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【技術(shù)推廣】深度分辨的非侵入式腦血氧監(jiān)測(cè)儀

2025-04-03 新聞 瀏覽

技術(shù)背景與痛點(diǎn)


在醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)領(lǐng)域，準(zhǔn)確持續(xù)地監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)光強(qiáng)的改變以及血紅蛋白對(duì)不同光波長(zhǎng)的吸收特性實(shí)時(shí)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(hào)干擾嚴(yán)重、只能監(jiān)測(cè)腦氧相對(duì)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(guó)立大學(xué)蘇州研究院生物醫(yī)療與健康科技創(chuàng)新平臺(tái)高級(jí)研究員陳南光及其團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種時(shí)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(cè)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(píng)估方案。




技術(shù)介紹

TD-NIRS腦血氧監(jiān)測(cè)儀是一種無創(chuàng)裝置，利用醫(yī)用安全的雙波長(zhǎng)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(duì)病人腦組織血流動(dòng)力以及氧合變化的生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在成年人中，近紅外光雖然不能透過整個(gè)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(jí)時(shí)間分辨率探測(cè)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(shì)


TD-NIRS系統(tǒng)具備以下核心優(yōu)勢(shì)：
1.高精度測(cè)量與干擾補(bǔ)償：采用兩種近紅外波長(zhǎng)及皮秒級(jí)時(shí)間分辨探測(cè)光程擴(kuò)散信號(hào)（TPSF），同時(shí)補(bǔ)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(cè)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(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量腦組織中氧合與脫氧血紅蛋白濃度。
2.深度分辨與信號(hào)分離：創(chuàng)新性地提出信號(hào)濾波算法，能夠從TPSF信號(hào)中分離淺層和深層組織光信號(hào)，有效消除腦外組織和皮層組織的干擾，實(shí)現(xiàn)深度分辨的腦血氧監(jiān)測(cè)。
3.敏感度與可靠性提升：針對(duì)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(shí)域TPSF信號(hào)并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為StO?的變化趨勢(shì)與絕對(duì)值，顯著提高測(cè)量的敏感度和可靠性，有助于分析個(gè)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(shí)別或預(yù)測(cè)術(shù)后不良反應(yīng)。


應(yīng)用前景

TD-NIRS技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)評(píng)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(duì)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(cè)腦血氧指標(biāo)，有助于優(yōu)化治療靶點(diǎn)，并深入解析缺氧缺血性腦損傷患者的個(gè)體化病理生理表型特征，從而早期識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)患者、預(yù)防繼發(fā)性損傷，最終改善臨床預(yù)后。