近红外无损伤脑血氧监测仪的研制——系统设计及实验验证

我们设计并研制了一种脑血氧监测仪,利用近红外光谱检测生物组织血、氧含量的原理,实现了对双侧脑组织局部血、氧参数的同时检测。检测探头采用两个不同波长的超高亮LED作为光源,通过两个光电传感器分别接收经左右大脑组织散射后的光信号,实现双探头检测双侧脑组织局部血、氧参数检测的功能。而且检测探头的外型结构经过特殊设计,有效地抑止了外界环境噪声同时减小了固定检测探头时给病人带来的不适感。仪器同时输出两侧脑组织的血容量和氧含量曲线,可以实现对病人的双侧脑组织血、氧变化参数进行长时间实时、连续的监测。最后利用生物模型实验验证了仪器的有效性。

人脑血氧的数据分析及其临床验证

本文采用自制的近红外双波长脑血氧监测仪对20例正常人、30例手术麻醉病人和30例心功能不全病人进行了脑血氧监测,应用功率谱和互相关函数的方法对采集的血和氧数据进行了分析,实验结果表明:(1)正常人及麻醉后病人脑血氧饱和度的值为80%左右,符合正常生理参数,心功能不全患者脑血氧饱和度平均值为72.8%,明显低于正常人及麻醉后病人,医学统计学分析P<0.01。(2)正常人及麻醉后病人脑血、氧波形信号显示血、氧波形中波峰、波谷对应良好;波形频率和节律稳定,而心功能不全患者脑血、氧波形信号表现为波动的频率和节律均不规则,其血、氧波动信号之间的对应性差。这提示出近红外光在生物组织中传递时可带来较为直观的脑组织血、氧变化信息。(3)心功能不全患者的功率谱曲线主频峰不清晰、功率谱基底宽,有许多活跃的频峰,血、氧的功率谱曲线吻合性差,与正常人及麻醉后病人脑血、氧波形主频峰清晰、功率谱基底部绝少主频峰外的其它频峰功率谱图存在明显差异。(4)正常人及麻醉后病人血氧互相关函数系数为-0.9825±0.1027,接近-1;而心功能不全患者的血氧互相关函数系数仅为-0.8923±0.1035,与正常人及麻醉后病人存在显著差异,医学统计学分析P<0.01。临床试验表明,血氧波形、功率谱和互相关函数对于分析人脑血、氧生理参数状况及其变化有一定的效果。