脑组织光学、血氧和血流动力学参数的在位精确测量是生物医学领域中脑科学的重要研究内容,而这些参数的微创综合测量还未见报道,这些综合参数可能对脑组织类型识别、脑肿瘤定性分析、脑外科手术导航、脑功能基础研究等提供更丰富的参考信息。本文从双光纤微创探头在位测量的角度出发,以实现脑组织光学、血氧和血流动力学参数较高精度的微创综合测量为研究目标,在脑组织参数测量基础理论、脑组织内部光场分布、系统设计与定标、系统在基础医学中的应用等方面进行了深入研究。主要研究内容包括:基于小距离双光纤微创探头和稳定态光纤光谱仪设计一个多参数综合测量系统,并实现测量结果实时自动分析;有关测量参数的基础理论和经验公式研究,主要有吸收和漫反射光谱特征因子提取、人工神经网络和多元线性回归分析的特征因子建模、特征因子与光学、血氧和血流动力学参数关联等;系统在大鼠C6胶质瘤综合(光学、血氧与血流)参数测量中的应用研究。论文在一些关键性技术上取得了如下创新性成果:1.设计了生物组织参数实时在位微创测量实验系统,可以同时获取穿刺轨迹上生物组织的约化散射系数、吸收系数、血氧饱和度、总血红蛋白浓度、血流量和血容量。2.采用模型实验定标法获得双光纤微创系统约化散射系数、血氧饱和度和总血红蛋白浓度的经验公式,测试精度在动物实验中得到验证,结果准确可靠。3.在血氧饱和度的测试上,利用人工神经网络建立了光谱分析数学模型,测量精度和传统的脑组织血氧饱和度测试方法相比有了一定的提高。4.利用本系统在临床医学上进行了初步应用探索,主要研究了脑胶质瘤的近红外测试特征因子。实验中实时在位获得了SD大鼠C6胶质瘤的光学、血氧和血流动力学参数,发现这些参数在胶质瘤和正常脑组织间有较显著的差异性,为疾病诊断提供了参考。5.将近红外测试技术和MRI影像结合对胶质瘤的病理特性进行了探索,研究了SD大鼠C6胶质瘤近红外测试特征因子与胶质瘤病理分级的关联,提出了近红外测试特征因子用于胶质瘤分级的方案,为临床医学应用奠定了良好的基础。