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近紅外光譜技術以生物組織光學特性為基礎，結合光在組織中的傳播規(guī)律，研究光在組織中歷經一系列吸收、散射后出射光攜帶的與組織光學特性相關的生化信息。目的在于研究組織中吸收色團濃度的定量測量方法，為臨床和研究提供方便可靠的檢測指標。由于近紅外線對人體組織具有較好的穿透性，可深入皮下數厘米。足以到達大腦皮層，這使得近紅外光譜(NIRS)在大腦研究方面具有良好的應用前景。
本文從腦氧飽和度、腦血流量、細胞色素氧化酶三個大腦參數來了解下近紅外光譜技術的應用。
腦氧飽和度
腦組織是人體最嬌嫩的器官。其組織代謝的最大特點是消耗能量多。代謝率極高。而腦組織幾乎沒有能量儲存。腦部葡萄糖的代謝幾乎全是需氧過程，要維持腦組織的正常功能，就必須連續(xù)地供應氧和葡萄糖。在一些心血管手術中需要對大腦的供氧情況進行連續(xù)監(jiān)護，而目前還缺少可靠的監(jiān)護手段。由于近紅外光譜技術可以無損地連續(xù)監(jiān)測組織中的氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白的濃度，該技術出現之后最早就應用于新生兒腦氧監(jiān)測與腦氧檢測相關的研究。
腦血流量
正常情況下，由于大腦的腦血流自動調節(jié)功能，腦血流(CBF)可以保持相對的恒定。如果某些病理因素導致CBF調節(jié)破壞，其結果都會影響腦血液循環(huán)，從而引起該腦區(qū)機能的紊亂。研究表明，腦損傷與腦血流循環(huán)破壞程度緊密相關。
同大多數腦血流測試方法一樣，首先在腦組織中選擇某種物質作示蹤物，然后檢測該示蹤物在腦組織和血管中的濃度變化，根據變化值推算出CBF。測量過程中短暫改變受試者吸入氣體的氧分壓，使得受試者的動脈血氧飽和度(SaO2)出現一個持續(xù)數秒鐘的突然上升過程，相應地，大腦中的氧合血紅白(HbO2)也有一個增加量。如果將HbO2作為示蹤物則，CBF可以由下式求得.其中，K為一個常數，[tHb]是組織中血紅蛋白濃度的總量。測量過程中，利用近紅外光譜技術測定腦組織中氧合血紅蛋白濃度的變化量D[HbO2]，同時利用脈搏血氧計來監(jiān)測動脈血氧飽和度的變化量DSaO2。
在測量過程中，還要求腦血流量(CBF)、腦血容量(CBV)保持相對，恒定腦攝氧量相對不變。動物研究和人體實驗發(fā)現，當動脈血的氧分壓的變動范圍在6kPa~13kPa之間時，可以改變腦動脈氧飽和度SaO2的同時，使得腦血流量(CBF)和腦攝氧量基本保持不變。
許多學者利用同位素133Xeon，PET等經典腦血流測量手段對NIRS腦血流測量的結果進行了驗證。結果表明利用近紅外光譜技術在不干擾正常治療的情況下可迅速準確地獲取可重復的測量結果。
細胞色素氧化酶
細胞色素氧化酶是組織呼吸鏈的終端環(huán)節(jié)，位于線粒體內膜為組織供氧的受體，在細胞TP生成中扮演重要角色。這些氧化酶可分四種:兩種含鐵血紅素以及兩種銅原子中心。這些金屬離子中心在酶的氧化還原反應中會通過接受和釋放電子從而改變它們的狀態(tài)，其中，含有兩個銅原子的CuA中心對近紅外光具有較強的吸收特性，可以利用近紅外光譜技術對CuA的氧化還原狀態(tài)進行檢測，從而間接得到線粒體呼吸鏈的活動的相關信息。有學者認為，細胞色素氧化酶指標較之氧合血紅蛋白更能準確地反應組織缺氧的程度。
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