RGB图像高光谱重建的组织血氧饱和度评估

组织血氧饱和度(StO_(2))是检测组织和血液中血液灌注和血液氧合变化的重要指标,在临床及日常监测中具有重要意义。高光谱成像以其非接触、光谱信息丰富等优点,成为一种评估StO_(2)的新兴手段,然而高光谱成像设备造价昂贵且操作复杂,限制了其使用环境及发展。传统工业相机获取皮肤组织的RGB图像空间分辨率高、但其光谱分辨率低,若能提高光谱分辨,则其实现高精度生理参数测量成为可能。提出了一种基于RGB图像高光谱重建的StO_(2)评估方法。该方法基于深度学习方法构建了从RGB图像到皮肤组织高光谱图像的重建模型,获得了高物理可靠性皮肤组织高光谱图像,并利用改进的朗伯比尔模型,实现了区域StO_(2)评估。采用普通可见光相机与高光谱相机通过捆绑实验同时采集了49位受试者处于不同血液灌注状态下手部的RGB图像与高光谱图像作为数据集。在对高光谱图像进行降维去噪的基础上,根据含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白的特征光谱选取了450~600 nm(含31个光谱通道)波段作为重建光谱波段,构建了基于深度学习的皮肤组织高光谱重建神经网络模型。实验结果表明,重建模型获得的皮肤反射光谱与高光谱相机直接采集的反射光谱曲线具有较高的一致性,测试集中二者的平均绝对误差(MAE)为0.00938,均方误差(RMSE)为0.01481。之后对重建模型得到的区域StO_(2)测量结果与高光谱相机得到的测量结果二者的相似性进行了定量评估,测试集样本中两种方法生成StO_(2)空间分布图的二维相关系数均处于可靠范围内(大于94%),表明了本文提出的基于可见光图像高光谱重建的StO_(2)评估方法具有较高的可靠性。该研究利用普通彩色相机实现了区域StO_(2)评估,为各种疾病的临床诊断和监测提供了一种简单低成本的StO_(2)监测方法。

无线便携式组织血氧检测仪的开发与研制

目的开发研制一种便携式组织血氧检测仪,用于临床上实时、动态检测断指/断肢再植、皮瓣移植术后组织血氧值,帮助医护人员早期评估再植组织的血运情况。方法基于近红外光谱法,利用人体血液中含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白对近红外光吸收度不同的原理来进行组织血氧检测,采用无线蓝牙技术实现终端数据传输,并通过长时程的大数据管理和人工智能算法对再植组织的血氧水平进行智能评价。结果设备的再植组织血氧参数测量范围为20%~100%,误差值为±2%,有效无线传输距离>3 m,基于人工智能算法的大数据管理,可以实现组织血氧水平的标定和评价。结论无线便携式组织血氧检测仪体积小、重量轻、测量数据准确,能够帮助医护人员实时了解再植组织的恢复情况,有利于把握治疗的最佳时机。

EGOS-600近红外组织血氧参数无损监测仪在人体解剖生理学实验教学中的应用

组织血氧仪能无损的监测人体各部位的组织血氧变化情况。苏州爱琴生物医疗电子有限公司生产的EGOS-600系列近红外组织血氧参数无损监测仪被用于人体解剖生理学实验中进行多种条件下的血氧监测。文章简介了血氧仪的性能、参数、功能特点和界面等。详细写明了组织血氧仪生理学实验的步骤。设计并使用了基于matlab的实验结果处理和显示界面。

反射式红外光谱组织血氧计传感器设计

描述了一种可用于全身体表各部位监测组织血氧状态的反射式光电传感器的设计，并应用此传感器分别进行了脑血氧和肌血氧状态的测量，获得有意义的实验结果，证实设计的合理性和可行性。

组织血氧饱和度与血乳酸对早期急诊感染性休克患者预后的评估价值

目的 通过比较感染性休克患者组织血氧饱和度(StO2)、StO2变化率、早期血乳酸、乳酸清除率对其28 d病死率的影响,探讨StO2对急诊感染性休克患者预后的评估价值.方法 根据纳入标准,回顾性收集中国医科大学附属第一医院急诊监护室(EICU)收治的感染性休克患者48例,收集入组患者0、6、12、24、48 h的血乳酸水平和StO2,根据患者28 d预后情况分为生存组和死亡组,分别比较早期不同时段的StO2、StO2变化率、血乳酸、乳酸清除率对其预后的影响,用受试者工作特征曲线(ROC)下面积(AUC)比较StO2、StO2变化率、血乳酸、乳酸清除率在感染性休克早期不同时段对28 d病死率的预测效力,对入组患者的StO2和血乳酸水平进行相关性分析.结果 48例患者中,生存组34例(70.8%),死亡组14例(29.2%),血乳酸水平、乳酸清除率、StO2在生存组和死亡组早期不同时段的差异有统计学意义(P<0.05),StO2变化率在12 h后生存组和死亡组的差异有统计学意义(P<0.05).血乳酸在5个时段预测28 d病死率的AUC分别为:0.61、0.65、0.67、0.69、0.71;StO2在5个时段预测28 d病死率的AUC分别为:0.56、0.59、0.63、0.64、0.67;乳酸清除率在4个时段预测28 d病死率的AUC分别为:0.68、0.71、0.75、0.78;StO2变化率在4个时段预测28 d病死率的AUC分别为:0.45、0.66、0.68、0.71.Pearson相关性分析显示入组患者的StO2和血乳酸水平呈负相关(r=-0.274,P<0.05).结论 StO2和12 h后StO2变化率可以作为早期预测急诊感染性休克患者28 d死亡风险的指标,对判断预后和指导感染性休克治疗具有较高的应用价值.

兔膝关节持续被动活动对前交叉韧带重建术后切口局部组织血氧饱和度的影响

目的 探讨膝关节持续被动活动（continuous passive motion, CPM）对兔前交叉韧带重建术后切口局部组织血氧饱和度的影响. 方法 20 只八月龄雄性新西兰大白兔右侧后肢膝关节行自体双股半腱肌腱移植重建前交叉韧带手术,术后随机分为2组：自由活动组（n＝10）和CPM组（n＝10）.自由活动组笼内自由活动;CPM组应用兔膝关节持续被动活动器运动.术后第2天,近红外光技术装置ODISseyTM 局部组织血氧监护仪测量每一来回（屈曲30°～110°）不同CPM速度（分别为2.35°/s、3.2°/s 、8°/s）时的切口局部组织血氧饱和度（tissue oxygen saturation ,StO2）变化,选择最好的CPM范围和速度.分别在术前和术后第2、4、6、8、10、14天观察膝关节CPM不同角度时切口局部组织StO2的变化. 结果 与自由活动组相比,3种速度的CPM在不同屈曲角度下均保持较高的StO2,且有显著性差异（P＜0.05）,不同CPM速度之间StO2有显著性差异（P＜0.05）.每一来回（屈曲30°～110°）运动速度为3.2°/s时保持最高的StO2.在术前和术后第2、4、6、8、10、14天等各时间点,膝关节屈曲30°、60°、90°、110°时StO2均无显著性差异（P＞0.05）,不同的时间点（术前和术后第2、4、6、8、10、14天）切口的StO2差别均有显著统计学意义（P＜0.05）.术后第2～4天最低,然后逐渐上升.术后第2周拆线后,切口愈合良好,没有感染、血肿和切口裂开. 结论 兔膝前交叉韧带重建术后第2天开始进行膝关节CPM（屈曲30°～110°）,可增加切口局部组织血氧饱和度,以3.2°/s的CPM速度最佳.

近红外光谱肌肉组织血氧定量监测技术的研究——模型实验与蒙特卡罗仿真研究

近红外光谱法组织血氧检测技术可实现对人体组织肌肉、脑组织含氧浓度的无创伤长时间连续监测 ,具有广阔的应用前景。但是 ,由于光在人体组织内的强散射现象和人体组织构造的复杂性、个体差异性 ,现有的监测方法还不能实现真正意义上的定量监测。本研究通过模型实验以及蒙特卡罗仿真研究定量地分析了监测肌肉组织血氧时皮肤、皮下脂肪等对测量结果的影响 ,并提出了一种可消除皮肤、皮下脂肪影响的近红外光谱肌肉组织血氧定量监测方法。经过理论分析其监测误差可控制在 10 %以内。所提演算方法还有待相关仪器开发完成后进行临床研究加以确认。

组织血氧含量无创监测技术及仪器研究

传统的组织血氧含量测量方法是有创测量,且很难做到连续测量。因此,利用近红外光谱无创技术监测血氧含量就越来越成为世界范围内研究的热点;血氧浓度信号因本身微弱、受干扰大,光子在组织内传播具有随机性,致使检测困难很大。文中就近红外光谱技术监测血氧含量提出了一种硬件设计思路。

我国首次研制出近红外组织血氧参数无损监测仪应用于临床

用近红外光谱(NIRS)方法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。当心血管搏动微弱甚至使用体外循环时,脉搏血氧计已无读数,但组织血氧参数无损监测仪仍能提供信息。它特别适合于监测脑、肌肉、皮瓣等局部组织的血运状况。本文介绍仪器的技术指标、检测原理及临床应用。已开展的临床应用包括:新生儿脑损伤、脑发育的评定;体外循环手术过程中脑氧监测及脑的保护;组织移植后血运的监测以及骨骼肌代谢功能评定等4个方面。该仪器已由清华大学生物医学工程系研制成功,并于2005年1月通过鉴定,现已进入产品化、推广和应用阶段。用近红外光谱(NIRS)方法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。在国家自然科学基金支持下,清华大学医学院生物医学工程系启动了这项技术的基础研究工作,于2002年研制成功了实验样机,并于2005年1月通过鉴定,现已进入产品化、推广和应用阶段。目前中国市场上,国外同类产品售价为3万多美元,价格很高。本样机已在5个医疗领域进行了600多例检测,目前有5台样机在5家医院长期使用,并成为临床研究所必备产品。上海复旦大学附属儿科医院将国外同类产品与本样机进行了对比测试,院方评价:“

近红外组织血氧参数无损监测仪在神经外科重症病人脑氧饱和度监护中的应用

[目的]研究近红外组织血氧参数无损监测仪(NIRS)对神经外科重症病人脑氧饱和度(rSO2)检测的临床应用价值。[方法]选取我院神经外科重症监护室收治的诊断明确的符合选择标准的病人64例,其中颅脑外伤47例、脑出血17例。病人经右侧桡动脉留置动脉留置针,在安静平卧状态下,给予入组病人人工鼻吸氧(氧流量为2L/min),开始心电监护和NIRS持续监测,5min后抽取右侧桡动脉血做血气分析,并调节吸氧流量为4L/min、6L/min,5min后再次抽取右侧桡动脉血做血气分析。分析不同吸氧流量前后各指标的变化及相关性。[结果]吸氧4L/min、6L/min时rSO2和PaO2两个指标均显著高于吸氧2L/min时(P<0.01),吸氧6L/min时rSO2和PaO2两个指标显著高于吸氧4L/min时(P<0.05);吸氧2L/min、4L/min、6L/min时SaO2、PaO2、SpO2指标相关(P<0.01),rSO2与SaO2、PaO2、SPO2无相关性(P>0.05)。[结论]NIRS能准确监测脑组织局部氧饱和度,客观地评价脑组织的氧合状态。

不同角度人体“倒牵”状态下组织血氧参数的变化研究

通过近红外光谱技术测量人体处于不同角度"倒牵"状态时局部组织的血氧参数,了解局部组织氧的供需情况,为倒牵健身应用于全民健身运动提供生理学依据。选取大学生20人作为受试者,在"倒牵放松器"上分别处于水平卧位,以及30°、60°、90°倒牵状态各五分钟,采用近红外组织血氧参数无损监测仪测量脑组织和下肢肌肉组织的△Hb和△HbO^2,rSO^2。结果表明,脑组织△HbO^2、rSO^2在倒牵60°状态下与水平卧位相比较明显增加,下肢肌肉组织rSO^2在倒牵90°状态下与水平卧位、倒牵60°状态下相比较明显降低,且均有统计学差异。最后得出60°是最佳倒牵角度的结论。

用近红外脑组织血氧仪评定保健食品抗疲劳效果

疲劳综合症目前已经越来越多地影响着人们的正常生活和工作。可以通过组织血氧饱和度、心率等参数来评价疲劳程度,并采用某种抗疲劳胶囊和咖啡作为调节疲劳程度的一种手段。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。针对长时间在办公室工作的脑力劳动者人群,设计了两组静态实验来分别评价服用与未服用抗疲劳胶囊或咖啡的疲劳程度。通过对实验组和对照组受试者分别进行脑组织氧饱和度、心率等参数进行了测试,并侧重分析了受试者的脑组织氧饱和度的变化情况。结果表明,实验组的受试者其脑组织氧饱和度在服用抗疲劳胶囊和咖啡后都有明显的上升趋势,从而表明抗疲劳胶囊在一定程度上有缓解疲劳的作用。

主动和被动拉伸对韧带及肌肉组织血氧影响的近红外光谱技术评价

背景:目前虽有众多对不同拉伸方法比如静力性和动力性拉伸效果的评价研究,但是缺乏现代科学标准客观化指标,尤其是能实时检测的生理性指标,另外其疗效机制也尚不明确。目的:利用近红外光谱技术测量验证静力性拉伸的不同拉伸方式——主动与被动拉伸对肌肉组织血流及血氧的影响变化,从生理性缺血及再灌注方面探索拉伸作用的机制。方法:对10名平均年龄为(28±5)岁年轻健康的受试者,3名男性,7名女性,使用集成了三波长LED光源的PortaLite NIRS血氧计分别检测不同方式的静态拉伸(主动拉伸和被动拉伸)处于拉伸和收缩状态肌肉组织血氧变化,包括基线、拉伸干预期间及干预后的氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和总血容量变化。结果与结论:①静态拉伸时处于拉伸状态的肌肉组织通过增加总血容量明显提升血液氧合血红蛋白水平,而处于收缩状态的肌肉组织总血容量、脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白抑制效果较明显,且收缩的组织各血液指标上升幅度不如拉伸组织;②主动拉伸运动后上调总血容量和氧合血红蛋白能力优于被动拉伸,有促进血液微循环和血流动力学活性、增强局部组织血氧、增加组织柔韧性以及加速局部组织修复或提升组织功能的可能性;③结果提示近红外光谱检测组织血氧技术有望成为验证组织再生与康复的一个客观指标。

母乳喂养对比配方奶喂养对足月新生儿组织血氧饱和度、血红蛋白浓度指数及肠道菌群的影响

目的:对比母乳喂养与配方奶喂养对足月新生儿组织血氧饱和度、血红蛋白浓度指数及肠道菌群的影响。方法:选取2020年6月至2020年12月500例于上海市第一妇婴保健院出生的足月新生儿为研究对象,按喂养方式的不同分为母乳喂养组(n=238)与配方奶喂养组(n=262)。比较两组新生儿生长发育指标(体重、身长、头围)、组织血氧饱和度[脑组织血氧饱和度指数(cerebral tissue oxygenation index,cTOI)、肠道组织血氧饱和度指数(splanchnic tissue oxygenation index,s TOI)]、血红蛋白浓度指数[脑组织血红蛋白浓度指数(cerebral tissue hemoglobin index,cTHI)、肠道组织血红蛋白浓度指数(splanchnic tissue hemoglobin index,s THI)]及肠道菌群(乳酸杆菌、双歧杆菌)。结果:两组婴儿在喂养30 d后的体重、身长、头围指标比较差异均无统计学意义(P>0.05),但母乳喂养组婴儿的体重增长值显著高于配方奶喂养组(P<0.05)。母乳喂养组cTOI在喂奶时先明显升高,喂奶后下降(P<0.05),cTHI在喂奶时、喂奶后呈明显上升趋势(P<0.05);但配方奶喂养组中婴儿的cTOI、sTOI、cTHI、sTHI在喂奶前、喂奶时、喂奶后的差异均无统计学意义(P>0.05)。与配方奶喂养组相比,母乳喂养组cTOI在喂奶时和喂奶后均较高,喂奶后sTHI、sTOI则均较低,差异有统计学意义(P<0.05)。与配方奶喂养组相比,母乳喂养组婴儿肠道菌群中双歧杆菌水平明显更高(P<0.05)。结论:母乳喂养相较于配方奶喂养有利于新生儿体重增长,能够提高婴儿cTOI、cTHI水平,并可能有助于改善肠道菌群。

技术成果转化喜结硕果——具有自主知识产权的近红外组织血氧参数无损检测仪已在多个临床领域投入使用

清华大学医学院生物医学工程系课题组经过长期研究和开发,在国内率先研制出具有自主知识产权的近红外组织血氧参数无损检测仪。该仪器将近红外光谱技术用于强散射的人体组织,实现了组织氧饱和度绝对量、组织中血红蛋白浓度变化量的无创、连续、实时检测,使我国成为继日本、美国之后第3个生产此类产品的国家。《技术成果转化喜结硕果》阐述了近红外组织血氧参数无损检测仪与以往检测方法相比的特点及优势,近红外血氧参数无损检测仪应用的领域及临床应用发展势头和前景及怎样成功将国内自主知识产权的专利技术成功转化为临床应用产品的经验。《振幅整合脑电图的实现及其在新生儿脑功能监护中的应用前景》及《医工结合深入开展新生儿脑组织血氧检测的研究》对新生儿脑功能监护进行了探讨。

近红外光谱组织血氧检测结果的定量化方法

近红外光谱组织血氧检测技术可实现生物组织氧代谢的无创、连续、实时监测 ,具有广泛的应用前景。由于光在生物组织中的散射行为 ,近红外光谱组织血氧检测结果的定量问题一直是这一技术能否得到广泛应用的一个关键。文章从近红外光谱组织血氧定量检测技术的理论基础和具体演算方法两方面总结至今所提出的各种算法 ,分析各种算法的特点和相应的局限性 。

组织血氧参数近红外无损检测技术及自主创新之路

用近红外光谱方法无损、实时、连续检测人体组织中的血氧参数,可直接得到大脑皮层、肌肉等组织中微细血管血液的氧饱和度、血红蛋白浓度的平均值。与有创血气分析和检测指端脉搏血氧饱和度等现有技术相比,具有不可替代的特色和优势。本课题组通过10余年的不懈努力,在原理算法、测试技术、临床应用等方面取得了大量创新性的成果。现已成功地将实验室样机转化为具有独立自主知识产权、达到国际先进水平的产品(TSAH-100)。在新生儿医学、运动医学、组织移植、体外循环、药物疗效评定、基础研究等领域得到推广应用,已测试900余例受试者。在长期的工作中,建立了高校、医院、企业紧密合作的科研体制,为研发具有自主知识产权的先进医疗仪器提供了有益经验。

大鼠上矢状窦闭塞模型脑血流和脑组织血氧饱和度的变化

目的 探讨大鼠上矢状窦闭塞模型脑血流与脑组织血氧饱和度的变化。方法 利用大鼠上矢状窦闭塞模型 ,激光多谱勒扫描法测定脑表 2 5处局部脑血流 (lCBF)和脑组织血氧饱和度 ,以 2 5处lCBF的中位数代表区域脑血流 (rCBF)。荧光血管造影技术检测上矢状窦闭塞情况和血栓扩展情况。大鼠分为以下 3组 :A组 ,对照组 (n =5 ) ;B组 ,上矢状窦结扎组 (n =8) ;C组 ,上矢状窦结扎加上矢状窦内注入血栓形成因子 (n =10 )。结果 C组上矢状窦结扎加上矢状窦内注入血栓形成因子后rCBF与脑组织血氧饱和度明显降低 (P <0 .0 5 ) ,B组上矢状窦结扎后rCBF降低(P <0 .0 5 ) ,15min后又恢复到结扎前水平。B组的平均动脉压较A、C组增高 15 %左右 (P <0 .0 5 )。结论 急性上矢状窦闭塞血栓扩展到脑皮层静脉后rCBF和脑组织血氧饱和度降低 ,脑血管造影及rCBF和脑组织血氧饱和度监测可早期诊断上矢状窦闭塞 ,提升脑灌注压可以延长静脉窦血栓形成的治疗时间窗。

患儿SpO2监护中所致的医疗器械相关压力性损伤组织血氧变化的临床研究

目的 评估患儿在SpO2监护中所致医疗器械相关压力性损伤（MDRPI）部位的组织血氧变化,为临床早期SpO2监护所致的MDRPI提供预警和护理干预.方法 随机选取2016年1—12月收治在郑州儿童医院内科监护室的危重症患儿118例,结合患儿危重症评分及护理干预,应用近红外光谱仪监测患儿SpO2监护所致MDRPI部位组织氧饱和度（rSO2）.结果 患儿危重症评分越低,rSO2越低（F值分别为24.65、3.90、79.45;P〈0.05）;发生SpO2监护所致MDRPI的患儿,随护理干预进程rSO2逐渐回升,但仍低于未发生者（t值分别为48.87、30.03、25.49、14.36;P〈0.05）.结论 局部组织受相关医疗器械的压迫,导致缺血缺氧、氧合作用改变是发生SpO2监护所致MDRPI的重要原因,近红外光谱法可应用于患儿SpO2监护所致MDRPI部位的组织血氧监测和评估.

近红外组织血氧参数监测在游离腹部皮瓣监测中的应用

目的 评估近红外组织血氧参数监测仪（NIRS）在游离腹部皮瓣乳房重建术皮瓣监测中的应用价值. 方法 采用NIRS对2012年8月至2014年2月期间接受游离腹部皮瓣乳房重建的41例患者进行监测,记录并分析术前、术中以及术后皮瓣的组织氧合指数（TOI）和组织血红蛋白指数（tHI）,并进行统计分析. 结果 术前测量提示内侧皮瓣的血供较好,与腹壁下血管穿支多分布于脐周有关.术中血流阻断前NIRS即可检测出皮瓣Ⅳ区明显的血供障碍.术后检测结果提示皮瓣的血供自Ⅰ区至Ⅲ区逐渐削弱（P＜0.001）,Ⅲ区皮瓣的血供情况与重建时机有关,Ⅱ期较佳（TOI：P=0.019;tHI：P=0.009）,Ⅰ期患者中乳房重量较大者血供较好（TOI：P=0.071;tHI：P=0.042）,两手术时间（P=0.003）、吻合血管时间（P＜ 0.001）与Ⅰ期患者皮瓣Ⅲ区tHI成正比.研究期间,NIRS成功地在临床观察发现异常之前预警了1例血管危象的发生,体现出其在皮瓣术后监测中具有较高的应用价值. 结论 NIRS具有较高的灵敏度,能早期预警皮瓣血管危象的发生.它通过实时、无创、连续的监测方式,提供客观、可靠的指标,对游离腹部皮瓣的血运情况进行监测,有望降低监护压力,为该术式的推广奠定基础。