近紅外光譜技術在臨床中的應用

趙娜娜 姚麗華

(首都體育學院 北京 100088)

近紅外光譜技術在臨床中的應用

趙娜娜 姚麗華

(首都體育學院 北京 100088)

近紅外光(near infrared,N IR)是介于可見光和中紅外光之間的電磁波,美國材料檢測協會將近紅外光譜區定義為波長為780～2526nm的光譜區,現代近紅外光譜技術(Near infrared Spectroscopy,NIRS)是90年代以來迅猛發展的高新分析技術,利用近紅外光譜技術檢測腦氧飽和度和腦血流動力學從而監測大腦活動已成為醫學范圍內的熱點研究領域。本文就NIRS在臨床中的應用做簡要綜述。

近紅外光譜技術 血氧飽和度

1 近紅外光譜技術的檢測原理

近紅外光譜術檢測腦功能的主要神經生理學和神經能量學基礎是神經-血管耦聯機制,即大腦的血流供應會隨著功能活動的局部變化而進行局部響應,當大腦處于激活狀態時,會引起局部腦血流與氧代謝率改變,從而引起相應區域內血氧濃度的變化,因此,通過測量組織血氧狀態,即可間接評價大腦功能活動。

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

2 近紅外光譜技術在臨床中的應用

2.1 用于早期診斷腦梗死

腦梗死是由于腦動脈粥樣硬化,血管內膜損傷使腦動脈管腔狹窄,進而因多種因素使局部血栓形成,使動脈狹窄加重或完全閉塞,導致腦組織缺血、缺氧、壞死,引起神經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,早期恢復缺血區血供,同時采取必要的治療措施。利用NIRS監測原理,近紅外光譜的監測在缺血早期即可出現明顯變化,研究證明在臨床部分對15例經過頭顱CT證實的的單側大腦腦梗塞病人,采用近紅外光腦血、氧監測儀分別測定了患側及健側血、氧含量并進行統計學處理,驗證該儀器對腦梗死的早期診斷價值。

2.2 用于新生兒腦發育和腦損傷的研究

缺氧缺血性腦病(HIE)是新生兒常見的圍產期腦損傷疾病,缺氧是各臟器損害和功能障礙的病理基礎。重度HIE會導致神經系統殘疾甚至死亡,因此,對腦損傷早期、客觀、定量測評十分重要。HIE患兒腦組織腦氧飽和度受到不同程度的影響,缺氧的加重和持續時間增加可進一步加劇腦損傷。NIRS應用光學原理進行腦組織氧合狀況監測,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參數,著重研究了早產兒在腦發育過程中腦氧參數的變化規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,結合全身氧供需的變化,及時調整氧療措施,對減輕缺氧腦損傷發生有重要的臨床指導意義。無創組織氧監測儀其設備的穩定性和敏感性均較好,數據具有可重復性,可在床邊操作,適用于新生兒,尤其危重新生兒的監測。

2.3 在外科手術中的應用

臨床上NIRS目前還主要用于外科手術對缺血缺氧性腦損害的監測,體外循環手術過程中腦氧監測及腦的保護。其不受低溫、麻醉藥物及循環停止的影響,可更靈敏地監測循環停止期間的腦氧儲備,為臨床及時處理提供客觀依據,也為腦保護的研究提供了良好的方法。

2.4 在其它方面的應用

NIRS在運動醫學中,被廣泛用于監測運動過程中肌氧和腦氧含量的變化;在乳腺腫塊診斷方面,我國自行開發了多種近紅外乳腺診斷儀,并進行了臨床分析應用;還被用于尿液中葡萄糖和蛋白等成分含量的分析,以及臨床無損檢測,了解光透明劑的滲透特性及其對胃組織光學透明性的影響等。

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

3 小結

用近紅外光實現人體組織中血氧飽和度、血紅蛋白濃度的無創、連續監測是一項新興技術。最近十幾年,由于NIRS可以實現生物體的在體非介入分析和監測,因此,成為臨床醫學上極具發展潛力的分析和研究技術手段。其與生物醫學實踐相結合,將為人們的健康護理領域帶來更大的進步,也必然為人們生活質量的提高做出貢獻。

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