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《功能近红外光谱技术_fNIRs_临床应用综述_钱志余.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、亮点文章生命科学仪器2013第1卷/6月刊功能近红外光谱技术(fNIRs)临床应用综述钱志余v,李匙韬(南京航空航天大学生物医学工程系南京21019)摘要功能近红外光谱(functionalNearInfraredSpectroscoPy:fNIRs)具有一定组织穿透深度,并能完成无损与微创组织参数(包括光学参数!血氧参数和血流参数)测试,这种特点决定了fNIRs可以在医学科研与临床应用中发挥很大的作用,本文首先介绍了功能近红外光谱技术的基本概念和发展历史,然后概述了临床医学fNIR主要应用领域,最后对其未来应用方向进行了阐述"关健词近红外光谱组织参数微创临床1引言1护
2、嗬孚载督一公工的切a-"01"一Hb功能近红外光谱(fNIRs)技术是利用近红外波一HbOZnUIj一q段光对人体组织的良好通透性及不同组织分子在该一H刃波段的光学性质差异,为临床提供了一种新的可床边实施应用的分析检查手段,可以进行脑部血流动力学和氧代谢的无创监测,广泛应用于神经内!外科,新生儿科,麻醉科的脑监护以及认知科学领域1衅二!!了.尹之!l400500600700800900100的研究中"波长(nm)近红外光谱技术因其实时!方便!成本低等优图1NIRS吸收波谱图点引起大家的关注,在近二十多年中不断的发展和完善"近红外光在70一900llm范围内可以穿透一定深
3、了空间分辨率lz"在生物医学领域中,近红外光谱技度的组织,对血红蛋白(hemo砂obin:Hb)!含氧血术已经大量应用在生物组织光学性质的研究[3,4]!组红蛋白(oxyhemoglobin:Hb02)光的吸收系数存在织类型识别[s]!癌症的诊断及治疗I6]!药物的传输监差异[-l,如图l所示"控[v1以及组织成分的研究[s]!组织内粒子大小[9]!密fNIRS是研究生物组织结构性质的一种光谱分度[l0]以及近红外光对药物的吸收效应1.]等方面"析技术"Jobsis(1977)首先采用近红外光谱技术获2组织光学参数fNIRs测t方法得了脑组织的血氧参数信息,但是空间分辨
4、率不够高;后来,Rostrup和Masak"实施点阵排列近红外光196年w.F.cheon罗2射组织的光学参数测量及现纤探头,并利用磁共振等技术实施图像匹配,提高状作了较为系统评述,列举了各种哺乳动物组织的*作者介绍:钱志余,教授博士生导师南京航空航天大,研究方向为生物医学光子学在临床医学中的应用"邮箱:zhiyu.迈加ua#edu.cn45亮点文章生命科学仪器加13第1卷/6月刊光学参数及其相应测量方法,包括透视测量法与漫底层生理变化的认识"反射测量法两类,其中透视测量法直接测量组织切Bria"w等l,o]设计一种邮"根100林m光纤组成片的透视光谱来获得光学参数"而
5、漫反射测量法依的光纤束测量组织内荧光,并将光纤与组织表面间据散射理论测量组织的漫反射率!光能流率等宏观隔lmm配置,使得组织局部藕合进光纤的光强集合参数,反演推导得出吸收系数!散射系数和各向异小于组织散射的平均自由程,从而忽略吸收和散射性因子等的数值,主要分为非迭代法和迭代法13,l4]"作用对光强的影响,保证反射荧光强度与荧光化合1998年Johns等15]报道了脑组织在近红外段的漫物的浓度正相关"MaureenJohns等[2-]设计一种由直反射光谱曲线近似线性,其700一850nm的谱线斜径400林m间距40林m的双光纤探针!LS一1卤钨灯率与散射特性具有特定关系
6、,可反映约化散射系数光源!SDZO00光谱仪组成的测量系统测量组织反射(属)的变化,钱志余等=l6J进一步推导了仄的近红光谱,研究了约化散射系数与反射率之间的定量关外光谱斜率算法应用于组织参数测量"而迭代法有系,并使用标准频域oximeter验证定标,对在体人手逆Monteearl灌拟!漫射理论等,如StevenL.Jae四es指和老鼠脑组织约化散射系数测量具有实用价值"等使用数值孔径600um的双光纤探头,CCD光谱仪,3临床医学疾病诊断中的应用宽带白光源构建漫反射光谱测量系统测量漫反射率,利用漫射理论反演求解了人体在体真皮吸收系近红外光在生物组织中前向散射占优,可用
7、于疾病的光学无创诊断"自JobsiS在1977年率先发现数和约化散射系数"在特定近红外波段,细胞色素与血红蛋白具有显著近年来许多学者使用探针式光纤探头测量组织反射光谱,研究组织光学参数和组织血氧参数的的吸收特性,证实其吸收峰值的变化可以反映血红变化,用于癌症等疾病早期诊断和生理结构及生理蛋白的含氧量的变化情况"1995年Muornat等[21采用机理研究"Alejandro等1.7]研制了一种小型化低成本散射光谱测量约化散射系数和各向异性因子随波长的微光纤传感器探头进行测试斜人射漫反射光谱法的变化关系式,再由斜率演算组织仿体内部散射元(O
