基于MIPSS方法檢測家兔急性腦缺血的實驗研究.pdf

1、研究背景和目的：腦缺血（cerebral ischemia）是指由一個或者多個原因?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神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的一種嚴重的臨床疾病。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)病機理復雜、死亡率和致殘率高等特點，腦缺血能引起嚴重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害，并將最終導致中風癱瘓。在我國，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，給家庭與社會造成了沉重的負擔。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，實時地監(jiān)測和評價腦缺血的嚴重程度及病程發(fā)展，是腦缺血重癥監(jiān)護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現(xiàn)早期診斷和早期治療。目前，腦缺血的檢測診斷主要依靠 Computer Tomography(CT)、Magnetic Resonance Imaging(MRI)以及Positron Emission Tomography(PET

3、)等大型昂貴的影像學設(shè)備，但是這類設(shè)備龐大笨重、價格高昂，在檢查過程中存在檢查滯后、無法連續(xù)監(jiān)護等缺點，在某些方面無法滿足臨床需要。因此，亟需發(fā)展一種非接觸、小型化、低成本并能實現(xiàn)連續(xù)快速檢測的無創(chuàng)性腦缺血檢查設(shè)備，而基于磁感應相位移（MIPS）技術(shù)建立的檢測系統(tǒng)就完全具備了這些特點，此方法正逐漸發(fā)展成為一種新型的檢測腦血管疾病的手段。由于生物組織的電導率非常低，MIPS檢測的靈敏度相當?shù)?，且用于檢測的激勵信號的頻率非常有限，于是在 M

4、IPS檢測方法的基礎(chǔ)上提出了磁感應相位移譜（MIPSS）的方法。MIPSS檢測方法就是將激勵信號的頻率擴展到一定的頻帶上，然后在該頻帶上尋找到 MIPS和頻率之間的關(guān)系，從而對腦組織病理生理狀態(tài)進行判斷。本文基于MIPSS技術(shù)建立檢測系統(tǒng)，期望獲得頻帶上的MIPS信息，為急性腦缺血的MIPS檢測提供判斷基礎(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檢測系統(tǒng)。

5、MIPSS檢測系統(tǒng)主要包括RFNA、傳感器線圈、顱內(nèi)壓監(jiān)護儀、生理信號采集儀、傳輸線、固定裝置等組成部分。該系統(tǒng)以型號為Agilent E5061B射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀作為檢測系統(tǒng)的信號源、數(shù)據(jù)采集單元、鑒相和顯示單元，為檢測系統(tǒng)提供激勵信號以及內(nèi)部軟件鑒相的功能；按照實驗動物的頭顱尺寸設(shè)計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-接收線圈（single coil-coil），另一種是環(huán)形單線圈。自主設(shè)計的兩種結(jié)構(gòu)傳感器線圈均能

6、夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的測量，二者之間的電磁場分布和S參數(shù)曲線存在著差異，對于同軸single coil-coil型傳感器而言，在測量過程中可以采用傳輸參數(shù)S21和反射參數(shù)S11分別進行分析，而環(huán)形單線圈主要采用反射參數(shù) S11進行分析。設(shè)計兩種線圈是為了比較不同結(jié)構(gòu)線圈對于急性腦缺血MIPSS檢測時的差異，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；顱內(nèi)壓監(jiān)護儀用來檢測家兔顱內(nèi)壓力，為后續(xù)結(jié)果分析討論提供ICP數(shù)據(jù)；生理信號采集

7、儀用來監(jiān)測家兔的心電、心率以及腦電信號，以及驗證動物急性腦缺血模型的有效性；傳輸線主要是用來傳輸激勵信號、傳輸信號以及反射信號；固定裝置將家兔頭顱以及身體固定在同一位置，保證實驗的一致性與穩(wěn)定性。MIPSS檢測系統(tǒng)擁有4個獨立的測量通道，每個通道不僅能測量被測物體的傳輸特性，還能測量其反射特性，數(shù)據(jù)格式也可以分為幅度、相位、阻抗原圖、實部、虛部等，檢測的頻率范圍為100KHz-3GHz，掃描時間為25ms（1000點，中頻帶寬10KHz

8、），鑒相精度能夠達到0.01°，以上條件完全滿足了課題研究家兔腦缺血MIPSS實驗的需要。
　　第二部分以家兔為實驗對象，分別用兩種傳感器線圈建立的系統(tǒng)進行家兔急性腦缺血MIPSS檢測實驗。用同軸single coil-coil線圈測量了25只家兔的MIPSS實驗數(shù)據(jù)，用環(huán)形單線圈測量了15只家兔的MIPSS數(shù)據(jù)，兩種線圈中的實驗動物實驗均分為實驗組和對照組，實驗組又分為單側(cè)頸總動脈結(jié)扎組（單側(cè)組）和雙側(cè)頸總動脈結(jié)扎組（雙側(cè)組），

9、測量時間均為1小時，測量的頻率范圍均為100KHz-500MHz。選取MIPSS數(shù)據(jù)最理想的頻率范圍進行分析，將S參數(shù)中幅度（絕對值）最大的頻率定義為特征頻率（CF），而將相位移檢測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)計時的截止頻率的概念，即頻率響應的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倍所對應的頻率。本文中的磁感應相位移采用的是時差抵消法，即在相同背景條件下的被測物前后

10、不同時間段的相位差。在實驗過程中用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)，從而實現(xiàn)對MIPSS測量結(jié)果在組織病理學上的解釋以及對家兔急性腦缺血模型的有效性進行病理學的論證。
　　結(jié)論：
　　1、基于射頻網(wǎng)絡(luò)分析儀（RFNA）的 MIPSS檢測系統(tǒng)，能夠?qū)y量頻率擴展到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，能夠滿足課題的實驗需要。
　　2、用MIPSS檢測系統(tǒng)對家兔急性腦缺血模型進行檢測，結(jié)果顯示了

11、MIPSS檢測靈敏度具有高度的頻率依賴性，在特征頻率下測量到的 MIPS數(shù)據(jù)隨缺血時間、缺血程度變化最大，區(qū)分最明顯。在特征頻率下，測量到的 MIPS數(shù)據(jù)隨著缺血時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)計學差異，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測量結(jié)果的一致性，說明了MIPSS實驗結(jié)果的有效性以及該檢測系統(tǒng)應用