近红外线在临床医学中的应用

近红外线在临床医学中的应用 近红外线在临床医学中的应用 近红外光谱(NIRS)在农业中的应用最早，的项目种类很多。近年来，随着近红外光谱技术的研究增多，其应用扩展到其他许多领域，如石油化工、高分子化工和基本有机化工、食品工业、纺织工业等领域。在生物医学领域，近红外光谱技术也现出巨大的潜力。目前，研究范围已涉及生物反应过程的研究与监测、生物体组织分析、临床医学、药物研究、微生物鉴别、细胞病理等。 1 近红外线的特点 近红外(NIR) 谱是指介于可见区(VIS) 和中红外区(MIR)之间的电磁波。根据美国试验和材料协会(ASTM)规定，其波长范围为700 , 2 500 nm。近红外光谱为分子振动光谱的倍频和组合频谱带，主要指含氢基团(C , H，O , H，N,H，S , H)的吸收，包含了绝大多数类型有机物组成和分子结构的丰富信息。由于不同的基团或同一基团在不同化学环境中的吸收波长有明显差别，因此可以作为获取有机化合物组成或性质信息的有效载体。对某些无近红外光谱吸收的物质(如某些无机离子化合物)，也能够通过其对共存的本体物质影响引起的光谱变化，间接地反映其信息。 1. 1 近红外光谱法的优点:?简单，无需烦琐的前处理，且不消耗样品;?快速;?光程的精确度要求不高;?所用光 学材料便宜;?近红外短波区域的吸光系数小，穿透性高，可用透射模式直接分析固体样品;?适用于近红外的光导纤维较易获得，利用光纤可实现在线分析和遥测;?高效，可同时完成多个样品不同化学指标的检测;?环保，检测过程无污染;?仪器的构造比较简单，易于维护;?应用广泛，可不断拓展检测范围。近红外光谱可测量形式如漫反射、透射和反射，能够测定各种各样的物态样品的光谱。 1. 2 近红外光谱法的缺点:?由于测定的是倍频及合频吸收，灵敏度差，一般要求检测的含量大于1%;?建模难度大，定标样品的选择、制备，精确的化学分析，基础数据的准确性以及选择计量学方法的合理性，都将直接影响最终的分析结果。尤其是其准确性不能比它所依赖的化学分析法更好，所以在推广应用该技术时，必须使用精确的化学分析值及适当的定标操作技术，即NIRS 法必须实行系统的标准化操作。 2 近红外线用于检测 近红外线广泛应用于生物医学领域，其基本原理是利用近红外线对人体组织的一定的穿透性和对血红蛋白的选择性吸收。 2. 1 脑血流量和脑功能:大脑受刺激时，近红外线能在体外测量大脑额叶血流量的变化，进而用于大脑功能参数测量,1,。20 世纪70 年代末，Jobsis 提出光能通过人体组 织(包括颅骨)，并指出NIRS 可用于脑血流与氧合的监测,2,。 近20 年来，NIRS 作为一种无创组织氧含量检测技术发展很快。NIRS 通过无创地直接检测脑组织rSOz 来准确地反映局部组织实际氧合情况。新生儿脑组织对缺氧高度敏感且耐受性差，短暂的缺氧就可能引起脑组织的损害并产生脑功能的改变。脑组织氧供与脑血流密切相关，故通过监测脑血流可以间接了解脑组织氧供及其功能状况。NIRS是国内外近年应用较广的一种非创伤性脑监测技术，用于床旁连续监测脑氧合代谢和血流动力学变化，在探查围生期脑损伤的发病机理、客观地评价治疗方法、判断神经系统损伤与预后等方面均可提供有价值的信息。床旁NIRS 监测有助于临床判断新生儿脑损伤的脑血流动力学改变与监测脑氧合功能及脑反应，有助于及时、早期判定脑缺氧以防止脑损伤的发生发展，已成为新生儿尤其是早产儿理想的脑功能监测工具,3,。 2. 2 乳腺癌:近红外线对人体组织有较强的穿透力，而且，近红外线对人体组织具有较高的选择性，人体不同组织学结构的软组织对透照穿过的光线吸收率不同，血红蛋白对近红外线、细胞对可见光等有较强的吸收率。恶性肿瘤组织中这两种成分都比正常腺体明显增多，所以透照检查时，乳房的皮肤、脂肪、血管、正常腺体和异常病灶等会在显示屏上呈现不同的影像。该技术具有无辐射、快速、简便易行、 无损伤、价廉等优点。所以近红外线电脑乳腺检查是乳腺癌阳性率较高的初筛方法，应提倡使用近红外线电脑乳腺检查作常规检查项目。但其受到环境因素、乳腺组织厚度、观察方位、月经周期、体表因素干扰、检查者经验影响,4,，影响结果判别，故结果应结合临床。 另外，张晓方等发现近红外线无创伤检测能灵敏反映早期肝硬化时血、氧含量的变化，早期肝硬化时，血及氧波形节律不规则、自功率谱主频峰位置后移在1. 0 ,1. 5 Hz 间，且出现多峰。表明近红外线无创伤检测早期肝硬化有一定价值,5,。吴丽娟等通过应用近红外线检测及血乳酸测定手段，探讨多巴胺及去甲肾上腺素在治疗脓毒性休克过程中对全身及局部器官组织氧合及灌注的影响，指导临床更合理、更安全地选择升压药,6,。陈美芬等报道，近红外线结合乳头溢液脱落细胞检查有助于导管内乳头状瘤的早期诊断和治疗。 为提高诊断符合率，操作时近红外线探头的光源不宜太强，用有机玻璃的压板轻压乳晕区，检查前不应挤空乳管内积液，以利于乳腺导管的显示和病灶部位的确定,7,。 3 近红外线用于治疗 3. 1 宫颈糜烂:宫颈糜烂是已婚妇女的常见病与多发病，其发病率占已婚妇女的50%，是诱发宫颈癌的高危因素。 临床上宫颈糜烂的治疗以局部治疗为主，包括物理治 疗、药物治疗、手术治疗等，常用的治疗方法是物理疗法。红外线利用光热效应，导光棒不必直接接触病变组织，光可直接深入凹陷处，避免病灶残留，无污染，预后不留疤痕，是治疗宫颈糜烂的理想方法，但其不良反应为术后阴道流血多，治愈时间长,8,。 3. 2 软组织损伤:超激光的主要治疗作用有降低肌肉张力，解除痉挛，缓解疼痛;加速组织活性物质的生成和致痛物质的代谢，解除症状;扩张血管，增加组织血流量，改善局部微循环，加强组织营养，促进组织修复;此外，还有调节自主神经系统、增强机体免疫力等作用,9,。局部阻滞治疗以后联合应用超激光照射治疗，改善了局部的微循环，有利于药物在局部的扩散和组织的利用，肌肉松弛和局部疼痛的缓解阻断了疼痛的恶性循环，有利于患者的治疗和恢复,10,。 近期国外研究表明，近红外线对组织伤口愈合有促进作用,11,。学者们作了一系列的动物实验和临床观察，结果表明近红外线可以通过促进线粒体功能，提高细胞有氧代谢，从而提高细胞在缺氧和有毒环境下的生存能力，抑制基因变异和突变,12,。帕金森是一种神经元尼氏体的多巴胺退化为特征的进展性的神经元退化紊乱的疾病。帕金森的发病机理被证实是源于线粒体的功能紊乱。线粒体的作用通过治疗学方法证实是有用的，目前研究证实近红外线能抑制河 豚毒和MPP + 诱导的神经元毒素,13,。实验显示经过近红外线每天两次照射能提高细胞ATP，降低神经元细胞凋亡数量。由此表明经近红外线处理能够通过提供细胞活性，治疗帕金森相关的由神经毒性导致的神经元损害,14,。因此，我们认为近红外线在临床医学应用意义深远，有深入研究的价值。