可见近红外光谱技术检测脑血肿的应用研究

作     者：陈明乐 

作者单位：湖北医药学院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘立军

授予年度：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 10[医学] 

主      题：高血压性脑出血 可见近红外光谱技术 微创化 偏最小二乘法 

摘      要：背景:当前用于高血压脑出血（Hypertensive intracerebral hemorrhage,HICH）术中检测血肿的技术,如神经导航系统、术中磁共振成像（Magnetic resonance imaging,MRI）、电子计算机X线断层扫描（Computed tomography,CT）等,在不同程度上存在着体积庞大、价格昂贵、操作过程复杂且费时等限制,将可能影响手术的决策及进程,难以在HICH手术中广泛推广。可见近红外光谱技术（Visible near-infrared spectroscopy,VNIRS）作为一项新兴的光学检测技术,因其同时兼备无损、实时及便携分析等特性,在生物组织光学研究中具备较高的应用价值,有望弥补当前HICH术中脑血肿检测技术的局限性。 目的:探讨HICH术中脑皮层、脑血肿及血肿旁脑组织的可见近红外光谱特征,并建立脑血肿光谱数据库,为HICH术中血肿定位和血肿残留检测提供可靠的实验依据,以精准地引导HICH手术,从而减少手术副损伤,并提高脑血肿的清除率,改善患者的生存质量。 方法:首先,安装VNIRS实验系统,由光谱仪、光纤探头及手提电脑组成,用于HICH开颅术中收集脑血肿及脑皮层的光谱数据,然后应用Origin8.0制图软件绘制可见近红外光谱反射率曲线图,并寻找特征光谱进行配对样本T检验,以及建立脑血肿光谱的偏最小二乘（Partial least squares method,PLS）定量模型。 结果:500-800nm波段的脑血肿光谱反射率低于脑皮层,在510、565、630nm波段差异存在显著统计学意义（P0.05）;脑血肿光谱PLS定量模型的校正相关系数为R2=0.988,交互验证相关系数为R2cv=0.984,校正均方根误差RMSEC为0.274,交互验证均方根误差RMSEV为0.313,外部检验相关系数CORRELATION为0.963,预测均方根误差为RMSEP为0.129,表明模型拟合度高,模型预测能力良好。 结论:本研究证实了脑血肿与脑皮层间可见近红外光谱反射率的差异性,脑血肿的光谱反射率低于脑皮层,且所构建的脑血肿特征光谱PLS定量模型适用于多数HICH术中对脑血肿及脑皮层的光谱特征进行辨别,为VNIRS在HICH术中实时检测脑血肿提供了重要的科学指导意义,有望提高脑血肿清除率的同时避免手术副损伤。