近红外光谱技术在临床中的应用
【摘要】 近红外光(near infrared,NIR)是介于可见光和中红外光之间的电磁波,美国材料检测协会将近红外光谱区定义为波长为780～2526nm的光谱区,现代近红外光谱技术(Near infrared Spectroscopy,NIRS)是90年代以来迅猛发展的高新分析技术,利用近红外光谱技术检测脑氧饱和度和脑血流动力学从而监测大脑活动已成为医学范围内的热点研究领域。本文就NIRS在临床中的应用做简要综述。
【关键词】 近红外光谱技术血氧饱和度
【中图分类号】 R284.1【文献标识码】 A【文章编号】 1674-0742(2011)06(c)-0181-01
1近红外光谱技术的检测原理
近红外光谱术检测脑功能的主要神经生理学和神经能量学基础是神经-血管耦联机制,即大脑的血流供应会随着功能活动的局部变化而进行局部响应,当大脑处于激活状态时,会引起局部脑血流与氧代谢率改变,从而引起相应区域内血氧浓度的变化,因此,通过测量组织血氧状态,即可间接评价大脑功能活动。
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NIRS检测组织血氧基于以下原理:在700～900nm这段近红外区域内,存在一个“光谱窗”。这个“光谱窗”内,生物组织对光线的吸收作用大大降低,光线可以进入更深一些的组织。同时,由于血红蛋白和细胞色素含氧量不同导致的吸收光谱的差异仍然可以分辨。当波长>900nm时,组织中的水成分对光子的吸收作用十分强烈,光子进入组织几毫米就会被吸收殆尽。而在低于700nm的可见光范围内,血红蛋白对光线的吸收作用大大增加,同时,组织的散射作用也十分厉害。所以这两段光谱区均不适合作为光源,由于人体组织血管中的血红蛋白对光线的吸收能力与血红蛋白的状态有密切关系,因此,通过检测人体组织对光线的吸收情况就可推测出此时血液中的含氧量。
2近红外光谱技术在临床中的应用
2.1用于早期诊断脑梗死
脑梗死是由于脑动脉粥样硬化,血管内膜损伤使脑动脉管腔狭窄,进而因多种因素使局部血栓形成,使动脉狭窄加重或完全闭塞,导致脑组织缺血、缺氧、坏死,引起神经功能障碍的一种脑血管病。脑梗死主要依靠早期诊断,早期溶栓,早期恢复缺血区血供,同时采取必要的治疗措施。利用NIRS监测原理,近红外光谱的监测在缺血早期即可出现明显变化,研究证明在临床部分对15例经过头颅CT证实的的单侧大脑脑梗塞病人,采用近红外光脑血、氧监测仪分别测定了患侧及健侧血、氧含量并进行统计学处理,验证该仪器对脑梗死的早期诊断价值。
, 百拇医药
2.2用于新生儿脑发育和脑损伤的研究
缺氧缺血性脑病(HIE)是新生儿常见的围产期脑损伤疾病,缺氧是各脏器损害和功能障碍的病理基础。重度HIE会导致神经系统残疾甚至死亡,因此,对脑损伤早期、客观、定量测评十分重要。HIE患儿脑组织脑氧饱和度受到不同程度的影响,缺氧的加重和持续时间增加可进一步加剧脑损伤。NIRS应用光学原理进行脑组织氧合状况监测,以脑氧饱和度、氧合血红蛋白变化量和还原血红蛋白变化量为检测参数,着重研究了早产儿在脑发育过程中脑氧参数的变化规律以及缺氧缺血性脑病(HIE)患儿脑氧饱和度与正常新生儿的差异。早期了解脑组织氧合状态,结合全身氧供需的变化,及时调整氧疗措施,对减轻缺氧脑损伤发生有重要的临床指导意义。无创组织氧监测仪其设备的稳定性和敏感性均较好,数据具有可重复性,可在床边操作,适用于新生儿,尤其危重新生儿的监测。
2.3在外科手术中的应用
临床上NIRS目前还主要用于外科手术对缺血缺氧性脑损害的监测,体外循环手术过程中脑氧监测及脑的保护。其不受低温、麻醉药物及循环停止的影响,可更灵敏地监测循环停止期间的脑氧储备,为临床及时处理提供客观依据,也为脑保护的研究提供了良好的方法。
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2.4在其它方面的应用
NIRS在运动医学中,被广泛用于监测运动过程中肌氧和脑氧含量的变化;在乳腺肿块诊断方面,我国自行开发了多种近红外乳腺诊断仪,并进行了临床分析应用;还被用于尿液中葡萄糖和蛋白等成分含量的分析,以及临床无损检测,了解光透明剂的渗透特性及其对胃组织光学透明性的影响等。
随着临床研究的不断深入,可望在早期痴呆诊断、脑血管病的脑循环代谢检查、判断脑死亡等领域作出特别贡献。
3小结
用近红外光实现人体组织中血氧饱和度、血红蛋白浓度的无创、连续监测是一项新兴技术。最近十几年,由于NIRS可以实现生物体的在体非介入分析和监测,因此,成为临床医学上极具发展潜力的分析和研究技术手段。其与生物医学实践相结合,将为人们的健康护理领域带来更大的进步,也必然为人们生活质量的提高做出贡献。
, 百拇医药
参考文献
[1]曹璞.近红外光谱分析在医学上的应用[J].研究生论坛,2006:51～53.
[2]郑毅,骆清铭,刘谦,等.适于脑功能活动检测的便携式近红外光谱仪的研制[J].中国生物医工,2007,26(6):898～902.
[3]金天弘,刘振宅,赵秋生,等.组织血氧含量无创监测技术及仪器研究[J].医疗卫生装备,2007,28(5):4～6.
[4]侯新琳,周丛乐,黄岚,等.近红外光谱技术对新生儿缺氧缺血性脑病脑氧合及组织灌注的评价探讨[J].中国儿童保健杂志,2006,14(1):8～10.
[5]褚小立,袁洪福,陆婉珍.近年来我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展[J].分析仪器,2006(2):1～9.
[6]褚小立,陆婉珍.近红外光谱仪新进展[J].分析仪器,2008(1):3～7.
[7]姚红利,谢海明,王成.近红外光谱氧饱和度测量的研究[J].国医学装备,2008,5(2):3～6.
[8]何亮,游洋,杨天明,等.近红外光谱技术对创伤性脑水肿的在体微创监测研究[J].现代医学,2008,36(4):221～224.
【收稿日期】 2011-02-09, 百拇医药(赵娜娜 姚丽华)
【关键词】 近红外光谱技术血氧饱和度
【中图分类号】 R284.1【文献标识码】 A【文章编号】 1674-0742(2011)06(c)-0181-01
1近红外光谱技术的检测原理
近红外光谱术检测脑功能的主要神经生理学和神经能量学基础是神经-血管耦联机制,即大脑的血流供应会随着功能活动的局部变化而进行局部响应,当大脑处于激活状态时,会引起局部脑血流与氧代谢率改变,从而引起相应区域内血氧浓度的变化,因此,通过测量组织血氧状态,即可间接评价大脑功能活动。
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NIRS检测组织血氧基于以下原理:在700～900nm这段近红外区域内,存在一个“光谱窗”。这个“光谱窗”内,生物组织对光线的吸收作用大大降低,光线可以进入更深一些的组织。同时,由于血红蛋白和细胞色素含氧量不同导致的吸收光谱的差异仍然可以分辨。当波长>900nm时,组织中的水成分对光子的吸收作用十分强烈,光子进入组织几毫米就会被吸收殆尽。而在低于700nm的可见光范围内,血红蛋白对光线的吸收作用大大增加,同时,组织的散射作用也十分厉害。所以这两段光谱区均不适合作为光源,由于人体组织血管中的血红蛋白对光线的吸收能力与血红蛋白的状态有密切关系,因此,通过检测人体组织对光线的吸收情况就可推测出此时血液中的含氧量。
2近红外光谱技术在临床中的应用
2.1用于早期诊断脑梗死
脑梗死是由于脑动脉粥样硬化,血管内膜损伤使脑动脉管腔狭窄,进而因多种因素使局部血栓形成,使动脉狭窄加重或完全闭塞,导致脑组织缺血、缺氧、坏死,引起神经功能障碍的一种脑血管病。脑梗死主要依靠早期诊断,早期溶栓,早期恢复缺血区血供,同时采取必要的治疗措施。利用NIRS监测原理,近红外光谱的监测在缺血早期即可出现明显变化,研究证明在临床部分对15例经过头颅CT证实的的单侧大脑脑梗塞病人,采用近红外光脑血、氧监测仪分别测定了患侧及健侧血、氧含量并进行统计学处理,验证该仪器对脑梗死的早期诊断价值。
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2.2用于新生儿脑发育和脑损伤的研究
缺氧缺血性脑病(HIE)是新生儿常见的围产期脑损伤疾病,缺氧是各脏器损害和功能障碍的病理基础。重度HIE会导致神经系统残疾甚至死亡,因此,对脑损伤早期、客观、定量测评十分重要。HIE患儿脑组织脑氧饱和度受到不同程度的影响,缺氧的加重和持续时间增加可进一步加剧脑损伤。NIRS应用光学原理进行脑组织氧合状况监测,以脑氧饱和度、氧合血红蛋白变化量和还原血红蛋白变化量为检测参数,着重研究了早产儿在脑发育过程中脑氧参数的变化规律以及缺氧缺血性脑病(HIE)患儿脑氧饱和度与正常新生儿的差异。早期了解脑组织氧合状态,结合全身氧供需的变化,及时调整氧疗措施,对减轻缺氧脑损伤发生有重要的临床指导意义。无创组织氧监测仪其设备的稳定性和敏感性均较好,数据具有可重复性,可在床边操作,适用于新生儿,尤其危重新生儿的监测。
2.3在外科手术中的应用
临床上NIRS目前还主要用于外科手术对缺血缺氧性脑损害的监测,体外循环手术过程中脑氧监测及脑的保护。其不受低温、麻醉药物及循环停止的影响,可更灵敏地监测循环停止期间的脑氧储备,为临床及时处理提供客观依据,也为脑保护的研究提供了良好的方法。
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2.4在其它方面的应用
NIRS在运动医学中,被广泛用于监测运动过程中肌氧和脑氧含量的变化;在乳腺肿块诊断方面,我国自行开发了多种近红外乳腺诊断仪,并进行了临床分析应用;还被用于尿液中葡萄糖和蛋白等成分含量的分析,以及临床无损检测,了解光透明剂的渗透特性及其对胃组织光学透明性的影响等。
随着临床研究的不断深入,可望在早期痴呆诊断、脑血管病的脑循环代谢检查、判断脑死亡等领域作出特别贡献。
3小结
用近红外光实现人体组织中血氧饱和度、血红蛋白浓度的无创、连续监测是一项新兴技术。最近十几年,由于NIRS可以实现生物体的在体非介入分析和监测,因此,成为临床医学上极具发展潜力的分析和研究技术手段。其与生物医学实践相结合,将为人们的健康护理领域带来更大的进步,也必然为人们生活质量的提高做出贡献。
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参考文献
[1]曹璞.近红外光谱分析在医学上的应用[J].研究生论坛,2006:51～53.
[2]郑毅,骆清铭,刘谦,等.适于脑功能活动检测的便携式近红外光谱仪的研制[J].中国生物医工,2007,26(6):898～902.
[3]金天弘,刘振宅,赵秋生,等.组织血氧含量无创监测技术及仪器研究[J].医疗卫生装备,2007,28(5):4～6.
[4]侯新琳,周丛乐,黄岚,等.近红外光谱技术对新生儿缺氧缺血性脑病脑氧合及组织灌注的评价探讨[J].中国儿童保健杂志,2006,14(1):8～10.
[5]褚小立,袁洪福,陆婉珍.近年来我国近红外光谱分析技术的研究与应用进展[J].分析仪器,2006(2):1～9.
[6]褚小立,陆婉珍.近红外光谱仪新进展[J].分析仪器,2008(1):3～7.
[7]姚红利,谢海明,王成.近红外光谱氧饱和度测量的研究[J].国医学装备,2008,5(2):3～6.
[8]何亮,游洋,杨天明,等.近红外光谱技术对创伤性脑水肿的在体微创监测研究[J].现代医学,2008,36(4):221～224.
【收稿日期】 2011-02-09, 百拇医药(赵娜娜 姚丽华)