血液可见吸收光谱与血氧参数神经网络估算法

总血红蛋白浓度和血氧饱和度是两个基本的血氧参数。文章提出了利用内置双光纤微创探头在位测量大鼠脑组织血氧参数的新方法。首先,利用悬乳液(Intralipid)和全血配置不同总血红蛋白浓度的混合溶液,模拟生物组织模型,用光纤光谱仪测试系统测量组织模型在加氧和去氧时的实时吸收光谱,同时用血氧分析仪(OXI meter)对血氧参数定标,建立测试光谱和定标数据样本集。然后,利用人工神经网络建立血液吸收光谱与血氧参数的神经网络模型,训练后的网络模型能根据吸收光谱输出生物组织的血氧参数值,总血红蛋白浓度和血氧饱和度的平均输出误差分别为±4μmol·L-1和±5%。最后,利用神经网络模型对大鼠脑组织血氧参数进行了在位测试实验,测得脑灰质的血氧饱和度为0.60~0.70,脑白质血氧饱和度为0.45~0.55;总血红蛋白浓度在脑皮层(深度1mm)附近最高,平均110μmol·L-1,其余深度脑组织的总血红蛋白浓度为70~90μmol·L-1。这种方法对脑外科微创手术中实时在位测试脑组织血氧参数具有重要的参考意义。     

脑组织血氧饱和度的微创在位测量

 利用光纤光谱仪和光纤探头建立脑组织血氧饱和度（hemoglobin oxygen saturation, SO2）微创在位测量系统。将悬乳液和全血的混合溶液作为生物组织模型,获取模型在不同SO2下可见光区实时吸收光谱与血氧分析仪所测SO2数据的样本集,将吸收光谱作归一化处理后取得500nm～600nm区间的4个光谱特征参量,通过统计分析建立特征参量与血氧饱和度的经验公式。结果表明：利用该系统获得了30只大鼠脑皮层不同深度的血氧饱和度SO2,其范围为64%～76%。这种方法有助于脑外科微创手术中实时在位测试脑组织血氧饱和度研究。     

近红外散射光谱的组织热毁损程度实时鉴别

提出了利用近红外散射光谱对生物组织热毁损程度进行实时鉴别的一种新方法。实验首先分别用功率3.5,5,6.5和8 W的808nm脉冲激光对新鲜离体猪肝进行热毁损,在距离毁损中心10mm处实时采集近红外散射光谱和温度,以最小二乘法拟合得到波长830~900nm处的光谱斜率(S830~900),将其不同上升幅度为条件结束加热。其次,对光谱采集点附近的组织作病理切片,根据组织学特征进行评分,采用3级评分制(3分为完全毁损,2分为部分毁损,1分为无效毁损)评估毁损程度。最后,分析加热期S830~900最大上升幅度、降温后S830~900最终稳定值与病理分析的毁损程度之间的关联。结果表明,一般情况下,若加热期S830~900上升至初值的4倍以上、降温后最终稳定于3.5倍以上,对应组织为完全毁损;若S830~900加热期上升2~5倍,降温后最终稳定于1~1.5倍,对应组织为无效毁损;其余为部分毁损。根据分析结果,首次建立了光谱因子与热毁损程度的关联,利用加热期S830~900的最大上升幅度与降温后的最终稳定值来鉴别组织毁损程度,可以很好的降低实验对象个体差异性对判断结果的影响,具有很好的鉴别效果,其准确率达到90%以上,实现了组织热毁损程度实时、准确的鉴别,为组织热毁损实时监控提供了一种新思路。     

脑组织漫反射光谱与约化散射系数的斜率估算法

约化散射系数是生物组织光学研究中的一个重要的组织光学参数。利用微光纤探头与光纤光谱仪组成漫反射光谱采集系统对脑组织约化散射系数的实时在位测量进行研究。通过悬乳液与模拟胶模型实验推导了700～850nm波段约化散射系数与漫反射光谱斜率绝对值的关系式,用模型对公式的计算精度进行验证,利用该系统实时在位测量了20只大鼠脑组织在700nm、750nm和800nm处的约化散射系数。经统计分析,大鼠脑白质约化散射系数在上述波长处分别为30±5cm-1、28±5cm-1和25±6cm-1,脑灰质约化散射系数则分别为14±3cm-1、13±3cm-1和12±3cm-1。脑组织约化散射系数实时在位测量对脑外科微创手术中的组织识别具有重要的参考意义。