【医学课件】 近红外光检测肝组织血氧含量的临床研究
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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
结果
2. 急性肝炎肝组织氧含量、 血氧波形及自功率谱
• 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。
表: 急性肝炎肝组织氧含量及互相关系数检测结果
序号 编号 姓名 性别 年龄
• 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。
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。
• 血、氧波形互相关函数系数平均值为 -0.980±0.08。
表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
姓名编号
552 554 534 533 532 530 546 560 561 555 553 544 538 537 686 548 549 536 954 551
有较强的人体穿透力且无创伤。
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， 。
-0.967
45
1284
女
29
886
-707
1.25
-0.989
46
1286
女
12
383
-383
1.00
-0.985
47
1287
女
40
481
-396
1.21
-0.979
48
1288
女
40
789
-789
1.00
-0.987
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。
• 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。
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:
I 760 OXY =
I 850
以上均为接收光强
【医学课件】 近红外光检测肝组织血氧含量的临床研究
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。
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
姓名编号 547 564 951 952 953 831 685 946 948 542 702 703 308 309 310 311 312 313 317 320
性别 男 男 男 男 男 男 男 女 女 男 男 男 男 女 女 男 女 男 男 女
Rxy
-0.988 -0.95 -0.966 -0.972 -0.993 -0.972 -0.996 -0.997 -0.999 -0.979 -0.993 -0.998 -0.993 -0.986 -0.994 -0.989 -0.963 -0.965 -0.989 -0.986
续表: 正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果
I850
-268 -333 -561 -1794 -394 -940 -1178 -1244 -534 -504 -359 -720 -394 -424 -939 -339 -389 -1270 -250 -400
Oxy
0.95 1.04 1.26 1.06 0.87 0.89 0.94 1.14 0.93 1.19 1.01 0.93 0.84 1.10 1.30 1.03 1.03 1.25 0.72 1.09
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。
血管及胆管供应模式图
肝小叶结构模式图
肝小叶
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。
技术路线 近红外光检测肝血氧
性别
男 男 女 男 男 女 男 男 男 男 男 男 男 男 女 男 男 女 女 男
年龄
22 23 25 26 23 56 23 24 23 22 22 24 42 25 56 522 21 28 25 34
I760
254 347 629 1889 349 836 1108 1421 495 600 368 672 3231 465 1216 310 400 1587 180 434
慢性肝炎病人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
肝硬化病人2.5HZ频域 内自功率谱图
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
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
174 -202 0.861 -0.609
528 -660 0.800 -0.981
217 -335 0.648 -0.842
190 -295 0.644 -0.879
188 -259 0.726 -0.824
148 -246 0.602 -0.807
156 -246 0.741 -0.884
81
-246 0.329 -0.824
续表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果
序号
姓名编号
性别
年龄
I760
I850
Oxy
Rxy
41
1141
男
58
1319
-1297
1.02
-0.963
42
1142
女
28
1707
-1606
1.06
-0.972
43
1143
男
45
1150
-1082
1.06
-0.971
44
1283
女
39
576
-546
1.05
• 血氧波形互相关函数系数平均 为-0.867±0.106。
表: 慢性肝炎肝组织氧含量检测结果
Leabharlann Baidu
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
姓名编号 851 852 857 860 868 909 910 908
TM1278 TM1293
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 吸
率，而在850nm
收 率
处则恰好相反。
HbO2
oxy Hb deoxy Hb
Hb
波长(nm)
氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的吸收曲线
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。
图: 正常人肝血氧波形图
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
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
841 859 846 874 875 877 894 879 900 880
姓名 代卫琴 杨爱君 刘岳英 张明月 汪伏娥 金燕 江艳兵 周萍 鄢亚平 肖峰 谢楚明 裴华利 沈方丹 邹丹平 李兆丽 杨玲丽 张红艳 杨新华 李宏 肖春明
性别 女 女 女 男 女 女 男 女 男 男 男 男 男 女 女 女 女 男 男 男
• 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。
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；
动物实验研究
临床研究
技术路线
实验研究
CCL4急性肝损伤 肝组织血氧含量
•
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。
CCL4早期肝硬化 肝组织血、氧波形
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。
诊断
I760 I850
Oxy
Rxy
1 833 潘晓军 男 2 834 金 勇 男 3 839 汪云发 男 4 884 阳 君 女 5 886 胡一曼 女 6 889 刘国柱 男 7 896 鲁江红 女 8 897 陈贤义 男 9 1114 李万红 男
21 急性肝炎 27 急性肝炎 50 慢性肝炎，急性发作 31 急性肝炎 17 急性肝炎 34 急性肝炎 24 亚急性肝炎 重症 32 急黄肝 大三阳 28 急性肝炎
• 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
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
• 48例正常人肝组织氧含量平均值为 1.045±0.121；
技术路线
临床研究
正常人
肝病
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
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。
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
年龄 22 36 38 22 23 59 26 23 24 32 23 24 42 32 38 45 50 26 38 43
I760 289 396 260 220 169 1852 935 312 475 562 978 210 437 286 1965 634 658 166 658 765
I850 -321 -358 -280 -206 -189 -1999 -782 -305 -464 -523 -802 -182 -410 -282 -1889 -678 -614 -135 -614 -753
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
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
结果
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
• 64例慢性肝炎肝组织氧含量平均 值为0.749±0.140；
551 -776 0.710 -0.923
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。
图:急性肝炎血、氧波形图
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
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
Oxy 0.90 1.11 0.93 1.07 0.89 0.93 1.18 1.02 1.00 1.08 1.22 1.15 1.07 1.01 1.04 0.94 1.07 1.23 1.07 1.02
Rxy -0.977 -0.986 -0.992 -0.977 -0.982 -0.976 -0.987 -0.983 -0.986 -0.992 -0.991 -0.978 -0.967 -0.996 -0.983 -0.931 -0.974 -0.967 -0.974 -0.968
A
C
A
图: 正常人肝血、氧波形互相关函数图
结果
2. 急性肝炎肝组织氧含量、 血氧波形及自功率谱
• 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。
表: 急性肝炎肝组织氧含量及互相关系数检测结果
序号 编号 姓名 性别 年龄
• 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。
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。
• 血、氧波形互相关函数系数平均值为 -0.980±0.08。
表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
姓名编号
552 554 534 533 532 530 546 560 561 555 553 544 538 537 686 548 549 536 954 551
有较强的人体穿透力且无创伤。
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， 。
-0.967
45
1284
女
29
886
-707
1.25
-0.989
46
1286
女
12
383
-383
1.00
-0.985
47
1287
女
40
481
-396
1.21
-0.979
48
1288
女
40
789
-789
1.00
-0.987
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。
• 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。
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:
I 760 OXY =
I 850
以上均为接收光强
【医学课件】 近红外光检测肝组织血氧含量的临床研究
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。
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
姓名编号 547 564 951 952 953 831 685 946 948 542 702 703 308 309 310 311 312 313 317 320
性别 男 男 男 男 男 男 男 女 女 男 男 男 男 女 女 男 女 男 男 女
Rxy
-0.988 -0.95 -0.966 -0.972 -0.993 -0.972 -0.996 -0.997 -0.999 -0.979 -0.993 -0.998 -0.993 -0.986 -0.994 -0.989 -0.963 -0.965 -0.989 -0.986
续表: 正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果
I850
-268 -333 -561 -1794 -394 -940 -1178 -1244 -534 -504 -359 -720 -394 -424 -939 -339 -389 -1270 -250 -400
Oxy
0.95 1.04 1.26 1.06 0.87 0.89 0.94 1.14 0.93 1.19 1.01 0.93 0.84 1.10 1.30 1.03 1.03 1.25 0.72 1.09
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。
血管及胆管供应模式图
肝小叶结构模式图
肝小叶
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。
技术路线 近红外光检测肝血氧
性别
男 男 女 男 男 女 男 男 男 男 男 男 男 男 女 男 男 女 女 男
年龄
22 23 25 26 23 56 23 24 23 22 22 24 42 25 56 522 21 28 25 34
I760
254 347 629 1889 349 836 1108 1421 495 600 368 672 3231 465 1216 310 400 1587 180 434
慢性肝炎病人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
肝硬化病人2.5HZ频域 内自功率谱图
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
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
174 -202 0.861 -0.609
528 -660 0.800 -0.981
217 -335 0.648 -0.842
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188 -259 0.726 -0.824
148 -246 0.602 -0.807
156 -246 0.741 -0.884
81
-246 0.329 -0.824
续表:正常人肝组织氧含量及互相关系数检测结果
序号
姓名编号
性别
年龄
I760
I850
Oxy
Rxy
41
1141
男
58
1319
-1297
1.02
-0.963
42
1142
女
28
1707
-1606
1.06
-0.972
43
1143
男
45
1150
-1082
1.06
-0.971
44
1283
女
39
576
-546
1.05
• 血氧波形互相关函数系数平均 为-0.867±0.106。
表: 慢性肝炎肝组织氧含量检测结果
Leabharlann Baidu
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
姓名编号 851 852 857 860 868 909 910 908
TM1278 TM1293
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 吸
率，而在850nm
收 率
处则恰好相反。
HbO2
oxy Hb deoxy Hb
Hb
波长(nm)
氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的吸收曲线
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。
图: 正常人肝血氧波形图
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
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
841 859 846 874 875 877 894 879 900 880
姓名 代卫琴 杨爱君 刘岳英 张明月 汪伏娥 金燕 江艳兵 周萍 鄢亚平 肖峰 谢楚明 裴华利 沈方丹 邹丹平 李兆丽 杨玲丽 张红艳 杨新华 李宏 肖春明
性别 女 女 女 男 女 女 男 女 男 男 男 男 男 女 女 女 女 男 男 男
• 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。
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；
动物实验研究
临床研究
技术路线
实验研究
CCL4急性肝损伤 肝组织血氧含量
•
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。
CCL4早期肝硬化 肝组织血、氧波形
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。
诊断
I760 I850
Oxy
Rxy
1 833 潘晓军 男 2 834 金 勇 男 3 839 汪云发 男 4 884 阳 君 女 5 886 胡一曼 女 6 889 刘国柱 男 7 896 鲁江红 女 8 897 陈贤义 男 9 1114 李万红 男
21 急性肝炎 27 急性肝炎 50 慢性肝炎，急性发作 31 急性肝炎 17 急性肝炎 34 急性肝炎 24 亚急性肝炎 重症 32 急黄肝 大三阳 28 急性肝炎
• 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
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
• 48例正常人肝组织氧含量平均值为 1.045±0.121；
技术路线
临床研究
正常人
肝病
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
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。
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
年龄 22 36 38 22 23 59 26 23 24 32 23 24 42 32 38 45 50 26 38 43
I760 289 396 260 220 169 1852 935 312 475 562 978 210 437 286 1965 634 658 166 658 765
I850 -321 -358 -280 -206 -189 -1999 -782 -305 -464 -523 -802 -182 -410 -282 -1889 -678 -614 -135 -614 -753
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
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
结果
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
• 64例慢性肝炎肝组织氧含量平均 值为0.749±0.140；
551 -776 0.710 -0.923
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。
图:急性肝炎血、氧波形图
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
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
Oxy 0.90 1.11 0.93 1.07 0.89 0.93 1.18 1.02 1.00 1.08 1.22 1.15 1.07 1.01 1.04 0.94 1.07 1.23 1.07 1.02
Rxy -0.977 -0.986 -0.992 -0.977 -0.982 -0.976 -0.987 -0.983 -0.986 -0.992 -0.991 -0.978 -0.967 -0.996 -0.983 -0.931 -0.974 -0.967 -0.974 -0.968