腦部血氧飽和度監測裝置及方法

生物、醫藥及醫療機械

1. 痛點問題

目前常用的動物腦部氧含量測量方法均無法做到在深腦結構中直接測量血氧飽和度。由于顱骨的強遮擋作用，對傳統的非植入式方法，如果采用穿透性較小的方式測量（近紅外光譜fNIRS的光學方法），則只能測量距顱骨較近的皮層信息，無法測量深腦結構；如果采用穿透性強的方式（功能核磁共振fMRI的強磁場），則存在機器笨重、成本高，且與諸多技術不兼容的問題。因此開發植入式的腦部血氧傳感器是此領域目前的痛點。

2. 解決方案

本技術整體結構與運行過程如下，通過供電與調制模塊控制光源模塊交替發出不同波長的光，光經過導光模塊（傳入光纖）傳入動物腦部。光在動物腦部經過吸收、散射等光學交互過程，其中一部分返回導光模塊（傳出光纖），返回光的光強由光經過的腦組織中含氧血紅蛋白（HbO）與脫氧血紅蛋白（HbR）的濃度決定。返回光經導光模塊傳入光學探測模塊，光強信號被轉化為電信號并記錄。隨后由數據處理與分析模塊結合供電與調制模塊傳入的指示信號對光學探測模塊記錄的信號進行處理，得到植入光纖的腦區HbO與HbR濃度隨時間變化的信息，從而得到血氧飽和度信息。

圖1 腦部血氧飽和度監測裝置示意圖

本技術產品的應用領域為腦科學研究領域，目標客戶為各高校研究所的腦科學研究部門。腦血氧是一個很通用的測量參數，可補充神經活動的許多代謝信息，因此各腦科學研究結構都有廣泛的潛在需求；且本技術產品可與用于熒光記錄的光纖記錄系統一起售賣（后者是腦科學領域廣泛應用的關鍵性設備），這將在很大程度上拓展本產品的市場規模。

擬通過技術許可方式開展成果轉化。

與fNIRS相比，本技術可測到其難以測量的深腦結構中的血氧飽和度。且成熟的fNIRS設備多用于測量人的腦活動，用于動物尤其是實驗室使用最多的小鼠等小動物的成熟設備則較少。與fMRI相比，本技術更為便捷，且成本更低，可以實現在課題組實驗室中配備，無需借用公共的fMRI機時，避免麻煩、更加高效。此外本技術的兼容性更好，不會面臨fMRI難以與其他測量設備聯用的問題。

此外，本技術的植入部分使用與主流光纖記錄設備一致的短光纖，可以與光纖記錄設備兼容甚至聯用，不僅可以支持更復雜、應用更多模態的實驗設計，還可以靈活改裝作為已有光纖記錄設備的可選模塊，具有更高的用戶可傳達性，便于將原有的熒光記錄設備用戶轉化為本技術的用戶。