用近红外无损肌氧及运动心率检测技术评定100m极量强度运动对心脏冲击影响

利用连续双波长近红外光技术测量肌肉中血红蛋白含氧量的变化情况,同时应用运动心率无线实时采集设备,设计了检测实时肌肉组织血氧含量和瞬时心率实验方案,对6名健康男性进行了100 m跑同步实测实验。实验表明,肌肉组织氧合血红蛋白浓度在100 m跑结束后继续降低,达到最低值的时刻滞后于运动结束时刻的时间为(6.65±1.10)s;心率则在运动结束后继续上升,达到最高值的时刻滞后于运动结束时刻的时间为(8.00±1.57)s。这些结果显示了双波长近红外光组织氧测试技术和运动心率无线实时采集系统能够正确检测极量强度运动时的血氧参数和心率,揭示了极量强度运动过程中肌肉中氧运输与消耗的过程及其与心率之间的动力学特征。     

用于显示乳房局部病灶组织红外热图像的伪彩色方法

通过检测人体体表每点的红外热辐射能量,可以得到反映体表温度分布的红外热图像。当乳房内部出现恶性肿瘤时,由于局部病灶组织具有异常的血运状态,会引起乳房表面病灶区域的温度显著升高。医生通过对乳房红外热图像病灶区域进行视觉分析、判断,可以实现对乳腺癌的检测。为了便于医生更好地发现这些病灶区域,本论文通过引入视觉因素,改进了传统的伪彩色显示方法,使病灶区域具有更鲜明的显示效果。这一方法的效果在47例乳腺癌病人的乳房红外热图像上得到了证实。采用这一方法对红外热图像病灶区域进行视觉分析所得到的结果,可以和采用近红外光谱等方法得到的组织血运状态进行对照比较,从而获得更为确切的诊断信息。     

近红外光谱监测体外循环手术中脑组织氧合状况的研究

体外循环手术中,为防止因脑氧供需失衡导致脑缺氧,就要实时监测患者局部脑组织的氧合状况,以根据其变化调整生理参数或采取应急手段。用该研究小组自行研制的近红外仪器(使用一个双波长的近红外光源和两个近红外检测器)监测心脏手术中患者的脑氧,可以求出局部脑组织血红蛋白浓度的变化,并根据稳态空间分辨光谱(SRS)算法求出局部脑组织的氧饱和度(rSO₂)。体外循环中用监护仪监测患者的混合静脉血氧饱和度(SvO₂)等生理参数。测得的血红蛋白浓度变化容易受到干扰,而rSO₂的抗干扰性能较好。rSO₂在整个手术过程中都可以监测到,而SvO₂只能在体外循环过程中监测到。多数患者rSO₂和SvO₂存在正向相关性,但二者的相关系数并不很高。这是因为SvO₂是大静脉的血氧饱和度,而测得的rSO₂反映局部脑组织的氧合状况,二者的生理意义不同。实验结果表明,体外循环手术中rSO₂可以反映患者脑组织氧合状况的变化,而仅仅监测SvO₂是不够的。     

近红外空间分辨光谱技术及其对新生猪脑缺氧缺血的检测

近红外光谱(NIRS)技术作为一种无创的组织氧检测手段,近年来在脑缺氧缺血的检测方面日益受到重视。文章介绍了自行研制的NIRS仪器(TSAH-100近红外组织血氧无损监测仪)的基本原理及用于新生猪脑氧检测时如何实现传感器与待测脑组织的最佳耦合。检测了28例新生猪在不同氧合状态下的脑组织氧饱和度(regional cerebral oxygen saturation, rSO₂),在缺氧结束后进行了有创的动脉氧饱和度及生理参数的检测。结果表明,NIRS无创测得的脑rSO₂与血气分析有创测得的动脉血氧饱和度(SaO₂)有很好的相关性(p<0.001),并且脑rSO₂与缺氧程度及缺氧后生理参数的变化一致。因此NIRS无创测得的脑rSO₂能直接判断脑氧合状态,可在一定情况下替代有创血气分析,帮助临床无创、简便地诊断脑缺氧缺血。     

频域近红外光谱方法定量测量组织氧饱和度

通过精确测量光子密度波的相位延迟和幅度衰减,借助于一个光学参数已知的校准模型,可以定量检测组织的光学吸收参数和约化散射系数.通过测量多个波长下组织的吸收系数,就可以进一步求解出人体局部组织的血氧饱和度.血液－酵母溶液仿真模型和前臂动脉阻断实验的结果都表明该三波长的频域近红外光谱系统可以实时定量地检测组织氧饱和度的动态变化情况.     

用光谱方法检测肌氧饱和度实现不同人群运动功能的评估

基于组织光学原理研发了组织氧饱和度无损检测仪。利用该仪器检测了101名受试者(其中健康锻炼者42人,健康不锻炼者34人,脾虚证患者25人)在进行递增负荷功率自行车运动实验时,股四头肌外侧头的肌氧变化过程。测得的血红蛋白浓度(c_tHb)受脂肪等外层组织影响较大,而肌氧饱和度(rSO₂)受影响较小。实验结果显示, 在运动过程中,随着运动负荷的逐渐增加,骨骼肌中的总血红蛋白浓度逐渐上升,肌氧饱和度逐渐降低;当运动停止后,总血红蛋白浓度和肌氧饱和度都出现快速上升。运动中肌氧饱和度的变化幅度与受试者运动能力有密切关系。利用局部组织氧饱和度这一指标来评价肌肉组织中氧的输送与消耗的平衡点,进而实现了对肌肉组织有氧代谢能力的定量评估。     

猪肉组织色素浓度的近红外无损检测

基于血红蛋白、肌红蛋白等色素在近红外波段的吸收谱,采用近红外光谱(NIRS)技术,通过检测出射光相对入射光的衰减,可解算生物组织中上述色素的浓度。基于稳态空间分辨的NIRS研发了可检测组织中色素浓度的装置,该装置的传感器包括一个可发射3个不同波长的LED光源,以及与LED位于同一直线上且距离分别为30和40 mm的２个检测器。用该装置检测了2块猪肉组织(分别为新鲜的猪背长肌和股直肌)的色素浓度,结果表明,背长肌和股直肌中血红蛋白、肌红蛋白等色素的总浓度分别为(6.42±1.51)μmol·L-1和(15.48±4.54)μmol·L-1,接近于现有报道的经验值。在无损、实时、直接、简便检测猪肉组织的色素浓度方面,上述NIRS方法及装置是可信的。     

无损检测组织氧饱和度的近红外光学传感器的优化设计研究

基于空间分辨的近红外光谱(NIRS)技术可实现人体组织氧饱和度(rSO₂)的无损、实时检测。已研制出基于该原理的NIRS仪器,为推广其临床应用,必须保证并尽可能提高其测得rSO₂的准确度。文章主要研究传感器上多个检测器的间距以及光源发光波长离散性对rSO₂准确度的影响,结果指出：(1)为准确得到rSO₂,应当使用两个检测器,其间距应在5～20 mm,并且与光源的距离均应当不小于20 mm; (2)双波长光源的发光波长,特别是短波波长的离散性可导致测得的rSO₂出现明显误差(＞10%),为避免这一误差,必须准确测出实际的发光波长,并使用该波长对应的消光系数。上述结论可指导传感器的优化设计,所研制成的NIRS仪器实现了这一点。