近红外光检测 肝组织血氧含量的临床研究

1. 近红外光检测肝组织血氧含量的临床研究 邓云特 谢则平 艾黎明 樊枫 文航 蒋芳才 湖北省天门市第一人民医院 华中科技大学生命科学与技术学院

2. 研究背景 1.近年来近红外光谱法已用于临床检测脑血氧和乳腺肿瘤。国外有文献报道采用近红外光检测肝组织血氧含量的实验研究，但未见作为肝病辅助诊断参数的临床应用报道。 2.华中科技大学谢则平教授等完成了近红外光无创伤检测四氯化碳肝损伤动物模型的实验研究。在此基础上我们进行人体肝脏疾病的临床检测。

3. 3.肝脏是一个均质实性富含血器 官，肝小叶分布均匀，肝组织供 血与供氧充足，且靠近体表易于 检测。

4. 血管及胆管供应模式图

5. 肝小叶结构模式图

6. 肝小叶

7. 4. 本课题采用美国宾夕法尼亚大学研制的Runman仪检测一 组正常人和肝病患者，以探讨 近红外光无创检测人体肝组织 血、氧含量的临床应用价值。

8. 技术路线 近红外光检测肝血氧 临床研究 动物实验研究

9. 技术路线 实验研究 CCL4急性肝损伤 肝组织血氧含量 CCL4早期肝硬化 肝组织血、氧波形 小白鼠肝氧下降； 肝血、氧波形改变； 自功率谱主、副频峰比值 改变， 基底部频峰杂乱增多。 小白鼠肝血、氧含量均有变化； 自功率谱主、副频峰比值 改变， 主频峰后移，基底部增宽 且、副频峰增多且峰高。

10. 技术路线 临床研究 肝病 正常人 肝组织氧含量；血 、氧波形自功率 谱、互相关函数图 肝组织氧含量血、氧 波形自功率谱、互相 关函数图 统计分析 结果 结论

11. 技术原理 • 人体肝脏解剖位置靠近体表，且为均质实性富含血器官。 • 探头固定于右锁骨中线第6、7肋间。

12. 技术原理 图 电磁波谱(单位:m) • 光谱中波长700nm-1200nm的近红外光具有较强的人体穿透力且无创伤。

13. 技术原理 • 肝组织血液中血红蛋白对近红外光的吸收能力与血红蛋白的状态有密切关系。 • 根据血液中氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白在近红外光区域内的不同吸收特性，通过检测肝组织对光线的吸收情况，经数学建模，可推算出此时血液中的含氧量。 • Runman仪通过肝组织对760nm和850nm两个特定波长的光吸收特征并经计算机分析血、氧波形的相关函数及自功率谱特征性改变来检测病人肝组织的氧含量变化， 。

14. 技术原理 在760nm处脱氧 血红蛋白的光吸 收率大于氧合血 红蛋白的光吸收 率，而在850nm 处则恰好相反。 HbO2 吸收率 Hb 波长(nm) 氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的吸收曲线

15. 材料与方法 材料 • 正常人组48例，其中男31例 ，女17例，年龄范围22—58岁； • 肝病组：门诊及住院病人随机检测95例。其中急性肝炎9 例，慢性肝炎64 例，脂肪肝13例，肝硬化9例。 • 病人诊断分型按2000年第10次全国肝病防治方案制定的标准，并排除其他全身性疾病。

16. 材料与方法 仪器 • ①Runman仪及光检测探头：美国宾夕法尼亚大学研制； ②输出装置：A/D接口板和计算机系统。 • Runman仪的接口板，由华中科技大学机械工程学院制作，支持软件由C语言编写，其采样频率为10Hz，平均精确度为12位。由于实验中血氧波形频率不超过2Hz，它完全能满足数据分析的需要。 • 波形分析程序由华中科技大学生命科学与技术学院编写，采用Matlab语言编写。可以选择任意点数据做血氧波形互相关函数分析和两者自功率谱分析，并显示分析结果波形，直接给出延迟为零时的互相关系数。

17. 材料与方法 方法 • 探头固定：被测对象安静平卧体位，Runman仪光检测探头置于右锁骨中线第6~7肋间处，用胶布固定并用黑布覆盖； • 仪器定标与记录波形；调节Runman仪检测的入射光强，定标B、G均为550，电压为4V，记录各测试对象接收光强并通过A/D模/数转换信号输入计算机进行波形分析。 • 计算被测对象肝组织血、氧含量。

18. 760 OXY = I 850 材料与方法 计算公式及血氧评价标准 • 1）血氧含量计算公式: 以上均为接收光强 • 2）肝组织低含氧 OXY < 0.86 • 3）自功率谱异常：主频峰不清晰，主副频峰频率比值小于2。 • 4）互相关函数系数异常：互相关系数>-0.90 I

19. 结 果 1.正常人肝组织氧含量、 血、氧波形自功率谱及血、氧波形自相关函数、互相关函数图

20. 48例正常人肝组织氧含量平均值为1.045±0.121； • 血、氧波形互相关函数系数平均值为 -0.980±0.08。

21. 表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果

22. 续表: 正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果

23. 续表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果续表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果 48例正常人肝组织氧含量平均值为1.045±0.121； 血氧波形互相关函数系数平均值为-0.980±0.08。

24. 图: 正常人肝血氧波形图

25. 正常人肝血氧波形表现为自功率谱基底部清晰在0-2HZ频域内主频峰清晰，主频峰位于0.1- 0.5Hz频域之间，主频峰与副频峰的比值大于2。 主频峰 副频峰 图: 正常人肝血氧波形自功率谱图

26. 正常人及肝病病人2.5HZ频域内自功率谱图比较 正常人2.5HZ频域内自功率谱图 急性肝炎病人2.5HZ频域内自功率谱图 慢性肝炎病人2.5HZ频域 内自功率谱图 肝硬化病人2.5HZ频域 内自功率谱图 脂肪肝病人2.5HZ频域内自功率谱图

27. 正常人肝氧波形自相关函数图A、C字之间的连线与各波峰、波谷之间的连线几乎完全重合，各波波幅递减正常人肝氧波形自相关函数图A、C字之间的连线与各波峰、波谷之间的连线几乎完全重合，各波波幅递减 A C A 图: 正常人肝氧波形自相关函数图

28. 正常人肝血、氧波形互相关函数图A、C之间的连线与各波峰、波谷之间的连线几乎完全重合，各波波幅递减，互相关系数多在-0.90以下正常人肝血、氧波形互相关函数图A、C之间的连线与各波峰、波谷之间的连线几乎完全重合，各波波幅递减，互相关系数多在-0.90以下 A C A 图: 正常人肝血、氧波形互相关函数图

29. 结 果 2.急性肝炎肝组织氧含量、 血氧波形及自功率谱

30. 9例急性肝炎肝组织氧含量平均值为0.673±0.143。9例急性肝炎肝组织氧含量平均值为0.673±0.143。 • 血、氧波形互相关函数系数平均值为-0.835±0.144。

31. 表: 急性肝炎肝组织氧含量及互相关系数检测结果 9例急性肝炎肝组织氧含量平均值为0.673±0.143； 血、氧波形互相关函数系数平均值为-0.835±0.144。

32. 图:急性肝炎血、氧波形图

33. 急性肝炎病人血、氧波形自功率谱主频峰基底增宽；副频峰活跃急性肝炎病人血、氧波形自功率谱主频峰基底增宽；副频峰活跃 图:急性肝炎血、氧波形自功率谱图

34. 急性肝炎病人氧波形自相关函数图与正常人 比较可见一极大S面积 正常人肝氧波形自相关函数图 s 急性肝炎病人血、氧波形自相关函数图

35. 急性肝炎病人血、氧波形互相关函数图与正常 人比较可见一较大S面积 ， 互相关系数大于-0.9 s s 急性肝炎病人血、氧波形互相关函数图

36. 3.慢性肝炎肝组织氧含量、血、氧波形及自功率谱及互相关函数图 结 果

37. 64例慢性肝炎肝组织氧含量平均值为0.749±0.140；64例慢性肝炎肝组织氧含量平均值为0.749±0.140； • 血氧波形互相关函数系数平均为-0.867±0.106。

38. 表: 慢性肝炎肝组织氧含量检测结果

39. 续表: 慢性肝炎肝组织氧含量及互相关函数检测结果

40. 续表: 慢性肝炎肝组织氧含量及互相关函数检测结果

41. 续表: 慢性肝炎肝组织氧含量及互相关函数检测结果 64例慢性肝炎肝组织氧含量平均值为0.749±0.140； 血氧波形互相关函数系数平均值为-0.867±0.106。

42. 慢性肝炎患者肝组织血、氧波形 自功率谱主频峰基底部增宽； 主频峰尖不清晰，呈双 峰或多峰，0--2HZ频域内频峰 活跃，主频峰与副频峰比 值小于2,血、氧波形自功率谱图 频峰对应性降低。

43. 图: 慢性肝炎血氧波形图

44. 慢性肝炎患者肝组织血、氧波形自功率谱主频峰基底部增宽；主频峰尖不清晰，呈峰或多峰，0--2HZ频域内频峰活跃，频峰与副频峰比值小于2,血、氧波形频峰对应性降低主。慢性肝炎患者肝组织血、氧波形自功率谱主频峰基底部增宽；主频峰尖不清晰，呈峰或多峰，0--2HZ频域内频峰活跃，频峰与副频峰比值小于2,血、氧波形频峰对应性降低主。 图: 慢性肝炎血氧波形自功率谱图

45. 慢性肝炎氧波形自相关函数图与正常人比较可见一较 大S面积 ， 互相关系数大于-0.9 S S 图: 慢性肝炎氧波形自相关函数图

46. 慢性肝炎血、氧波形互相关函数图与正常人比较可见一较大S面积 ， 互相关系数大于-0.9 S S 图: 慢性肝炎氧波形互相关函数图

47. 4.脂肪肝肝组织氧含量、 血氧波形及自功率谱 及互相关函数图 结 果

48. 13例脂肪肝肝组织氧含量平均值为0.884±0.082； • 血氧波形互相关函数系数平均值为-0.952±0.118。

49. 13例脂肪肝肝组织氧含量平均值为0.884±0.082； 血氧波形互相关函数系数平均值为-0.952±0.118。

50. 脂肪肝肝组织血、氧波形自功率谱主频峰不清晰，0-2Hz频域内频峰活跃, 呈明显多峰。 图: 脂肪肝肝血氧波形自功率谱图