趙娜娜 姚麗華

(首都體育學(xué)院 北京 100088)

近紅外光譜技術(shù)在臨床中的應(yīng)用

趙娜娜 姚麗華

(首都體育學(xué)院 北京 100088)

近紅外光(near infrared,N IR)是介于可見(jiàn)光和中紅外光之間的電磁波,美國(guó)材料檢測(cè)協(xié)會(huì)將近紅外光譜區(qū)定義為波長(zhǎng)為780～2526nm的光譜區(qū),現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)(Near infrared Spectroscopy,NIRS)是90年代以來(lái)迅猛發(fā)展的高新分析技術(shù),利用近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)腦氧飽和度和腦血流動(dòng)力學(xué)從而監(jiān)測(cè)大腦活動(dòng)已成為醫(yī)學(xué)范圍內(nèi)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文就NIRS在臨床中的應(yīng)用做簡(jiǎn)要綜述。

近紅外光譜技術(shù) 血氧飽和度

1 近紅外光譜技術(shù)的檢測(cè)原理

近紅外光譜術(shù)檢測(cè)腦功能的主要神經(jīng)生理學(xué)和神經(jīng)能量學(xué)基礎(chǔ)是神經(jīng)-血管耦聯(lián)機(jī)制,即大腦的血流供應(yīng)會(huì)隨著功能活動(dòng)的局部變化而進(jìn)行局部響應(yīng),當(dāng)大腦處于激活狀態(tài)時(shí),會(huì)引起局部腦血流與氧代謝率改變,從而引起相應(yīng)區(qū)域內(nèi)血氧濃度的變化,因此,通過(guò)測(cè)量組織血氧狀態(tài),即可間接評(píng)價(jià)大腦功能活動(dòng)。

NIRS檢測(cè)組織血氧基于以下原理:在700～900nm這段近紅外區(qū)域內(nèi),存在一個(gè)“光譜窗”。這個(gè)“光譜窗”內(nèi),生物組織對(duì)光線的吸收作用大大降低,光線可以進(jìn)入更深一些的組織。同時(shí),由于血紅蛋白和細(xì)胞色素含氧量不同導(dǎo)致的吸收光譜的差異仍然可以分辨。當(dāng)波長(zhǎng)＞900nm時(shí),組織中的水成分對(duì)光子的吸收作用十分強(qiáng)烈,光子進(jìn)入組織幾毫米就會(huì)被吸收殆盡。而在低于700nm的可見(jiàn)光范圍內(nèi),血紅蛋白對(duì)光線的吸收作用大大增加,同時(shí),組織的散射作用也十分厲害。所以這兩段光譜區(qū)均不適合作為光源,由于人體組織血管中的血紅蛋白對(duì)光線的吸收能力與血紅蛋白的狀態(tài)有密切關(guān)系,因此,通過(guò)檢測(cè)人體組織對(duì)光線的吸收情況就可推測(cè)出此時(shí)血液中的含氧量。

2 近紅外光譜技術(shù)在臨床中的應(yīng)用

2.1 用于早期診斷腦梗死

腦梗死是由于腦動(dòng)脈粥樣硬化,血管內(nèi)膜損傷使腦動(dòng)脈管腔狹窄,進(jìn)而因多種因素使局部血栓形成,使動(dòng)脈狹窄加重或完全閉塞,導(dǎo)致腦組織缺血、缺氧、壞死,引起神經(jīng)功能障礙的一種腦血管病。腦梗死主要依靠早期診斷,早期溶栓,早期恢復(fù)缺血區(qū)血供,同時(shí)采取必要的治療措施。利用NIRS監(jiān)測(cè)原理,近紅外光譜的監(jiān)測(cè)在缺血早期即可出現(xiàn)明顯變化,研究證明在臨床部分對(duì)15例經(jīng)過(guò)頭顱CT證實(shí)的的單側(cè)大腦腦梗塞病人,采用近紅外光腦血、氧監(jiān)測(cè)儀分別測(cè)定了患側(cè)及健側(cè)血、氧含量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,驗(yàn)證該儀器對(duì)腦梗死的早期診斷價(jià)值。

2.2 用于新生兒腦發(fā)育和腦損傷的研究

缺氧缺血性腦病(HIE)是新生兒常見(jiàn)的圍產(chǎn)期腦損傷疾病,缺氧是各臟器損害和功能障礙的病理基礎(chǔ)。重度HIE會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)殘疾甚至死亡,因此,對(duì)腦損傷早期、客觀、定量測(cè)評(píng)十分重要。HIE患兒腦組織腦氧飽和度受到不同程度的影響,缺氧的加重和持續(xù)時(shí)間增加可進(jìn)一步加劇腦損傷。NIRS應(yīng)用光學(xué)原理進(jìn)行腦組織氧合狀況監(jiān)測(cè),以腦氧飽和度、氧合血紅蛋白變化量和還原血紅蛋白變化量為檢測(cè)參數(shù),著重研究了早產(chǎn)兒在腦發(fā)育過(guò)程中腦氧參數(shù)的變化規(guī)律以及缺氧缺血性腦病(HIE)患兒腦氧飽和度與正常新生兒的差異。早期了解腦組織氧合狀態(tài),結(jié)合全身氧供需的變化,及時(shí)調(diào)整氧療措施,對(duì)減輕缺氧腦損傷發(fā)生有重要的臨床指導(dǎo)意義。無(wú)創(chuàng)組織氧監(jiān)測(cè)儀其設(shè)備的穩(wěn)定性和敏感性均較好,數(shù)據(jù)具有可重復(fù)性,可在床邊操作,適用于新生兒,尤其危重新生兒的監(jiān)測(cè)。

2.3 在外科手術(shù)中的應(yīng)用

臨床上NIRS目前還主要用于外科手術(shù)對(duì)缺血缺氧性腦損害的監(jiān)測(cè),體外循環(huán)手術(shù)過(guò)程中腦氧監(jiān)測(cè)及腦的保護(hù)。其不受低溫、麻醉藥物及循環(huán)停止的影響,可更靈敏地監(jiān)測(cè)循環(huán)停止期間的腦氧儲(chǔ)備,為臨床及時(shí)處理提供客觀依據(jù),也為腦保護(hù)的研究提供了良好的方法。

2.4 在其它方面的應(yīng)用

NIRS在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中,被廣泛用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中肌氧和腦氧含量的變化;在乳腺腫塊診斷方面,我國(guó)自行開(kāi)發(fā)了多種近紅外乳腺診斷儀,并進(jìn)行了臨床分析應(yīng)用;還被用于尿液中葡萄糖和蛋白等成分含量的分析,以及臨床無(wú)損檢測(cè),了解光透明劑的滲透特性及其對(duì)胃組織光學(xué)透明性的影響等。

隨著臨床研究的不斷深入,可望在早期癡呆診斷、腦血管病的腦循環(huán)代謝檢查、判斷腦死亡等領(lǐng)域作出特別貢獻(xiàn)。

3 小結(jié)

用近紅外光實(shí)現(xiàn)人體組織中血氧飽和度、血紅蛋白濃度的無(wú)創(chuàng)、連續(xù)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)新興技術(shù)。最近十幾年,由于NIRS可以實(shí)現(xiàn)生物體的在體非介入分析和監(jiān)測(cè),因此,成為臨床醫(yī)學(xué)上極具發(fā)展?jié)摿Φ姆治龊脱芯考夹g(shù)手段。其與生物醫(yī)學(xué)實(shí)踐相結(jié)合,將為人們的健康護(hù)理領(lǐng)域帶來(lái)更大的進(jìn)步,也必然為人們生活質(zhì)量的提高做出貢獻(xiàn)。

[1]曹璞.近紅外光譜分析在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用[J].研究生論壇,2006: 51～53.

[2]鄭毅,駱清銘,劉謙,等.適于腦功能活動(dòng)檢測(cè)的便攜式近紅

外光譜儀的研制[J].中國(guó)生物醫(yī)工,2007,26(6):898～902. [3]金天弘,劉振宅,趙秋生,等.組織血氧含量無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及儀器研究[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2007,28(5):4～6.

[4]侯新琳,周叢樂(lè),黃嵐,等.近紅外光譜技術(shù)對(duì)新生兒缺氧缺血性腦病腦氧合及組織灌注的評(píng)價(jià)探討[J].中國(guó)兒童保健雜志, 2006,14(1):8～10.

[5]褚小立,袁洪福,陸婉珍.近年來(lái)我國(guó)近紅外光譜分析技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].分析儀器,2006(2):1～9.

[6]褚小立,陸婉珍.近紅外光譜儀新進(jìn)展[J].分析儀器,2008(1): 3～7.

[7]姚紅利,謝海明,王成.近紅外光譜氧飽和度測(cè)量的研究[J].國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2008,5(2):3～6.

[8]何亮,游洋,楊天明,等.近紅外光譜技術(shù)對(duì)創(chuàng)傷性腦水腫的

在體微創(chuàng)監(jiān)測(cè)研究[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué),2008,36(4):221～224.

R284.1

A

1674-0742(2011)06(c)-0181-01

2011-02-09