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【技術(shù)推廣】深度分辨的非侵入式腦血氧監(jiān)測儀

2025-04-03 新聞 瀏覽

技術(shù)背景與痛點


在醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)領(lǐng)域,，準(zhǔn)確持續(xù)地監(jiān)測腦組織氧輸送和消耗狀態(tài)是保障術(shù)后恢復(fù)和危重癥管理的關(guān)鍵,。當(dāng)前，近紅外光譜（NIRS）監(jiān)測技術(shù)作為一種非侵入式光學(xué)成像技術(shù)雖然能夠通過探測光強(qiáng)的改變以及血紅蛋白對不同光波長的吸收特性實時推算生物組織中血氧濃度變化,，但存在受顱外淺層組織信號干擾嚴(yán)重,、只能監(jiān)測腦氧相對變化等問題,，難以提供準(zhǔn)確可靠的腦血氧數(shù)值。


在此背景下,，新加坡國立大學(xué)蘇州研究院生物醫(yī)療與健康科技創(chuàng)新平臺高級研究員陳南光及其團(tuán)隊開發(fā)出一種時域近紅外光譜（TD-NIRS）技術(shù),，通過融合光學(xué)工程與臨床醫(yī)學(xué)需求，突破了傳統(tǒng)腦血氧監(jiān)測的局限,，有望為危重癥及術(shù)后患者提供無創(chuàng),、可靠、深度分辨的腦組織氧合代謝評估方案,。




技術(shù)介紹

TD-NIRS腦血氧監(jiān)測儀是一種無創(chuàng)裝置,，利用醫(yī)用安全的雙波長近紅外光（680nm與850nm），通過貼在患者前額的可拋棄型光纖發(fā)射器透過頭皮和顱骨進(jìn)入大腦,，對病人腦組織血流動力以及氧合變化的生理參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測,。在成年人中，近紅外光雖然不能透過整個頭部,，但TD-NIRS系統(tǒng)將光源和傳感器置于腦部同側(cè),，以2.5～4cm的光極距離以及皮秒級時間分辨率探測光子在組織中的吸收與散射傳播信息，從而利用逆向重構(gòu)算法量化大腦表層皮質(zhì)下具有深度相關(guān)的血氧參數(shù)及其變化,，包括氧合血紅蛋白（HbO）,、脫氧血紅蛋白（HbR）以及局部腦組織氧飽和度（StO?）。


技術(shù)優(yōu)勢


TD-NIRS系統(tǒng)具備以下核心優(yōu)勢：
1.高精度測量與干擾補償：采用兩種近紅外波長及皮秒級時間分辨探測光程擴(kuò)散信號（TPSF），同時補償光波散射損失,，并修正由體液,、組織和皮膚色素沉著等背景光吸收造成的干擾，探測組織吸收系數(shù)靈敏度為0.008 cm-1,，散射系數(shù)靈敏度為1 cm-1,，從而實現(xiàn)高精度測量腦組織中氧合與脫氧血紅蛋白濃度。
2.深度分辨與信號分離：創(chuàng)新性地提出信號濾波算法,，能夠從TPSF信號中分離淺層和深層組織光信號,，有效消除腦外組織和皮層組織的干擾，實現(xiàn)深度分辨的腦血氧監(jiān)測,。
3.敏感度與可靠性提升：針對傳統(tǒng)NIRS設(shè)備的不足,，TD-NIRS系統(tǒng)可以7.5 Hz采樣率采集時域TPSF信號并實時轉(zhuǎn)換為StO?的變化趨勢與絕對值，顯著提高測量的敏感度和可靠性,，有助于分析個體或局部腦區(qū)的差異性,，確定缺血缺氧的臨界值，從而提前識別或預(yù)測術(shù)后不良反應(yīng),。


應(yīng)用前景

TD-NIRS技術(shù)能夠?qū)崟r評估腦損傷或干預(yù)后的組織灌注變化,，輔助醫(yī)生判斷患者對復(fù)蘇、肌力支持,、呼吸機(jī)支持和輸血等干預(yù)措施的反應(yīng),。此外，采用TD-NIRS系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測腦血氧指標(biāo),，有助于優(yōu)化治療靶點,，并深入解析缺氧缺血性腦損傷患者的個體化病理生理表型特征，從而早期識別高風(fēng)險患者,、預(yù)防繼發(fā)性損傷,，最終改善臨床預(yù)后。