脑部血氧饱和度监测装置及方法

1. 痛点问题

目前常用的动物脑部氧含量测量方法均无法做到在深脑结构中直接测量血氧饱和度。由于颅骨的强遮挡作用，对传统的非植入式方法，如果采用穿透性较小的方式测量（近红外光谱fNIRS的光学方法），则只能测量距颅骨较近的皮层信息，无法测量深脑结构；如果采用穿透性强的方式（功能核磁共振fMRI的强磁场），则存在机器笨重、成本高，且与诸多技术不兼容的问题。因此开发植入式的脑部血氧传感器是此领域目前的痛点。

2. 解决方案

本技术整体结构与运行过程如下，通过供电与调制模块控制光源模块交替发出不同波长的光，光经过导光模块（传入光纤）传入动物脑部。光在动物脑部经过吸收、散射等光学交互过程，其中一部分返回导光模块（传出光纤），返回光的光强由光经过的脑组织中含氧血红蛋白（HbO）与脱氧血红蛋白（HbR）的浓度决定。返回光经导光模块传入光学探测模块，光强信号被转化为电信号并记录。随后由数据处理与分析模块结合供电与调制模块传入的指示信号对光学探测模块记录的信号进行处理，得到植入光纤的脑区HbO与HbR浓度随时间变化的信息，从而得到血氧饱和度信息。

图1 脑部血氧饱和度监测装置示意图

本技术产品的应用领域为脑科学研究领域，目标客户为各高校研究所的脑科学研究部门。脑血氧是一个很通用的测量参数，可补充神经活动的许多代谢信息，因此各脑科学研究结构都有广泛的潜在需求；且本技术产品可与用于荧光记录的光纤记录系统一起售卖（后者是脑科学领域广泛应用的关键性设备），这将在很大程度上拓展本产品的市场规模。

与fNIRS相比，本技术可测到其难以测量的深脑结构中的血氧饱和度。且成熟的fNIRS设备多用于测量人的脑活动，用于动物尤其是实验室使用最多的小鼠等小动物的成熟设备则较少。与fMRI相比，本技术更为便捷，且成本更低，可以实现在课题组实验室中配备，无需借用公共的fMRI机时，避免麻烦、更加高效。此外本技术的兼容性更好，不会面临fMRI难以与其他测量设备联用的问题。

此外，本技术的植入部分使用与主流光纤记录设备一致的短光纤，可以与光纤记录设备兼容甚至联用，不仅可以支持更复杂、应用更多模态的实验设计，还可以灵活改装作为已有光纤记录设备的可选模块，具有更高的用户可传达性，便于将原有的荧光记录设备用户转化为本技术的用户。