编者按: 智显未来，洞见新知。中科院之声与中国科学院自动化研究所联合开设“智言智语”科普专栏，为你介绍人工智能相关知识与故事，从最新成果到背后趣闻，带你徜徉AI空间，看人工智能如何唤醒万物，让世界变得更美好 。
12秒与21秒，意味着什么？
短短几秒，在我们的生活中似乎都是一瞬间的过程，但是你知道吗？我国每12秒就有一人发生脑卒中，每21秒就有一人死于脑卒中。如果说脑卒中这个名称还有些许陌生，那么它更常见的别名——“中风”“脑梗”，你一定经常听说！这是一种由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤的一种急性脑血管疾病。目前，脑卒中已经成为我国国民第一位的致死病因。即使在医院就诊和各类手术相关的围术期、重症监护期，脑卒中发病率依旧高达5%至15%不等。研发用于临床中对脑卒中发病及时监测的新型诊疗工具迫在眉睫。
脑卒中的连锁反应表现为：
也就是说，在脑卒中发病时，患者颅内的血管首先出现梗塞，进而导致缺血，而血液是氧的载体，患者颅内血管下游的脑组织紧接着就会开始缺氧。由于神经元对缺氧非常不耐受，5分钟之后就会出现神经元的凋亡和脑组织的功能障碍，最终危及生命。
因此，脑部血氧监测对于及时防止脑卒中的发生非常重要。对脑供氧状况进行监测和报警，就可以尽早介入治疗，有效减少病患脑组织的损伤，优化围术期与重症期管理、显著改善术后认知能力。
但是，目前国内临床上检测脑血氧饱和度的方式大多是在颈动脉和颈静脉埋置导管，不定期采集颅内血样，然后将血样放置于血气分析仪内进行检测。这种侵入式的检测方式一方面有较大的出血风险，由于是颈部大血管插管，尤其是对于中老年人，如果止血不到位可能造成体内出血；另一方面，通过有创采血进行检测，只能在某些时间点进行数据采集，不能作为监护手段进行脑氧实时监测。脑卒中诊疗亟需更加便利的脑血氧检测方式。
为了解决这一难题，中科院自动化所脑网络组中心的研究团队研发出无创脑血氧监护仪与无线脑血氧头带。团队通过以往二十余年对人头部组织结构与脑网络组图谱的深入研究，通过人工智能和大数据核心算法，实现对患者脑部微弱血氧信号的无创化采集。团队针对脑部监测的无创方法，尤其是近红外光谱技术进行了大量的蒙特卡洛仿真实验。验证了在100万个光子入射到颅内后的走形轨迹及其概率分布，最终确定了选用的光波段与能量。同时也结合了研究中心相关的影像学研究成果，对头部的头皮、颅骨、脑脊液、灰质、白质的组织特性进行了相关的标定，在此基础上又标定了各个组织相应的吸收特性和散射特性。从而就可以准确的知道入射到颅内的光被哪些组织吸收了，脑组织内含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收的比例也一并可以获得，最后就可以得到含氧的百分比。这样就可以根据利用红外光谱技术实现对脑部血氧饱和度的无创监测。
无创脑血氧监测可以在哪些地方大展身手呢？
无创脑血氧监护仪
无创脑血氧监护仪主要应用于麻醉科与重症监护室，可以同时实现左右侧脑血氧，躯干或四肢组织血氧还有脉搏血氧的实时监测。比如在疫情期间，重症监护室就可以使用这一设备配合ECMO进行应用，同时监测病人脑部血氧、外周组织血氧，就可以及时发现患者是否存在不同部位组织的缺血缺氧。此外，监护仪还可以用于高原官兵进藏时的脑血氧监测，检查他们是否出现严重的颅内缺血缺氧。而在航空领域，它同样能够服务于飞行员状态监测，可以反映在离心机加速的时候，飞行员有没有出现急性颅内血氧下降，方便飞行员调整训练方案。
生活中也很有可能发生缺血、血氧，平时应该如何监测呢？一定要去医院吗？
团队已经研制了另一款设备——无线脑血氧头带！头带可以直接佩戴在头部，通过蓝牙方式无线发送到智能终端，方便大家在家实时监测。它主要由光源、探头和处理器等几部分组成，最关键的部件是位于前部的精密的封装模块。使用者佩戴头带，将模块贴合在额头部位即可实时检测脑血氧饱和度和心率信号，并且可以通过手机或任何蓝牙终端实时查看和浏览数据采集过程。由于结合自动化所脑网络组研究中心首次提出的人类脑功能图谱的分区信息，综合考虑了中国人头颅相关组织的特点，例如颅骨厚度、含氧血红蛋白的吸收因子等参数信息，脑氧计算模型设计更加精准，使得这款头带更加适用于头部脑组织生理情况的检测，最终确保得到的脑血氧数据更加准确。
无线脑血氧头带
目前，无创脑血氧监测仪已经在中国食品药品检定研究院完成注册检验，并在首都医科大学宣武医院和首都医科大学附属天坛医院开展国际标准的临床试验。未来，无创脑血氧监测设备将为患者提供更多便利与可靠的支持，科技发展也正在为人们的健康生活和医疗服务带来更多可能。
来源：中国科学院自动化研究所
