發(fā)布時(shí)間：2017-11-12 14:20

  本文關(guān)鍵詞：紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 紅細(xì)胞懸液 多參數(shù)光譜 蒙特卡洛仿真逆計(jì)算 游離血紅蛋白

【摘要】：戰(zhàn)時(shí)大量失血是導(dǎo)致作戰(zhàn)人員陣亡的最重要因素,通過輸血治療可有效挽救戰(zhàn)傷患者生命。近年來,成分輸血受到了越來越廣泛的應(yīng)用,與輸注全血相比,成分輸血具有一血多用、針對(duì)性強(qiáng)、節(jié)約血源、副作用少、便于保存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。臨床實(shí)踐表明,輸注紅細(xì)胞懸液是急性失血患者的有效救治手段。野戰(zhàn)條件下紅細(xì)胞懸液的儲(chǔ)運(yùn)受距離、時(shí)間、溫度,以及長(zhǎng)時(shí)間震動(dòng)等因素影響,極容易造成紅細(xì)胞溶血而導(dǎo)致紅細(xì)胞懸液中游離血紅蛋白濃度升高。全血或懸浮紅細(xì)胞在有溶血情況下的灌注,將直接影響傷員重要臟器的代謝功能,加快多器官功能不全綜合癥的發(fā)生,危及傷員生命。因此游離血紅蛋白含量是評(píng)價(jià)血袋內(nèi)血液質(zhì)量,判斷其能否安全輸注的關(guān)鍵參數(shù)。目前,檢測(cè)血袋內(nèi)游離血紅蛋白含量的標(biāo)準(zhǔn)方法,是從血袋內(nèi)少量采血,用化學(xué)試劑法進(jìn)行分析,若操作方法或環(huán)境因素控制不當(dāng),這種化學(xué)試劑檢測(cè)法極易造成被檢血液污染。因此,建立野戰(zhàn)條件下滿足大規(guī)模輸血條件,通過血袋直接檢測(cè)其中游離血紅蛋白含量的非侵入性快速分析方法具有重要意義。本文所述紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量方法為前期基礎(chǔ)性研究部分。光譜學(xué)分析方法是實(shí)現(xiàn)非侵入性血液成分分析的重要路徑。根據(jù)輻射傳輸理論,血液作為一種混濁介質(zhì),其光學(xué)特性可由其各向異性因子g、散射系數(shù)μs、吸收系數(shù)μa三個(gè)光學(xué)參數(shù)表達(dá)。目前血液光譜學(xué)測(cè)量方法,大多采用積分球技術(shù)結(jié)合Monte Carlo逆計(jì)算模型實(shí)現(xiàn),測(cè)量系統(tǒng)復(fù)雜,使用維護(hù)困難,難以實(shí)現(xiàn)儀器化。本文提出的基于獨(dú)立光電傳感器、無需積分球裝置測(cè)量紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜新方法,通過測(cè)量自血液樣品外不同方向與位置出射的漫反射光強(qiáng)信號(hào)和漫透射光強(qiáng)信號(hào),并根據(jù)特征光信號(hào)的定義,獲得血液樣品的特征信號(hào)測(cè)量值,包括:漫透射率、漫反射率以及準(zhǔn)直透射率。將三個(gè)特征信號(hào)測(cè)量值作為Monte Carlo仿真逆計(jì)算模型輸入?yún)?shù),從而獲得被測(cè)紅細(xì)胞懸液多參數(shù)(μa,μs,g)光譜。由于采用相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并發(fā)展了基于輻射傳輸理論的準(zhǔn)確快速逆計(jì)算軟件,為紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量方法的儀器化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本論文研究的內(nèi)容主要包括:1、提出了一種基于獨(dú)立光電傳感器、無需積分球裝置測(cè)量紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜新方法。該方法主要包括光學(xué)子系統(tǒng)、微弱光信號(hào)放大處理硬件子系統(tǒng)、數(shù)字濾波軟件、Monte Carlo仿真逆計(jì)算模型,以及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制掃描軟件等。其中,光學(xué)子系統(tǒng)由氙燈光源、光學(xué)斬波器、樣品系統(tǒng)、單色儀等組成。氙燈光源發(fā)出的穩(wěn)定復(fù)合光經(jīng)光學(xué)斬波器、單色儀后變?yōu)檎{(diào)制頻率為1kHz單色光;調(diào)制單色光經(jīng)平面反射鏡使光路轉(zhuǎn)折約80°后入射至水平放置的紅細(xì)胞懸液樣品,通過多個(gè)獨(dú)立光電探測(cè)器測(cè)量樣品外確定位置處的準(zhǔn)直透射光強(qiáng)、漫反射光強(qiáng)、漫透射光強(qiáng),以及入射光校準(zhǔn)光強(qiáng)。微弱光信號(hào)放大處理硬件子系統(tǒng)由光電探測(cè)器、微弱電流放大電路、高精度a/d采樣模塊等組成。其中,光電探測(cè)器工作在光伏模式下,該方式具有零偏置、無暗電流、精確線性等優(yōu)點(diǎn);前置跨阻放大器選用高性能運(yùn)算放大器opa129,其偏置電流最大為100fa,偏置電壓最大為2mv,滿足na級(jí)微弱電流檢測(cè)要求;通過多種抑制措施,降低光噪聲和電噪聲干擾,提高微弱信號(hào)測(cè)量信噪比;放大處理后的特征光信號(hào)經(jīng)16位a/d采集板卡采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,通過數(shù)字解調(diào)和濾波方法,直接得到調(diào)制頻率點(diǎn)處諧波分量,進(jìn)一步提高信號(hào)測(cè)量精度。montecarlo仿真逆計(jì)算模型是紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量方法的核心。本文在基于單光子追蹤算法的montecarlo(imc)仿真模型和gpu并行加速計(jì)算基礎(chǔ)上,利用微擾樣品與參考樣品間光學(xué)參數(shù)μa,μs,g的變化比例,快速給出微擾樣品特征信號(hào)計(jì)算值,實(shí)現(xiàn)以微擾迭代方式對(duì)μa,μs,g光學(xué)參數(shù)的快速求解,形成了輻射傳輸理論框架下imc-gpu逆運(yùn)算加速解決方案。2、在建立上述紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量系統(tǒng)基礎(chǔ)上,對(duì)涉及的多個(gè)光學(xué)元件、多路放大電路的工作參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定和歸一化測(cè)量,獲得的校正系數(shù)確保不同元件、不同通道間測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。3、紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量系統(tǒng)結(jié)果準(zhǔn)確性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。以混濁介質(zhì)模擬液為測(cè)量對(duì)象,分別選取平均粒徑為0.9μm、2.6μm聚苯乙烯微球懸浮液,將利用本文所述方法獲得的結(jié)果與mie理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比對(duì),兩者結(jié)果基本一致,同時(shí)對(duì)imc仿真逆計(jì)算模型進(jìn)行了結(jié)果的唯一性驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn),間接驗(yàn)證了紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于測(cè)量混濁介質(zhì)模擬液的光譜的可行性和結(jié)果的可靠性。4、進(jìn)一步以制備紅細(xì)胞壓積為7.1%的紅細(xì)胞懸液為對(duì)象,利用本文所述方法測(cè)量并獲得了5份不同樣本的紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜,對(duì)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后,與已有文獻(xiàn)中采用積分球結(jié)合montecarlo仿真逆計(jì)算模型的結(jié)果進(jìn)行比對(duì),兩者大小與趨勢(shì)基本一致,且在420nm、560nm和580nm附近存在特異性吸收峰,驗(yàn)證了本文所述方法應(yīng)用于紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量的可行性和結(jié)果的可靠性;5、在獲得紅細(xì)胞壓積為7.1%的紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜基礎(chǔ)上,測(cè)量了不同壓積紅細(xì)胞懸液的光學(xué)參數(shù),并以固定紅細(xì)胞壓積為本底,通過加入不同濃度游離血紅蛋白溶液,探索并建立紅細(xì)胞懸液中游離血紅蛋白濃度與多參數(shù)光譜間的定量關(guān)系。選取紅細(xì)胞懸液特異性吸收峰附近波長(zhǎng)點(diǎn)作為樣品入射光,對(duì)10份不同樣本分別制備出五種不同游離血紅蛋白濃度的紅細(xì)胞懸液,利用本文所述方法測(cè)量并獲得游離血紅蛋白濃度與紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜間的初步定量關(guān)系,為后續(xù)深入研究游離血紅蛋白的非侵入性測(cè)定方法奠定了基礎(chǔ)。最后,總結(jié)了本文提出的紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量方法與現(xiàn)有紅細(xì)胞懸液光譜測(cè)量方法相比具有如下優(yōu)勢(shì):(1)基于獨(dú)立光電傳感器、無需積分球裝置測(cè)量,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)儀器化;(2)通過GPU加速以及微擾迭代算法,實(shí)現(xiàn)Monte Carlo仿真逆計(jì)算速度提高近300倍,這也是決定本文所述方法能否實(shí)現(xiàn)儀器化應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一;(3)通過iMC-GPU逆計(jì)算模型可求解出各向異性因子g、散射系數(shù)μs、吸收系數(shù)μa的光譜,為紅細(xì)胞懸液中游離血紅蛋白的非侵入測(cè)定奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ);(4)通過進(jìn)行大量研究實(shí)驗(yàn),本文初步驗(yàn)證了紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量的可行性和可靠性。存在問題主要包括:(1)由于衰減系數(shù)μt作為iMC-GPU仿真逆計(jì)算模型的輸入?yún)?shù),其測(cè)量準(zhǔn)確性對(duì)仿真結(jié)果影響較大;(2)當(dāng)被測(cè)對(duì)象吸收系數(shù)較小時(shí)(小于0.1),iMC-GPU逆計(jì)算模型無輸出結(jié)果,μa分辨率低。(3)由于單色儀輸出光強(qiáng)弱等原因,本文制備的紅細(xì)胞壓積相對(duì)較低,對(duì)于較高紅細(xì)胞壓積(接近實(shí)際人體紅細(xì)胞壓積)的紅細(xì)胞懸液未進(jìn)行研究。下一步研究計(jì)劃:(1)優(yōu)化iMC-GPU仿真逆計(jì)算模型,提高仿真逆計(jì)算精度。以被測(cè)樣品的漫反射率Rd、漫透射率Td、準(zhǔn)直透射率Tc三個(gè)特征光信號(hào)同時(shí)作為iMC-GPU仿真逆計(jì)算模型輸入?yún)?shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)吸收系數(shù)μa、散射系數(shù)μs和各向異性因子g光譜的快速求解;(2)進(jìn)一步提高微弱光信號(hào)測(cè)量信噪比和iMC-GPU仿真逆計(jì)算模型輸出結(jié)果分辨率,滿足更低濃度游離血紅蛋白含量測(cè)定要求;(3)深入開展更高壓積紅細(xì)胞懸液中游離血紅蛋白濃度與多參數(shù)光譜間的明確定量關(guān)系,為血袋中血液質(zhì)量的非侵入快速分析研究奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R82

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 金振良,陳安心,沃關(guān)忠;23800U紅細(xì)胞懸液臨床應(yīng)用[J];臨床輸血與檢驗(yàn);2000年03期

2 周亮;紅細(xì)胞懸液在婦科手術(shù)中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志;2002年03期

3 羅小惠,廉維,陳莉,馬布仁;輸注紅細(xì)胞懸液致假性溶血1例[J];四川醫(yī)學(xué);2003年01期

4 張淑琴;溫濤;趙君;;不同方法制備的紅細(xì)胞懸液血比積與容量的探討[J];臨床輸血與檢驗(yàn);2011年01期

5 夏琳靜;;去白紅細(xì)胞懸液在臨床中的應(yīng)用及效果觀察[J];中外醫(yī)療;2011年26期

6 李執(zhí)如,孫啟鳳;臨床輸用紅細(xì)胞懸液調(diào)查[J];成都醫(yī)藥;1999年02期

7 梁進(jìn)芳;謝小瓊;郭礦玲;;不同離心條件對(duì)紅細(xì)胞懸液比容影響的探討[J];中國(guó)保健營(yíng)養(yǎng);2012年20期

8 畢紹復(fù),李永志,何艷,范培文;中量失血患者紅細(xì)胞懸液輸注的臨床觀察[J];中國(guó)輸血雜志;2001年06期

9 ;不同洗滌次數(shù)制備洗滌紅細(xì)胞懸液質(zhì)量的比較[J];中國(guó)輸血雜志;2001年S1期

10 滕青,黎美娜,藍(lán)小蘭;紅細(xì)胞懸液制備方法的改進(jìn)[J];廣州醫(yī)藥;2001年02期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 張立新;趙國(guó)慶;梁健;田納;宋桂榮;張麗;蘆艷輝;龐淑芬;;400ml與200ml三聯(lián)血袋制備1U紅細(xì)胞懸液的比較[A];中國(guó)輸血協(xié)會(huì)第四屆輸血大會(huì)論文集[C];2006年

2 鄒云霞;;中量失血患者紅細(xì)胞懸液輸注的臨床觀察[A];全國(guó)靜脈治療護(hù)理學(xué)術(shù)交流暨專題講座會(huì)議論文匯編[C];2003年

3 付冠華;陳安心;徐瑞龍;張麗英;;紅細(xì)胞懸液在貯存期生化指標(biāo)動(dòng)態(tài)觀察[A];2004年浙江省檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2004年

4 熊亞非;;紅細(xì)胞懸液與全血在腦外術(shù)中輸注的療效比較[A];中國(guó)輸血1999年年會(huì)暨紀(jì)念A(yù)BO血型發(fā)現(xiàn)100周年學(xué)術(shù)交流論文專輯[C];1999年

5 趙玉河;高冀輝;王吉壽;;紅細(xì)胞懸液濾除白細(xì)胞的臨床應(yīng)用[A];中國(guó)輸血協(xié)會(huì)第三屆輸血大會(huì)論文專輯[C];2004年

6 高勇;;密閉式去白細(xì)胞采血聯(lián)袋制備紅細(xì)胞懸液質(zhì)量檢測(cè)[A];中國(guó)輸血協(xié)會(huì)第四屆輸血大會(huì)論文集[C];2006年

7 秦莉;譚斌;;ICU病人輸血現(xiàn)狀調(diào)查[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)第九次全國(guó)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨中國(guó)醫(yī)院協(xié)會(huì)臨床檢驗(yàn)管理專業(yè)委員會(huì)第六屆全國(guó)臨床檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室管理學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2011年

8 駱群;于洋;潘紀(jì)春;;溫度梯度對(duì)紅細(xì)胞懸液的ATP、2,3-DPG變化的影響[A];中國(guó)輸血協(xié)會(huì)第四屆輸血大會(huì)論文集[C];2006年

9 田納;趙國(guó)慶;龐淑芬;張立新;梁健;;紅細(xì)胞懸液4℃保存末期血漿K~+、Na~+、pH、Hb的變化[A];中國(guó)輸血協(xié)會(huì)第四屆輸血大會(huì)論文集[C];2006年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 李梅花;紅細(xì)胞懸液多參數(shù)光譜測(cè)量系統(tǒng)研究[D];中國(guó)人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院;2016年

2 韓靜霏;輸注新鮮或庫存紅細(xì)胞懸液對(duì)患者術(shù)后影響的臨床研究[D];新疆醫(yī)科大學(xué);2015年

3 陳瓊;圍術(shù)期輸血指征評(píng)分的安全性與有效性研究調(diào)查[D];大連醫(yī)科大學(xué);2014年

4 王雪梅;ICU患者輸注不同儲(chǔ)存期紅細(xì)胞懸液后的療效觀察[D];四川醫(yī)科大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1176261