發(fā)布時(shí)間：2017-12-01 20:31

  本文關(guān)鍵詞：基于ICG色素譜分析的光電肝儲(chǔ)備功能檢測方法研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：肝臟作為人體重要的內(nèi)臟器官和最大腺體,其廣泛的生理功能主要表現(xiàn)在,參與體內(nèi)各種代謝產(chǎn)物的排毒、蛋白質(zhì)的合成,以及消化系統(tǒng)的生化物質(zhì)分泌等。肝臟組織的最小單位是肝臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞,其功能總和代表肝臟功能潛力的大小,也就是臨床上定義的肝臟儲(chǔ)備功能。在肝臟實(shí)施部分切除手術(shù)或肝臟受到各種致病因子侵害的情況下,肝細(xì)胞被破壞,造成有效肝細(xì)胞數(shù)量、肝細(xì)胞線粒體功能和肝臟血流灌注狀態(tài)發(fā)生改變,導(dǎo)致代表有效肝細(xì)胞代償能力的肝儲(chǔ)備功能下降。從以上分析看到,肝儲(chǔ)備功能的準(zhǔn)確評估是肝切術(shù)前確定肝組織切除大小、選擇合理的治療方法和判斷預(yù)后的重要依據(jù)。有研究證明,對于肝臟儲(chǔ)備功能進(jìn)行有規(guī)律的定期監(jiān)測,有助于發(fā)現(xiàn)肝臟灌注的早期限制和肝臟病變等狀況。此外,對于急重癥病人的肝儲(chǔ)備功能進(jìn)行連續(xù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測,也可以有效避免肝衰竭和猝死等醫(yī)療事故發(fā)生。長期以來,將吲哚菁綠ICG(Indocyanine Green)色素作為指示劑,通過分時(shí)采血測量其濃度變化的分光光度比色法,一直是作為肝臟儲(chǔ)備功能檢查的臨床檢測“金標(biāo)準(zhǔn)”。單純從理論上分析,該方法可以實(shí)現(xiàn)ICG血漿消失率ICG-PDR(ICG Plasma Disappearance Rate)和15分鐘滯留率ICG-R15(ICG 15min Retention Rate)等肝儲(chǔ)備功能評估參數(shù)的準(zhǔn)確測量,但作為有創(chuàng)傷和非實(shí)時(shí)的測量方法,由于手工操作導(dǎo)致的工作效率低和測量誤差大等原因,并不適合實(shí)際的床邊連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測。當(dāng)前,根據(jù)色素稀釋和排泄試驗(yàn)的分光光度比色分析的基本原理,研發(fā)無創(chuàng)傷和實(shí)時(shí)測量的肝儲(chǔ)備功能自動(dòng)化分析系統(tǒng),已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)科研和臨床應(yīng)用的迫切需要。論文針對基于ICG色素譜分析的光電肝儲(chǔ)備功能檢測方法及系統(tǒng)開展研究,從ICG濃度-時(shí)間信號的檢測理論與技術(shù)手段、試驗(yàn)方法和色素譜分析算法等關(guān)鍵問題入手,根據(jù)指示劑的藥代動(dòng)力學(xué)機(jī)理以及ICG色素譜的量化分析結(jié)果,對肝臟儲(chǔ)備功能進(jìn)行定量評估,目的是在實(shí)現(xiàn)ICG色素譜準(zhǔn)確測量分析并取得預(yù)期實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果的前提下,完成光電肝儲(chǔ)備功能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。具體研究內(nèi)容包括:1、ICG色素譜的多波長脈搏光密度檢測方法研究:基于Lambert-Beer定律,對人體末梢組織的動(dòng)脈血吸收光譜進(jìn)行定量分析,構(gòu)建多波長脈搏指示劑光密度檢測的數(shù)學(xué)模型,排除血液色散和其它組織成分的吸光作用,建立ICG色素譜的無創(chuàng)傷和連續(xù)測量的基本方法;2、脈搏指示劑光密度信號的消噪及特征分量提取:采用基于稀疏重構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解EMD(Empirical Mode Decomposition)優(yōu)化算法,對脈搏指示劑光密度信號進(jìn)行分解與重構(gòu),提高信噪比,并通過自適應(yīng)算法識(shí)別、提取特征分量,用于ICG色素譜的測量;3、抗血氧波動(dòng)干擾的ICG色素譜檢測方法研究:研究血氧光譜和ICG色素譜的相互干擾規(guī)律,采用血氧飽和度標(biāo)定公式及三波長的脈搏指示劑光密度檢測方法,構(gòu)建抗血氧波動(dòng)干擾的ICG色素譜數(shù)學(xué)分析模型,從而實(shí)現(xiàn)ICG色素譜的準(zhǔn)確測量;4、肝儲(chǔ)備功能評估參數(shù)的計(jì)算方法研究:根據(jù)ICG指示劑藥代動(dòng)力學(xué)機(jī)理,采用房室模型理論構(gòu)建基于ICG色素譜分析的肝儲(chǔ)備功能參數(shù)評估數(shù)學(xué)模型,對于指示劑稀釋排泄的第一循環(huán)濃度曲線和第二循環(huán)濃度曲線,采用最小二乘算法得到ICG濃度-時(shí)間回歸直線方程,并計(jì)算出ICG-PDR、ICG-R15和有效肝血流量EHBF(Effective Hepatic Blood Flow)等參數(shù);5、肝儲(chǔ)備功能檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):系統(tǒng)主要是由三波長脈搏指示劑光密度測量平臺(tái)和基于Lab VIEW的肝儲(chǔ)備功能動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)這兩部分組成,在脈搏指示劑光密度測量平臺(tái)上,對透射式光電傳感器所采集的三波長光電信號進(jìn)行交/直流信號分離、多級放大和濾波處理,再由肝儲(chǔ)備功能動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)完成串行數(shù)據(jù)接收讀取、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的SQL Server數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)調(diào)用、信號消噪、抗血氧波動(dòng)處理和用戶界面操作,以及肝儲(chǔ)備功能評估參數(shù)的計(jì)算和結(jié)果輸出等。根據(jù)開展的與定時(shí)采血的分光光度比色法這一“金標(biāo)準(zhǔn)”相比較的多組受試者的測試試驗(yàn),利用Medcalc專用醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性和一致性分析,結(jié)果表明ICG-PDR、ICG-R15和EHBF的測量結(jié)果與“金標(biāo)準(zhǔn)”的測量結(jié)果密切相關(guān),有較高的一致性,證明研發(fā)的基于ICG色素譜分析的光電肝儲(chǔ)備功能檢測系統(tǒng)的測量精度符合應(yīng)用要求(≤5%)。綜合以上分析,論文通過研究多波長的脈搏指示劑光密度檢測理論及方法,研發(fā)了三波長的脈搏指示劑光密度測量平臺(tái)和肝儲(chǔ)備功能動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng),在無需分時(shí)、多次采血進(jìn)行光譜比色分析的情況下,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)皮、在體、無創(chuàng)、連續(xù)的ICG色素譜及多項(xiàng)肝臟儲(chǔ)備功能參數(shù)的檢測。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R575

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本文編號：1242383