CN100425976C - 快速原位鉴别周围神经束性质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用近红外光谱仪技术及其分析方法对周围神经束的性质进行鉴别的方法，首先取若干神经运动束和感觉束，并用近红外光谱分析仪对之进行采样，得到光谱图；然后对采集的数据进行聚类分析，确立近红外光谱分析仪数据处理用的模型参数，建立周围神经运动束和感觉束鉴别模式；再在相同条件下，分别用神经束中所含的不同神经递质纯品进行扫描，得到的波谱与神经束波谱进行主因子分析，寻找出神经运动束和感觉束的波谱区别主因子，从而确定周围神经束的性质。本发明可以快速、原位、无创的鉴别神经束的性质，它广泛适用于医药、化工、食品、环境检测等领域中，具有极大的经济价值和实用价值。

Description

快速原位鉴别周围神经束性质的方法

一、技术领域

本发明涉及一种鉴别周围神经束性质的方法，具体地说是一种利用近红外光谱仪技术及其分析方法对周围神经束的性质进行鉴别的方法。

二、背景技术

神经束性质的鉴别在临床医学中具有重大意义。目前对神经束性质进行判断的方式主要有以下几种：

1、解剖方式：对神经干内的神经束的定位图谱进行研究，很多学者已将周围神经(如正中神经、桡神经、尺桡神经干、坐骨神经干等)分别进行了分析，观察了神经干的位置、形态、束数，测量其大小，绘制了神经断面的神经束局部定位图，但在临床中，往往因神经损伤后两断端易发生扭曲，改变了原有的正常解剖位置，故临床应用受到限制。

2、电刺激法：通过电刺激神经束所产生的反应来鉴别，若电刺激出现肌肉收缩则为运动束，而感觉束则无反应。但此法需保持病人清醒，且限于新鲜损伤，个体差异大，而且刺激引起肌肉收缩是神经传导结果还是电流扩散所致，不能区分。故临床应用价值不大。

3、放射生物化学法：用放射性同位素标记酶的底物，再根据酶反应所产生的放射性产物来测定酶的活性，推测神经束的性质，但此法涉及同位素技术，设备要求高，且放射物质对患者及术者都有损害，故实用性不大。

4、酶组织化学法：根据运动束与感觉束中某些生物活性物质的含量差别，作为鉴别运动束与感觉束的标准，如运动束神经纤维中乙酰胆碱酯酶(AchE)活性远高于感觉束，因此以AchE活性为标准鉴别运动束与感觉束的方法得到广泛认可。目前检测AchE主要为酶组织化学染色法，根据反应形成亚铁氰化铜(一种棕色沉淀)出现于酶活性部位，运动纤维呈强阳性，感觉纤维大部分呈阴性，少部分呈弱阳性的原理，对神经束性质进行判定。但此法存在问题是：(1)染色时间长(约50分钟)，过程复杂；(2)需切取两断端神经片断，不能进行原位染色。故临床应用也受到一定限制。

5、免疫组化法：利用特异性抗原抗体反应观察研究组织细胞特定抗原(或抗体)的定位和定量技术，发现了感觉神经元的特异蛋白，并以该蛋白作为抗原制备了单克隆抗体，通过免疫染色来鉴别感觉纤维，其特点是特异性高，对人体无毒，染色时间较以往方法缩短，需25至30分钟。但这种方法现阶段仍需要切取组织片段，且存在染色特异性与时间问题，时间过短染色不深，过长则其它组织亦染上色，临床医生难以控制，且操作比较复杂，实用性不够。

6、化学传感器：原理是传感针上固定的Ach与AchE起反应，反应过程中有电位和pH改变，传感针通过记录电位与pH值变化，反映出AchE的活性高低，活性高的神经束为运动束，反之则为感觉束。但此方法存在的问题是传感针每检测一束后须更换，不能重复使用，每检测一根神经束仍需几分钟，时间还稍嫌长。

7、光纤生物传感器：原理是在光纤探头上固定酶膜及荧光物质膜，酶和神经断面接触后，生物反应产生的氧可以淬灭被激光激发的荧光，从而快速鉴别神经束性质。问题是酶的活性及检测过程受干扰较大，也存在一个消毒及保存的问题，不能满足临床需要。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种快速原位鉴别周围神经束性质的方法，该方法利用近红外光谱技术及分析方法，根据神经束内所含神经递质的不同，快速、原位、无创的来鉴别神经束的性质。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种快速原位鉴别周围神经束性质的方法，其特征在于它采用近红外光谱分析技术，根据神经束内所含神经递质的不同来鉴别神经束的性质，包括以下步骤：

A)取周围神经运动束和感觉束若干，备用；为保证数据的准确性，周围神经运动束和感觉束的数量可以是50～70根。

B)用近红外光谱分析仪对步骤A)中备好的运动束和感觉束进行采样，得到光谱图。可采用漫透射方式采样和漫反射方式采样；采用漫透射方式采样时，采集光谱范围可为波数12800～5800cm^-1，使用仪器自带的透射单元，每个样品连续采样20～40次，得光谱图。采用漫反射方式采样时，采集光谱范围可为波数12800～4000cm^-1，使用仪器自带的固体光纤，光纤采样枪头光斑可以调节到和神经束一样大小，每个样品连续采样50～70次，得光谱图。

C)对采集得到的数据进行聚类分析，使同一类神经束具有高度同质性，不同类神经束具有高度异质性。

聚类分析原理：数理统计中研究物以类聚的一种多元分析方法，即用数学模型定量被分类对识别象之间的亲疏关系，从而客观的分型划类，使同一类事物具有高度同质性，不同类事物具有高度异质性。

D)利用狗的脊神经作为实验材料确立近红外光谱分析仪数据处理用的模型参数，建立周围神经运动束和感觉束鉴别模式；本发明建立一套近红外模式识别软件系统对运动神经和感觉神经根进行识别。

E)在与上述步骤相同条件下，分别用神经运动束和感觉束中所含的不同神经递质纯品进行扫描，神经运动束所含的神经递质为乙酰胆碱；神经感觉束所含的神经递质包括P物质、血管紧张素、胆囊收缩素、生长抑素和强啡肽。得到的波谱与神经束波谱进行主因子分析，寻找出神经运动束和感觉束的波谱区别主因子，从而确定周围神经束的性质。

本发明采用近红外光谱分析技术来鉴别神经束的性质，它根据周围神经运动束和感觉束内所含神经递质不同对近红外光谱有不同的吸收峰，通过专用的光谱分析软件加以区分并进行确定。其原理如下：

近红外(NIR)光谱区位于780～2526nm之间，是有机化合物中C-H、N-H、O-H、S-H等基团的倍频和组频振动所产生的吸收光谱，有机化合物在此区间均有吸收，但吸收光谱不同。现代近红外光谱分析技术是把光谱测量、化学计量、计算机技术融为一体，可实现样品的非破坏访分析，能在几十秒甚至几秒内，就能同时测定一个样品的几种甚至几十种物质或浓度数据，操作简单，准确灵敏，无污染，适用的范围广(固体、液体、胶东样物质均可)，并适合在线分析。本发明将利用近红外光谱分析技术的这一特点，根据周围神经运动束和感觉束内所含神经递质不同(运动神经递质为乙酰胆碱，感觉神经纤维的递质为P物质、血管紧张素、胆囊收缩素、生长抑素、强啡肽)，对近红外光谱有不同的吸收峰，通过专用的光谱分析软件加以区分，得到周围神经束内所含的具体是何种物质，从而进一步确定周围神经束的性质。

与现有技术相比，本发明利用红外光谱分析技术把光谱测量、化学计量、计算机技术融为一体，可实现样品的非破坏访分析，能在几十秒甚至几秒内，就能同时测定一个样品的几种甚至几十种物质或浓度数据。它操作简单、准确灵敏、无污染，可以快速、原位、无创的鉴别神经束的性质，检测出该神经束是运动束还是感觉束，从而实现神经运动束对运动束，感觉束对感觉束的正确缝合，提高周围神经损伤修复后的功能恢复率，并可在临床中推广应用。

四、具体实施方式

一种本发明所述的快速原位鉴别周围神经束性质的方法，

动物实验：取比特狗的脊神经作为实验材料，建立光谱分析仪数据处理用模型：

A)取比特狗的脊神经前根和后根新鲜神经标本各70根，在液氮罐中保存备用。

B)用BRUKER近红外光谱仪MPA对步骤A)中备好的脊神经进行采样，采用漫透射方式采样，检测器：InGaAs detector，采集光谱范围：12800～5800cm^-1(波数)即波长为780～1725nm。取备好的脊神经根长约2mm，使用仪器自带的透射单元(External Transmission)。每个样品连续采样32次，得光谱图。采用漫反射方式采样，检测器：InGaAs detector，采集光谱范围：12800～4000cm^-1(波数)。使用仪器自带的固体光纤，光纤采样枪头光斑可以调节和神经束一样大小。在脊神经横断面上每个样品连续采样64次，得光谱图。

C)对实验所得光谱数据，进行聚类分析(Cluster Analysis)，使同一类脊神经根具有高度同质性，不同类神经根具有高度异质性。

D)用狗的脊神经的前根和后根进行近红外光谱数据采集，确立光谱仪数据处理用的模型参数，对采集的数据进行聚类分析或其他模式识别技术，建立一套近红外模式识别软件系统对运动神经和感觉神经根进行识别。

E)在与上述步骤相同条件下，进行主因子分析，分别用乙酰胆碱，乙酰胆碱酯酶，P物质，血管紧张素，血管紧张素，生长抑素、强啡肽等纯品进行扫描，得到的波谱和狗的脊神经根波谱进行主因子分析，寻找出脊神经前根和后根的波谱区别主因子，观察是否主要由于所含的神经递质和酶的不同而引起，从而确定周围神经根的性质。

人体实验：

A)取50例上肢离断人体标本(自愿捐献者)，分别取出桡神经深支(已知为运动支)和浅支(已知为感觉支)，备用。

B)用BRUKER近红外光谱仪MPA对步骤A)中备好的神经运动束和感觉束中进行采样，采用漫透射方式采样，每个样品连续采样40次，得光谱图。采用漫反射方式采样，每个样品连续采样70次，得光谱图。

C)对实验所得光谱数据，进行聚类分析(Cluster Analysis)，使同一类神经束具有高度同质性，不同类神经束具有高度异质性。

D)用神经运动束和感觉束进行近红外光谱数据采集，确立光谱仪数据处理用的模型参数，对采集的数据进行聚类分析或其他模式识别技术，建立一套近红外模式识别软件系统对神经运动束和感觉束进行识别。

E)在与上述步骤相同条件下，进行主因子分析，分别用神经运动束和感觉束中所含的不同神经递质纯品进行扫描，神经运动束所含的神经递质为乙酰胆碱；神经感觉束所含的神经递质包括P物质、血管紧张素、胆囊收缩素、生长抑素和强啡肽。得到的波谱与神经束波谱进行主因子分析，寻找出神经运动束和感觉束的波谱区别主因子，从而确定周围神经根的性质。

Claims (1)

1、 一种快速原位鉴别周围神经束性质的方法，其特征在于它采用近红外光谱分析技术，根据神经束内所含神经递质的不同来鉴别神经束的性质，包括以下步骤：

A)取比特狗的脊神经前根和后根新鲜神经标本各50～70根，在液氮罐中保存备用；

B)用近红外光谱仪对步骤A)中备好的脊神经采用漫透射方式采样，采集光谱范围波数为：12800～5800cm^-1，即波长为780～1725nm；使用仪器自带的透射单元，每个样品连续采样20～40次，得光谱图；采用漫反射方式采样，  采集光谱范围波数为：12800～4000cm^-1；使用仪器自带的固体光纤，光纤采样枪头光斑可以调节和神经束一样大小，每个样品连续采样50～70次，得光谱图；

C)对实验所得光谱数据，进行聚类分析，使同一类脊神经根具有高度同质性，不同类神经根具有高度异质性；

D)用狗的脊神经的前根和后根进行近红外光谱数据，确立光谱仪数据处理用的模型参数，对采集的数据进行聚类分析或其他模式识别技术，建立一套近红外模式识别软件系统对运动神经和感觉神经根进行识别；

E)在与上述步骤相同条件下，进行主因子分析，分别用乙酰胆碱，乙酰胆碱酯酶，P物质，血管紧张素，血管紧张素，生长抑素、强啡肽等纯品进行扫描，得到的波谱和狗的脊神经根波谱进行主因子分析，寻找出脊神经前根和后根的波谱区别主因子，根据所含的神经递质和酶的不同，从而确定周围神经根的性质。