近红外光谱(NIRS)技术可以无损、实时、连续、定量监测人体脑组织的氧合状况,因此在临床脑保护领域具有重要意义。本文的主要工作是用空间分辨的NIRS技术无损、定量测得局部组织的氧饱和度(rSO2)等血氧参数,并将其用于体外循环手术中的脑氧监测。本文第一部分(第2-4章)是空间分辨NIRS技术的基本原理、关键问题及可信度评定。本文首先在组织光学理论的框架下,阐明了用这项技术解算组织rSO2的基本原理及技术方案。然后围绕检测中的技术关键,从理论与实际相结合的角度,着重分析并解决了如下问题:(1)使用空间分辨NIRS技术时,确定多个检测器间距的基本原则。(2)根据人体头部的几何结构和光学特性,合理确定光源和检测器的距离,以实现传感器与被测脑组织的最佳耦合,消除外层组织的影响。(3)光源发光波长的离散性对检测准确度的影响及校正方法。为评定这项技术的可信度,我们对其测得的rSO2进行校准。我们设计了光学特性接近人体组织的液体模型,并通过充氧或添加还原剂改变其氧饱和度。我们发现,使用连二亚硫酸钠(Na2S2O4)为还原剂,可使模型的氧饱和度实现“阶梯”状下降,这有利于提高校准精度。校准结果表明,该技术解算rSO2的算法受背景吸收的影响很小,这与我们的理论分析结果吻合;并且只要实现了传感器与被测组织的最佳耦合,该算法也可较好地消除外层组织的影响。本文第二部分(第5章)是将这项技术用于体外循环手术中的脑保护。我们实时无损监测了15例患者术中的脑氧。结果表明,体外循环过程中,脑组织的rSO2同体温反向相关,同循环流量正向相关,因此它反映了脑组织氧供应与氧消耗的动态平衡。从而医生可通过合理调节体温和循环流量等参数维持正常的脑氧水平,以防止脑缺氧、实现脑保护。结果还表明,同脉搏氧饱和度及混合静脉血氧饱和度相比,该技术无损测得的rSO2能更好反映脑组织的氧合状况。本文第三部分(第6章)介绍了这项技术转化为具有本小组独立自主知识产权的产品及其推广应用,以及此过程中笔者所做的工作。