基于MIPSS方法檢測(cè)家兔急性腦缺血的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、研究背景和目的：腦缺血（cerebral ischemia）是指由一個(gè)或者多個(gè)原因?qū)е麓竽X局部或多部位供血不足從而引起組織缺血缺氧以及相應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的一種嚴(yán)重的臨床疾病。其中，急性發(fā)病的腦缺血占比重最大，急性腦缺血具有發(fā)病迅速、發(fā)病機(jī)理復(fù)雜、死亡率和致殘率高等特點(diǎn)，腦缺血能引起嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害，并將最終導(dǎo)致中風(fēng)癱瘓。在我國(guó)，腦卒中已經(jīng)逐漸成為居民第一大死亡病因，發(fā)病率以每年9％的速度上升，給家庭與社會(huì)造成了沉重的負(fù)擔(dān)。由腦缺血發(fā)

2、展形成的缺血性腦卒中是腦卒中的第一大類型，約占腦卒中的80%。因此，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)腦缺血的嚴(yán)重程度及病程發(fā)展，是腦缺血重癥監(jiān)護(hù)及搶救治療成敗的關(guān)鍵。
　　降低腦缺血高死亡率和高致殘率的最有效的方法是實(shí)現(xiàn)早期診斷和早期治療。目前，腦缺血的檢測(cè)診斷主要依靠 Computer Tomography(CT)、Magnetic Resonance Imaging(MRI)以及Positron Emission Tomography(PET

3、)等大型昂貴的影像學(xué)設(shè)備，但是這類設(shè)備龐大笨重、價(jià)格高昂，在檢查過(guò)程中存在檢查滯后、無(wú)法連續(xù)監(jiān)護(hù)等缺點(diǎn)，在某些方面無(wú)法滿足臨床需要。因此，亟需發(fā)展一種非接觸、小型化、低成本并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速檢測(cè)的無(wú)創(chuàng)性腦缺血檢查設(shè)備，而基于磁感應(yīng)相位移（MIPS）技術(shù)建立的檢測(cè)系統(tǒng)就完全具備了這些特點(diǎn)，此方法正逐漸發(fā)展成為一種新型的檢測(cè)腦血管疾病的手段。由于生物組織的電導(dǎo)率非常低，MIPS檢測(cè)的靈敏度相當(dāng)?shù)停矣糜跈z測(cè)的激勵(lì)信號(hào)的頻率非常有限，于是在 M

4、IPS檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上提出了磁感應(yīng)相位移譜（MIPSS）的方法。MIPSS檢測(cè)方法就是將激勵(lì)信號(hào)的頻率擴(kuò)展到一定的頻帶上，然后在該頻帶上尋找到 MIPS和頻率之間的關(guān)系，從而對(duì)腦組織病理生理狀態(tài)進(jìn)行判斷。本文基于MIPSS技術(shù)建立檢測(cè)系統(tǒng)，期望獲得頻帶上的MIPS信息，為急性腦缺血的MIPS檢測(cè)提供判斷基礎(chǔ)。
　　本文主要工作：
　　第一部分根據(jù)課題組的研究需要，建立了一套基于射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀（RFNA）的MIPSS檢測(cè)系統(tǒng)。

5、MIPSS檢測(cè)系統(tǒng)主要包括RFNA、傳感器線圈、顱內(nèi)壓監(jiān)護(hù)儀、生理信號(hào)采集儀、傳輸線、固定裝置等組成部分。該系統(tǒng)以型號(hào)為Agilent E5061B射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀作為檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)源、數(shù)據(jù)采集單元、鑒相和顯示單元，為檢測(cè)系統(tǒng)提供激勵(lì)信號(hào)以及內(nèi)部軟件鑒相的功能；按照實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的頭顱尺寸設(shè)計(jì)并繞制了兩種不同結(jié)構(gòu)的傳感器線圈，一種是平行同軸單激勵(lì)-接收線圈（single coil-coil），另一種是環(huán)形單線圈。自主設(shè)計(jì)的兩種結(jié)構(gòu)傳感器線圈均能

6、夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，二者之間的電磁場(chǎng)分布和S參數(shù)曲線存在著差異，對(duì)于同軸single coil-coil型傳感器而言，在測(cè)量過(guò)程中可以采用傳輸參數(shù)S21和反射參數(shù)S11分別進(jìn)行分析，而環(huán)形單線圈主要采用反射參數(shù) S11進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)兩種線圈是為了比較不同結(jié)構(gòu)線圈對(duì)于急性腦缺血MIPSS檢測(cè)時(shí)的差異，優(yōu)選出性能較好的傳感器線圈，并為后續(xù)研究中傳感器優(yōu)化提供指導(dǎo)；顱內(nèi)壓監(jiān)護(hù)儀用來(lái)檢測(cè)家兔顱內(nèi)壓力，為后續(xù)結(jié)果分析討論提供ICP數(shù)據(jù)；生理信號(hào)采集

7、儀用來(lái)監(jiān)測(cè)家兔的心電、心率以及腦電信號(hào)，以及驗(yàn)證動(dòng)物急性腦缺血模型的有效性；傳輸線主要是用來(lái)傳輸激勵(lì)信號(hào)、傳輸信號(hào)以及反射信號(hào)；固定裝置將家兔頭顱以及身體固定在同一位置，保證實(shí)驗(yàn)的一致性與穩(wěn)定性。MIPSS檢測(cè)系統(tǒng)擁有4個(gè)獨(dú)立的測(cè)量通道，每個(gè)通道不僅能測(cè)量被測(cè)物體的傳輸特性，還能測(cè)量其反射特性，數(shù)據(jù)格式也可以分為幅度、相位、阻抗原圖、實(shí)部、虛部等，檢測(cè)的頻率范圍為100KHz-3GHz，掃描時(shí)間為25ms（1000點(diǎn)，中頻帶寬10KHz

8、），鑒相精度能夠達(dá)到0.01°，以上條件完全滿足了課題研究家兔腦缺血MIPSS實(shí)驗(yàn)的需要。
　　第二部分以家兔為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別用兩種傳感器線圈建立的系統(tǒng)進(jìn)行家兔急性腦缺血MIPSS檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。用同軸single coil-coil線圈測(cè)量了25只家兔的MIPSS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用環(huán)形單線圈測(cè)量了15只家兔的MIPSS數(shù)據(jù)，兩種線圈中的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組又分為單側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎組（單側(cè)組）和雙側(cè)頸總動(dòng)脈結(jié)扎組（雙側(cè)組），

9、測(cè)量時(shí)間均為1小時(shí)，測(cè)量的頻率范圍均為100KHz-500MHz。選取MIPSS數(shù)據(jù)最理想的頻率范圍進(jìn)行分析，將S參數(shù)中幅度（絕對(duì)值）最大的頻率定義為特征頻率（CF），而將相位移檢測(cè)效果最好的頻率范圍定義為特征頻帶（FB），特征頻帶的選取參考了濾波器設(shè)計(jì)時(shí)的截止頻率的概念，即頻率響應(yīng)的0.707倍，而特征頻帶的上下截止頻率也是特征頻率處幅度的0.707倍所對(duì)應(yīng)的頻率。本文中的磁感應(yīng)相位移采用的是時(shí)差抵消法，即在相同背景條件下的被測(cè)物前后

10、不同時(shí)間段的相位差。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用ICP數(shù)據(jù)和腦電幅度變化等數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MIPSS測(cè)量結(jié)果在組織病理學(xué)上的解釋以及對(duì)家兔急性腦缺血模型的有效性進(jìn)行病理學(xué)的論證。
　　結(jié)論：
　　1、基于射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀（RFNA）的 MIPSS檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)y(cè)量頻率擴(kuò)展到GHz上去，并具有快速采集數(shù)據(jù)的能力以及較高的鑒相精度，能夠滿足課題的實(shí)驗(yàn)需要。
　　2、用MIPSS檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)家兔急性腦缺血模型進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示了

11、MIPSS檢測(cè)靈敏度具有高度的頻率依賴性，在特征頻率下測(cè)量到的 MIPS數(shù)據(jù)隨缺血時(shí)間、缺血程度變化最大，區(qū)分最明顯。在特征頻率下，測(cè)量到的 MIPS數(shù)據(jù)隨著缺血時(shí)間的增加而逐漸增大，呈近似線性關(guān)系；而不同缺血程度（未結(jié)扎、單側(cè)結(jié)扎、雙側(cè)結(jié)扎）之間具有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，MIPS數(shù)據(jù)隨著缺血程度的增大而變大。
　　3、從ICP數(shù)據(jù)、腦電幅度等數(shù)據(jù)結(jié)果顯示與MIPSS測(cè)量結(jié)果的一致性，說(shuō)明了MIPSS實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性以及該檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用