本文關鍵詞：基于ICG色素譜分析的光電肝儲備功能檢測方法研究及系統(tǒng)實現(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質(zhì)細胞,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備功能。在肝臟實施部分切除手術或肝臟受到各種致病因子侵害的情況下,肝細胞被破壞,造成有效肝細胞數(shù)量、肝細胞線粒體功能和肝臟血流灌注狀態(tài)發(fā)生改變,導致代表有效肝細胞代償能力的肝儲備功能下降。從以上分析看到,肝儲備功能的準確評估是肝切術前確定肝組織切除大小、選擇合理的治療方法和判斷預后的重要依據(jù)。有研究證明,對于肝臟儲備功能進行有規(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備功能進行連續(xù)和實時監(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,一直是作為肝臟儲備功能檢查的臨床檢測“金標準”。單純從理論上分析,該方法可以實現(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)等肝儲備功能評估參數(shù)的準確測量,但作為有創(chuàng)傷和非實時的測量方法,由于手工操作導致的工作效率低和測量誤差大等原因,并不適合實際的床邊連續(xù)動態(tài)監(jiān)測。當前,根據(jù)色素稀釋和排泄試驗的分光光度比色分析的基本原理,研發(fā)無創(chuàng)傷和實時測量的肝儲備功能自動化分析系統(tǒng),已經(jīng)成為醫(yī)學科研和臨床應用的迫切需要。論文針對基于ICG色素譜分析的光電肝儲備功能檢測方法及系統(tǒng)開展研究,從ICG濃度-時間信號的檢測理論與技術手段、試驗方法和色素譜分析算法等關鍵問題入手,根據(jù)指示劑的藥代動力學機理以及ICG色素譜的量化分析結果,對肝臟儲備功能進行定量評估,目的是在實現(xiàn)ICG色素譜準確測量分析并取得預期實驗測試結果的前提下,完成光電肝儲備功能檢測系統(tǒng)的設計與實現(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脈血吸收光譜進行定量分析,構建多波長脈搏指示劑光密度檢測的數(shù)學模型,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:采用基于稀疏重構的經(jīng)驗模態(tài)分解EMD(Empirical Mode Decomposition)優(yōu)化算法,對脈搏指示劑光密度信號進行分解與重構,提高信噪比,并通過自適應算法識別、提取特征分量,用于ICG色素譜的測量;3、抗血氧波動干擾的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,采用血氧飽和度標定公式及三波長的脈搏指示劑光密度檢測方法,構建抗血氧波動干擾的ICG色素譜數(shù)學分析模型,從而實現(xiàn)ICG色素譜的準確測量;4、肝儲備功能評估參數(shù)的計算方法研究:根據(jù)ICG指示劑藥代動力學機理,采用房室模型理論構建基于ICG色素譜分析的肝儲備功能參數(shù)評估數(shù)學模型,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-時間回歸直線方程,并計算出ICG-PDR、ICG-R15和有效肝血流量EHBF(Effective Hepatic Blood Flow)等參數(shù);5、肝儲備功能檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn):系統(tǒng)主要是由三波長脈搏指示劑光密度測量平臺和基于Lab VIEW的肝儲備功能動態(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上,對透射式光電傳感器所采集的三波長光電信號進行交/直流信號分離、多級放大和濾波處理,再由肝儲備功能動態(tài)分析系統(tǒng)完成串行數(shù)據(jù)接收讀取、實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲與管理的SQL Server數(shù)據(jù)庫實時調(diào)用、信號消噪、抗血氧波動處理和用戶界面操作,以及肝儲備功能評估參數(shù)的計算和結果輸出等。根據(jù)開展的與定時采血的分光光度比色法這一“金標準”相比較的多組受試者的測試試驗,利用Medcalc專用醫(yī)學數(shù)據(jù)分析軟件進行相關性和一致性分析,結果表明ICG-PDR、ICG-R15和EHBF的測量結果與“金標準”的測量結果密切相關,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備功能檢測系統(tǒng)的測量精度符合應用要求(≤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和肝儲備功能動態(tài)分析系統(tǒng),在無需分時、多次采血進行光譜比色分析的情況下,實現(xiàn)了經(jīng)皮、在體、無創(chuàng)、連續(xù)的ICG色素譜及多項肝臟儲備功能參數(shù)的檢測。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R575

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