[发明专利]活体组织微循环代谢动态测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种活体组织微循环代谢动态测量装置及方法。该装置包括多个波长的低相干光源、扩束及贝塞尔变换透镜组、显微成像透镜组、高速CCD相机、控制电路以及计算机。本发明所述装置与方法可以实现人体微循环中红细胞流速以及代谢状态监测，具有准确、快速的优势，可以获得高空间分辨率及时间分辨率的血氧代谢动态结果，为临床急慢性病变诊断、长期监控、治疗效果评估提供了有力的技术支持。

技术领域

本发明属于光学检测领域中的光学成像以及成分检测技术领域，具体涉及一种活体组织微循环代谢动态测量装置及方法。

背景技术

医学研究表明，毛细血管、微静脉、微动脉及毛细淋巴管是血液、淋巴液和细胞组织进行物质交换的场所。毛细血管是微血管中最细小的部分，位于细动脉和细静脉之间，是血液与组织细胞进行物质交换的最重要部位，因此临床上通常也将其称为为微循环。微循环直接参与组织、细胞的物质、能量、信息传递，具有十分重要的生理作用。微循环功能不仅直接影响组织新陈代谢，并且可以反映各种慢性病变的进展情况。

微循环中微血管管径一般在5-9微米，红细胞需要通过变形才能通过管径小于红细胞直径的毛细血管。如果红细胞不能顺利通过毛细血管腔，则会引起微循环中血液与组织之间的物质、能量交换不能顺利完成，从而引起组织各种病变。特别是患有糖尿病及高血压等慢性病的病人中，红细胞糖基化及血浆蛋白成分改变会导致血液粘度增高，血浆内活性物质减少，红细胞硬度增加而形变能力下降，红细胞不能顺利通过毛细血管，微循环中血流速度以及血氧交换能力减低，从从而引起微循环病变，主要表现为糖尿病视网膜病变，糖尿病坏疽等并发症。此外糖分子渗入微血管基底膜形成大分子多糖，会引起微血管囊样扩张，持续发展会造成血管壁受损，微血管基底膜增厚，导致微血管辨析以及微血管瘤形成，更严重的会引起微血管管壁内皮细胞随上脱落，毛细血管与微血管末端封塞，进一步引起局部组织坏死。

目前临床上对于糖尿病等慢性病引起的微循环病变的防治基本原则是：及早发现，及早干预，因此发展一种无损伤，高分辨率，低成本的方便便携式仪器，对于微循环病变的防治十分重要。目前临床常用的成像设备，如超声，核磁，CT等分辨率约为0.1-1mm，无法满足微血管成像及单个红细胞动态代谢检测。对于微循环中代谢功能动态监测而言，一方面要定量分析红细胞在微血管以及毛细血管中的运动速度，另一方面，还要测量其氧代谢过程，从而评估组织与血液物质交换代谢能力。

光学方法具有较高的分辨率以及动态响应速度快的优点，在血管无创造影及成分检测方面应用较为广泛。其中对组织中血管及血流进行分析测量的典型的技术包括OCT成像技术，激光多普勒测量技术、共聚焦显微技术以及激光散斑衬比成像。

OCT方法利用光学相干检测的基本原理，检测不同深度生物组织背向散射光信号，通过逐点扫描的方式实现生物组织三维成像。该方法利用血流中运动的红细胞散射引起入射光幅度及相位改变现象，将同一位置，不同时间的得到的OCT信号相减或者进行方差统计等预算，提取组织中的血流信息，目前在眼科检查中广泛应用。但是该方法结果受到血管位置，走向及管径大小的影响较大，并且很难分辨单个红细胞，不能测量红细胞动态氧代谢特征，并且检测设备相对复杂，成本较高。

激光多普勒血流检测技术利用血管中红细胞运动使得入射激光产生多普勒频移的原理，通过对漫反射信号进行功率谱分析，获取一定区域内血流流速信息。该方法可以定量分析局部微循环血流流速及流量变化，但是时间及空间分辨能力较差，同样需要对成像区域内逐点扫描，对于单个红细胞的流速分辨能力较差，不能测量氧代谢状态。

共聚焦显微技术具有较高的空间分辨能力，可以对单个红细胞成像，但是其范围较小，一般只能对单根微血管成像，并且在成像过程中需要注入造影剂，影响了其临床应用的前景。