1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
4 电子测试技术重点实验室, 山东 青岛 266555
脑缺血是一种常见的突发性脑外科疾病, 具有较高的致死致残率, 快速、 准确对脑缺血程度进行检测对脑缺血的诊断与治疗工作具有重要意义。 基于衰减全反射式太赫兹时域光谱技术, 分别对脑缺血时间为0, 0.5, 1, 2, 4, 6和24 h的大鼠脑脊液和血清进行光谱检测, 并对不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率随缺血时间的变化规律进行分析。 结果表明, 与对照组相比, 不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数和折射率均存在一定的差异。 在此基础上, 根据不同缺血时间的大鼠脑脊液和血清的吸收系数, 采用主成分分析法和机器学习算法对大鼠的脑缺血程度进行自动分类识别。 其中, 基于脑脊液吸收系数的支持向量机分类模型的识别准确率相对较高, 达到了89.3％。 该方法为脑缺血的早期诊断提供一种新的检测方法。
太赫兹时域光谱 脑缺血 光谱识别 k-最近邻 支持向量机 Terahertz spectroscopy Cerebral ischemia Spectrum recognition k-Nearest Neighbor Support vector machine
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
3 陆军军医大学西南医院神经外科, 重庆 400038
脑缺血是神经外科的常见疾病之一,目前急需一种快速、准确的脑缺血检测方法。利用透射式太赫兹时域光谱技术对脑缺血组织进行检测,为减小个体差异的影响,通过计算左脑与右脑的太赫兹吸收系数的相对差异研究脑组织的缺血程度。实验发现,随着缺血时间的增加,新鲜组织的左右脑吸收系数的相对差异先变大后减小,主要原因是缺血区域的水含量升高和细胞密度下降;而石蜡包埋的脑缺血组织的左右脑吸收系数的相对差异逐渐减小,主要原因是缺血区域的细胞密度逐渐下降。结果表明,利用太赫兹时域光谱系统可以实现最早缺血2 h的脑缺血组织的检测,为脑缺血的早期无标记快速诊断提供了有效的技术手段。
太赫兹时域光谱系统 脑缺血 吸收系数 相对差异 新鲜组织 石蜡包埋组织
1 华中科技大学 光学与电子信息学院， 武汉 430074
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所， 绵阳 621900
3 西南医院， 重庆 400038
4 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电子信息系， 天津 300072
为了探讨不同缺血时间的大鼠脑组织在0.4THz～0.95THz频段内的吸收特征，采用线栓法制备大鼠脑缺血模型，利用透射式太赫兹时域光谱仪对缺血大鼠脑组织进行检测，并进行了理论分析和实验验证，取得了缺血大鼠脑组织在0.4THz～0.95THz频段内吸收系数。结果表明，缺血时间不同的脑组织对太赫兹波呈现出各异的吸收特性，这是由缺血所致脑损伤级联反应中的兴奋性氨基酸、无氧呼吸所产生的乳酸等中间产物以及钙离子超载导致一氧化氮大量合成所造成的。这一结果对于研究缺血脑损伤的病理机制具有一定的指导作用和应用价值。
生物光学 吸收系数 太赫兹时域光谱 脑缺血损伤 biotechnology absorption coefficient terahertz time-domain spectroscopy ischemic brain injury
中南大学湘雅医院放射科, 湖南 长沙 410008
为了探讨3D动脉自旋标记 (arterial spin labeling, ASL)技术对急性创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)病人的诊断价值, 将43例急性轻度TBI患者和20例健康志愿者进行了常规MRI(magnetic resonance imaging)和3D ASL扫描。结果表明,3D ASL能显示常规MRI所不能显示的脑内血流灌注情况。3D ASL结果发现, 健康志愿者组双侧前、中、后动脉供血区的脑血流量(cerebral brain flow, CBF)值比较均无差异(P值均＞0.05); TBI患者未出现明显低灌注区的脑实质CBF较志愿者脑实质CBF值明显降低(P值＜0.01); TBI患者脑内局部低灌注区较对侧镜面区的CBF值明显减低(P值＜0.01)。3D ASL技术能检测出急性轻度TBI患者脑实质灌注减低情况, 对于临床诊治有重要意义, 值得在临床推崇。
磁共振成像 动脉自旋标记 创伤性脑损伤 脑血管痉挛 脑缺血 magnetic resonance imaging arterial spin labeling traumatic brain injury cerebral vasospasm cerebral ischemia
浙江中医药大学生物工程学院, 浙江 杭州 310053
目的: 应用实时荧光PCR检测大鼠脑缺血/再灌注损伤组织中的Caspase-3基因表达变化, 并比较了相对定量与绝对定量分析方法的技术优劣。方法: 相对定量实验中, 以β-actin基因作为内参, 采用Delta-delta Ct法计算目的基因表达变化。而在绝对定量实验中, 构建了含Caspase-3基因的重组质粒, 以该重组质粒作标准品, 构建标准曲线并计算样品组中Caspase-3基因拷贝数。结果: 相对定量数据表明相对于假手术组, Caspase-3基因在模型组中的表达上调了7.52倍, 而在治疗组1和2中分别上调了4.20倍和3.07倍。绝对定量实验结果表明假手术组Caspase-3基因拷贝数为1.42×105 copies/μL, 模型组中该基因为8.06×105 copies/μL, 基因上调了5.68倍, 而治疗组1和2中该基因拷贝数分别为3.83×105 copies/μL和3.59×105 copies/μL, 分别上调了2.71和2.52倍。结论: 两种定量分析方法表明Caspase-3基因在模型组中和治疗组中变化趋势基本一致。绝对定量方法更精确, 但需要标准品, 所花费成本高。而相对定量方法虽然简便, 但需要看家基因作为内参, 存在一定误差, 如何保证目的基因与内参基因扩增效率一致性是关健。
荧光定量PCR 相对定量 绝对定量 脑缺血/再灌注 real-time PCR relative quantification absolute quantification Caspase-3 Caspase-3 cerebral ischem-Reperfusion
1 华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室,中国,湖北,武汉,430074
2 华中科技大学湖北省生物信息与分子成像重点实验室,中国,湖北,武汉,430074
采用线栓法制备大鼠大脑中动脉栓塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型,在额叶皮层用KCl诱导产生皮层扩散性抑制(cortical spreadingdepression,CSD).MCA04 h后,利用550 nm内源信号光学成像(optical intrinsic signalimaging,OISI)监测局灶性脑缺血后大鼠顶-枕叶皮层内源光信号变化.成像1 h内观测到一系列诱导CSD波(14±3次),CSD波局限于顶-枕叶皮层中央区域扩展,以光强的显著下降为特征;而旁侧区域光强无明显改变,不具备CSD波特征,表明CSD波未传播到该区域.随后TIC染色证明上述旁侧区域已经梗死.实验表明:MCAO后4h,皮层区域旁侧部分会梗死;CSD波的0IS变化可用来区分缺血梗死区和外周供血较为完整区域(未梗死区).
大脑中动脉栓塞 局灶性脑缺血 内源信号光学成像 皮层扩散性抑制 middle cerebral artery occlusion focal cerebral ischemia optical intrinsic signal imaging cortical spreading depression
