩两种不同状态下的穿透深度计算得到了光谱产生深度。结果表明,不同波长光产生深度大于其穿透深度,蓝光产生深度较浅,且其受到的血液吸收调制较小,因而其获得的脉搏信号易受噪声干扰;红光的容积脉搏波产生深度较大,但是相比于绿光其受血液吸收调制较小,且绿光产生深度足够达到真皮血管层,因而红光容积脉搏波的幅度小于绿光。上述仿真结果明确了皮肤组织部分光谱特性,为皮肤组织多光谱容积脉搏波的精确获取及其他相关研究提供了一定的理论基础。     

基于扩散相关光谱的血流检测方法研究

组织血流信息在临床诊断和治疗中具有重要的作用,无创血流检测是医患双方的期望。研究采用了近红外扩散相关光谱方法对生物组织血流进行无创检测,理论分析了散射光斑强度的变化和被测组织中血细胞运动状态的函数关系,建立了检测组织血流的理论模型及检测系统。该系统通过求解组织表面散射光斑电场强度的时间自相关函数来推断组织中血细胞的运动状态,进行组织血流的定量分析。采用健康人体前臂袖带加压实验模型对该系统进行了验证,实验结果验证了该系统进行组织无创血流检测的可行性,同时也表明该系统可以提供从浅层到深层的组织血流变化信息。     

激光散斑血流成像技术研究新进展

激光散斑血流成像(Laser Speckle Flowgraphy,LSFG)技术采用了生物医学领域血流变化监测的一种无需扫描全场光学成像方法,与其它技术相比具有一些独到的优点,其有效性已经在近20年中被众多的临床实例所证明。经过多年的发展,该方法在理论和系统上趋于完善和多样。系统地介绍了激光散斑血流成像技术的发展和基本原理,以及在理论研究方面和系统设计方面的研究进展,包括:速度分布模型、对比度分析算法、散斑大小与像素的匹配、曝光时间的选择等问题。     

激光散斑血流成像技术研究新进展

激光散斑血流成像(Laser Speckle Flowgraphy,LSFG)技术采用了生物医学领域血流变化监测的一种无需扫描全场光学成像方法,与其它技术相比具有一些独到的优点,其有效性已经在近20年中被众多的临床实例所证明。经过多年的发展,该方法在理论和系统上趋于完善和多样。系统地介绍了激光散斑血流成像技术的发展和基本原理,以及在理论研究方面和系统设计方面的研究进展,包括:速度分布模型、对比度分析算法、散斑大小与像素的匹配、曝光时间的选择等问题。     

基于超快超声多普勒的三维脑损伤成像方法研究

三维超声微血管成像可直观呈现血流信息,对于脑血管疾病诊断和治疗具有重要意义。本文旨在将超快超声成像技术、超快超声功率多普勒技术和机械扫描相结合,实现脑血管三维成像和脑缺血区域评价。通过工程实现,完成了可同步控制微型线性位移平台移动和超声阵列超快发射、高速采集与压缩存储的三维扫描数据采集序列与系统。利用GPU并行运算,高效实现了超声图像波束合成方法,对原始射频超声数据完成重建。进而,基于SVD杂波滤除技术,从重建三维超声数据中提取了脑部的动态小血管信号,并获得了各切面的功率多普勒成像和冠状面彩色多普勒超声小血管成像。最后,采用体素方法对三维脑血管进行重建。大鼠在体实验结果表明,该成像系统可用于三维脑血管网络在体成像,以及脑血管损伤区域定位与量化评价。本工作对脑病检测技术发展与诊断方法研究具有一定的借鉴意义。此外,相关检测系统和成像算法具有一定普适性,对其他富含微血流血管的组织检测也有一定的参考价值。     

腹腔镜激光散斑血流成像技术

激光散斑衬比成像(LSCI)技术广泛应用于大视场的组织表层血流成像,当需要实时在体监测生物体深层组织或腔内组织的血流分布及变化时,将LSCI与内镜成像技术结合是解决LSCI成像深度问题的有效途径。为此,搭建了商用腹腔镜LSCI成像系统,并对微流体仿体和兔子大肠进行成像。实验结果表明,所搭建的系统可以校正静态散射以及消除系统噪声对散斑衬比度的影响,利用单次曝光下的散斑衬比测量值可以实现血流的定量监测,该商用腹腔镜LSCI成像系统将具有重要的临床应用潜力。     

T-2A型超声多普勒血流速度计

Doppler技术测量血流速度,作为一种无损检测手段,深受被检者的欢迎。T-2A型超声多普勒血流速度计,利用极小值和准补偿双超声束Doppler效应原理,定量地测定人体血流的方向和速度,并,记录血流的速度和加速度,是诊断各种心血管疾病的一种新型医疗仪器。     

颈、脑及四肢血管超声诊断小型研讨会在宁召开

中国声学学会生物医学超声工程分会与东南大学生物医学工程系,在江苏省生物医学研究开发联合公司的大力支持下,于1990年9月11至12日在南京联合召开了颈、脑及四胶血管超声诊断小型研讨会。有来自北京、上海、西安及南京等地的从事血管超声诊断的教授专家等30多名代表参加。 研讨会主要集中于对颈部、颅内及下肢血管疾病的双功超声诊断仪及彩色多普勒血流图检测技术的学术交流。其中包括有:颈动脉、椎动脉及下肢动脉管径和血流参数测定、颈动脉粥样硬化斑块的双功超声