基于近红外光谱技术的脑氧检测系统研究进展

基于近红外光谱(NIRS)技术的脑组织血氧监测设备最初用于手术或重症监护中的氧饱和度监测,不同于传统血气分析仪和指端脉搏血氧仪,近红外组织血氧监测设备可无创、连续、实时地对脑血氧参数进行定量监测。近十年来,随着光电传感和测量技术的发展,衍生出的功能性近红外脑成像设备,在认知神经科学研究、精神疾病诊断等领域得到了广泛应用。本文首先介绍了基于NIRS技术的脑组织血氧参数监测和功能性脑成像的基本原理,并从传感器构造、信号分离提取处理方法和血氧参数定量反演算法等方面重点介绍了脑组织血氧监测与功能性脑成像的最新研究进展,最后对其实际应用进行了总结和展望。

漫反射光谱技术快速无创检测皮肤胆固醇

针对皮肤胆固醇无创检测的迫切需求,设计了一种基于微型光谱仪的便携式和智能化的皮肤漫反射光谱实时测量系统。配制毛地黄皂苷—辣根过氧化物酶共聚物溶液,利用毛地黄皂苷可与皮肤胆固醇分子中的羟基特异性结合和辣根过氧化物酶能与TMB试剂（主要成分为3,3’,5,5’-四甲基联苯胺）反应显色的特性,实现皮肤胆固醇的高灵敏和高特异的识别与指示,并通过测量反应后颜色的变化程度来定量皮肤胆固醇的浓度。以与人体皮肤结构相近的猪皮肤为实验对象,采用萃取法获得梯度浓度的胆固醇样本,利用上述光谱测量系统检测样本内的胆固醇浓度来验证该方法的可行性。实验结果显示,相对漫反射率能够区分不同浓度的胆固醇样本,在特征单波长（442,450和463nm）处和特征波段442-500nm内,漫反射率强度因子均可以定量反映样本内的胆固醇浓度,经线性拟合,判定系数R2分别为0.960,0.959,0.958和0.958。研究结果表明,使用漫反射光谱技术可以实现皮肤胆固醇的快速无创检测,将其应用于动脉粥样硬化性疾病风险评估,对于该类疾病的防控具有重要意义。

基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测技术

皮肤胆固醇含量可以作为评价动脉粥样硬化的重要指标之一,现有的皮肤胆固醇含量检测主要基于实验室活检进行,缺少快速无创的检测技术和装备。针对以皮肤胆固醇含量为评价指标的动脉粥样硬化的早期快速筛查需求,本文提出了基于荧光光谱法的皮肤胆固醇快速无创检测方法,研发了一种皮肤胆固醇无创检测系统。为了提高测量的准确性和稳定性,该系统对温度引起的检测试剂荧光效率的波动进行了修正。本文结合气相色谱法对测量结果的准确性进行了验证,并通过检测正常人群和动脉粥样硬化高风险人群的皮肤胆固醇含量,明确了该系统的临床应用价值。本文的研究结果表明,462~520 nm波段内的平均荧光强度与温度的相关系数为-0.995(p<0.0001),可据此建立温度校准曲线对由温度差异引起的荧光波动进行修正。校正后,系统测量的皮肤胆固醇含量与气相色谱测量值的相关性显著,相关系数为0.905(p<0.0001)。在动脉粥样硬化高风险人群的筛查实验中,动脉粥样硬化高风险人群和正常人群的皮肤胆固醇检测结果具有显著差异(P=0.0004)。与现有技术相比,基于荧光光谱法的皮肤胆固醇检测技术具有测量快速无创等优势,为大规模开展动脉粥样硬化的早期风险筛查提供了先进技术手段。

基于GS-SVM的脑组织差分路径因子定量方法研究

差分路径因子(DifferentialPathlengthFactor,DPF)是用于计算脑血氧生理参数的重要变量之一,可通过蒙特卡罗模拟计算得到,但此方法存在耗时长、提取参数复杂等缺点。针对以上不足,提出了一种DPF快速定量计算方法。首先对不同年龄段人群的脑组织光学参数与颅骨厚度进行归一化处理与主成分分析,采用支持向量机(SupportVectorMachine,SVM)并结合网格寻优(GridSearch,GS),建立了基于GS-SVM的脑组织差分路径因子的预测模型,对测试样本数据进行了回归预测,最后将所得结果与反向传播人工神经网络(Back Propagation ArtificialNeuralNetwork,BP-ANN)的预测结果进行了对比。结果表明,相较于蒙特卡罗模拟,GS-SVM预测模型与BP-ANN预测模型的均方误差(MSE)分别为0.0268与0.25,相关系数(R^(2))分别为0.97与0.92。基于GS-SVM的脑组织差分路径因子定量模型的预测结果优于BP-ANN,与蒙特卡罗模拟结果呈显著性相关(显著水平P<0.0001),有望取代传统蒙特卡罗模拟对DPF进行快速批量预测。

皮肤胆固醇含量与冠状动脉病变严重程度的相关性研究

目的:利用皮肤胆固醇无创检测系统检测不同狭窄程度冠状动脉(冠脉)病变患者的皮肤胆固醇水平,探索皮肤胆固醇含量与冠脉狭窄程度的关系及其在冠心病风险筛查领域中的应用价值。方法:本研究为前瞻性研究,入选中国科学技术大学附属第一医院2020年5月-2021年1月拟诊冠心病的住院患者168例,所有纳入患者近1个月内均未服用任何他汀类及其他降脂药物,住院当天接受皮肤胆固醇含量检测,住院期间完成冠脉造影,通过定量冠脉造影系统(QCA)评估冠脉狭窄严重程度,根据患者的基本临床信息,计算患者的弗明汉评分,分析皮肤胆固醇含量与冠脉狭窄严重程度以及弗明汉评分之间的相关性。结果:皮肤胆固醇含量随着冠脉狭窄严重程度的增加而增加;弗明汉评分超过10%的人群皮肤胆固醇含量显著高于弗明汉评分低于10%的人群;总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平与皮肤胆固醇含量没有显著的相关性。结论:皮肤胆固醇含量与冠脉狭窄严重程度以及弗明汉评分呈正相关,提示皮肤胆固醇含量在冠心病风险筛查领域中的应用前景良好。