光源-探测器小距离散射光谱在疼痛测量中的应用

作者：戴丽娟; 丁乐明; 李韪韬; 钱志余

来源：光谱学与光谱分析, 2020, 40(12): 3743-3747.

• 散射光谱
• 疼痛
• 血流动力学参数
• 光源-探测器小距离

提出了利用光源-探测器小距离散射光谱进行疼痛测量的一种新方法。首先,基于修正的Beer-Lambert定律,建立氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度变化与光源-探测器小距离探头所采集的散射光谱强度变化的关系式,通过悬乳液血液混合液体模型实验,将公式计算结果与组织血氧仪测量结果进行对比。其次,分别对7只大鼠的后肢注射福尔马林溶液以制造疼痛刺激,用光源-探测器小距离光谱系统采集注射前、后大鼠前扣带回的散射光谱,同时,用生物电信号采集系统获取注射前、后大鼠前扣带回的局部放电信号。最后,计算氧合血红蛋白浓度、脱氧血红蛋白浓度和总血红蛋白浓度的变化,获取β波频段(13～30 Hz)每10 s的功率强度,分析这些参数在注射前、后的变化。实验结果表明,氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度变化的公式计算值与仪器测量值在液体模型实验中吻合较好,其相对误差平均值与标准偏差为14%±5%,因此,利用光源-探测器小距离散射光谱进行氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度变化分析的准确度高。在大鼠疼痛刺激实验中,前扣带回的氧合血红蛋白浓度在注射后的5 min内出现短期增大,随后单调减少。反之,脱氧血红蛋白浓度在注射后的5 min内出现短期减小,随后单调增大。总血红蛋白浓度在注射后没有显著性变化。前扣带回局部电信号功率在注射后逐渐增大,约20 min到峰值,之后保持在峰值附近,与注射前有显著性差异,可以确认氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的变化是与前扣带回功能激活高度相关的。由此可见,基于光源-探测器小距离探头的散射光谱系统可以有效地用于标记与疼痛处理相关的核团的功能激活和分析核团的神经-血管耦合机制,为利用小动物模型增进对疼痛相关的脑血管功能的了解和疼痛测量提供了一种有效的新方式。

• 单位
  南通大学; 南京航空航天大学