面向局部脑血流量高效检测的光外差-干涉型扩散波光谱法联合参考测量方法研究

Diffused light detection is one of the promising methods for regional cerebral blood flow sensing. Traditional cerebral blood flow detection methods can’t overcome the shortcomings such as radiation and non-continuous. The sensitivity of direct measurement by spectroscopy is relatively low and diffuse correlation spectroscopy is easily interfered by scalp blood flow. While the optical- heterodyne-detection (OHD)-based interferometric diffusing wave spectroscopy (iDWS) is able to improve the sensitivity and reference measurement method can be used to suppress common-mode interferences such as scalp blood flow basing on the applicant’s previous research findings. Taking regional cerebral blood flow as the object of this research, we plan to explore the mechanism that how regional cerebral blood flow affects signal light, and clarify the amplitude frequency and phase frequency response conversion mechanism of the beat signal obtained by optical heterodyne-interferometric diffusing wave spectroscopy (OHD-iDWS). Then the reference position，reference wavelength and reference measurement method are determined by analyzing position distribution characteristic and wavelength distribution characteristic of measurement sensitivity. Finally, a high-precision regional cerebral blood flow prediction model is established by adopting partial least squares regression and stacked autoencoder deep neural network methods. This project aims to provide a fast, accurate and reliable new method for long-term continuous detection of regional cerebral blood flow, and offers a new idea for early diagnosis and research of cardiovascular and cerebrovascular diseases and special diseases.

扩散光检测方法是应用于局部脑血流量长时间连续检测非常具有潜力的方法之一。传统脑血流量检测存在辐射且无法长时间连续检测，而光谱法直接测量时灵敏度低，漫射相关光谱法易受头皮血流干扰。申请人前期研究发现，基于光外差（OHD）技术的干涉型扩散波光谱法（iDWS）能够有效提高测量灵敏度，参考测量方法可用于抑制头皮血流等共模干扰。本项目拟以局部脑血流量为研究对象，探索其对信号光的影响机制，阐明光外差-干涉型扩散波光谱法（OHD-iDWS）获得差拍信号的幅频和相频响应量转换机理，然后分析测量灵敏度的位置特性和波长特性，确定用于参考测量的基准位置和基准波长，最后采用偏最小二乘回归和栈式自编码深度神经网络方法，建立OHD-iDWS联合参考测量方法的高精度局部脑血流量预测模型。本项目旨在为局部脑血流量的长时间连续检测提供一种快速、精度高、可靠性好的新方法，为临床心脑血管疾病和特殊病症的早诊和研究提供新思路。

扩散光检测方法是应用于局部脑血流量长时间连续检测非常具有潜力的方法之一。传统脑血流量检测存在辐射且无法长时间连续检测，而光谱法直接测量时灵敏度低，漫射相关光谱法易受头皮血流干扰。.项目负责人结合前期研究基础，提出一种基于光外差技术的干涉型扩散波光谱法，通过蒙特卡罗仿真、搭建实验系统、开展仿体实验和在体实验，验证了该方法能够测得在体脑血流变化，并有效提高测量灵敏度。.蒙特卡罗仿真结果表明，在850nm波长下，最适合成年人的源-探距离为2-2.5cm，对于婴幼儿为1.2-2cm；仿体实验中，源-探距离为1.4-1.6cm时，血流相对速度指数与真实值的相关性达到0.88；在体实验结果中，通过改变测量部位和袖带加压实验，结合连续血压监测，验证该实验系统测得的相对速度指数变化与血压存在良好的一致性，进而表面该实验系统在测量局部脑血流量变化是具有较高灵敏度。.本项目以局部脑血流量为研究对象，探索其对信号光的影响机制，阐明光外差-干涉型扩散波光谱法获得差拍信号的幅频和相频响应量转换机理，然后分析测量灵敏度的位置特性和波长特性，进而搭建适用于在体实验的实验系统。在实验中，通过引入连续血压和经颅多普勒技术作为评价本实验系统和分析方法的“金标准”，其结果符合预期。本项目的顺利实施为局部脑血流量的长时间连续检测提供了一种快速、精度高、可靠性好的新方法，下一步，项目负责人将开展针对特定病症（如癫痫）的局部脑血流变化的特征提取和分析方法研究。