盡早感知腦卒中?無創監測腦血氧或可幫忙丨智言智語

編者按: 智顯未來,洞見新知。中科院之聲與中國科學院自動化研究所聯合開設“智言智語”科普專欄,為你介紹人工智能相關知識與故事,從最新成果到背後趣聞,帶你徜徉AI空間,看人工智能如何喚醒萬物,讓世界變得更美好 。

12秒與21秒,意味著什麼?

短短幾秒,在我們的生活中似乎都是一瞬間的過程,但是你知道嗎?我國每12秒就有一人發生腦卒中,每21秒就有一人死於腦卒中。如果說腦卒中這個名稱還有些許陌生,那麼它更常見的別名——“中風”“腦梗”,你一定經常聽說!這是一種由於腦部血管突然破裂或因血管阻塞導致血液不能流入大腦而引起腦組織損傷的一種急性腦血管疾病。目前,腦卒中已經成為我國國民第一位的致死病因。即使在醫院就診和各類手術相關的圍術期、重癥監護期,腦卒中發病率依舊高達5%至15%不等。研發用於臨床中對腦卒中發病及時監測的新型診療工具迫在眉睫。

腦卒中的連鎖反應表現為:

盡早感知腦卒中?無創監測腦血氧或可幫忙丨智言智語

也就是說,在腦卒中發病時,患者顱內的血管首先出現梗塞,進而導致缺血,而血液是氧的載體,患者顱內血管下遊的腦組織緊接著就會開始缺氧。由於神經元對缺氧非常不耐受,5分鐘之後就會出現神經元的凋亡和腦組織的功能障礙,最終危及生命。

因此,腦部血氧監測對於及時防止腦卒中的發生非常重要。對腦供氧狀況進行監測和報警,就可以盡早介入治療,有效減少病患腦組織的損傷,優化圍術期與重癥期管理、顯著改善術後認知能力。

但是,目前國內臨床上檢測腦血氧飽和度的方式大多是在頸動脈和頸靜脈埋置導管,不定期采集顱內血樣,然後將血樣放置於血氣分析儀內進行檢測。這種侵入式的檢測方式一方面有較大的出血風險,由於是頸部大血管插管,尤其是對於中老年人,如果止血不到位可能造成體內出血;另一方面,通過有創采血進行檢測,隻能在某些時間點進行數據采集,不能作為監護手段進行腦氧實時監測。腦卒中診療亟需更加便利的腦血氧檢測方式。

為瞭解決這一難題,中科院自動化所腦網絡組中心的研究團隊研發出無創腦血氧監護儀與無線腦血氧頭帶。團隊通過以往二十餘年對人頭部組織結構與腦網絡組圖譜的深入研究,通過人工智能和大數據核心算法,實現對患者腦部微弱血氧信號的無創化采集。團隊針對腦部監測的無創方法,尤其是近紅外光譜技術進行瞭大量的蒙特卡洛仿真實驗。驗證瞭在100萬個光子入射到顱內後的走形軌跡及其概率分佈,最終確定瞭選用的光波段與能量。同時也結合瞭研究中心相關的影像學研究成果,對頭部的頭皮、顱骨、腦脊液、灰質、白質的組織特性進行瞭相關的標定,在此基礎上又標定瞭各個組織相應的吸收特性和散射特性。從而就可以準確的知道入射到顱內的光被哪些組織吸收瞭,腦組織內含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收的比例也一並可以獲得,最後就可以得到含氧的百分比。這樣就可以根據利用紅外光譜技術實現對腦部血氧飽和度的無創監測。

無創腦血氧監測可以在哪些地方大展身手呢?

盡早感知腦卒中?無創監測腦血氧或可幫忙丨智言智語

無創腦血氧監護儀

無創腦血氧監護儀主要應用於麻醉科與重癥監護室,可以同時實現左右側腦血氧,軀幹或四肢組織血氧還有脈搏血氧的實時監測。比如在疫情期間,重癥監護室就可以使用這一設備配合ECMO進行應用,同時監測病人腦部血氧、外周組織血氧,就可以及時發現患者是否存在不同部位組織的缺血缺氧。此外,監護儀還可以用於高原官兵進藏時的腦血氧監測,檢查他們是否出現嚴重的顱內缺血缺氧。而在航空領域,它同樣能夠服務於飛行員狀態監測,可以反映在離心機加速的時候,飛行員有沒有出現急性顱內血氧下降,方便飛行員調整訓練方案。

生活中也很有可能發生缺血、血氧,平時應該如何監測呢?一定要去醫院嗎?

團隊已經研制瞭另一款設備——無線腦血氧頭帶!頭帶可以直接佩戴在頭部,通過藍牙方式無線發送到智能終端,方便大傢在傢實時監測。它主要由光源、探頭和處理器等幾部分組成,最關鍵的部件是位於前部的精密的封裝模塊。使用者佩戴頭帶,將模塊貼合在額頭部位即可實時檢測腦血氧飽和度和心率信號,並且可以通過手機或任何藍牙終端實時查看和瀏覽數據采集過程。由於結合自動化所腦網絡組研究中心首次提出的人類腦功能圖譜的分區信息,綜合考慮瞭中國人頭顱相關組織的特點,例如顱骨厚度、含氧血紅蛋白的吸收因子等參數信息,腦氧計算模型設計更加精準,使得這款頭帶更加適用於頭部腦組織生理情況的檢測,最終確保得到的腦血氧數據更加準確。

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無線腦血氧頭帶

目前,無創腦血氧監測儀已經在中國食品藥品檢定研究院完成註冊檢驗,並在首都醫科大學宣武醫院和首都醫科大學附屬天壇醫院開展國際標準的臨床試驗。未來,無創腦血氧監測設備將為患者提供更多便利與可靠的支持,科技發展也正在為人們的健康生活和醫療服務帶來更多可能。

來源:中國科學院自動化研究所

Published in News by Steve.

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