立体定向神经外科手术的实施过程中,治疗靶点的确定是手术成功与否的关键性因素。目前的立体定向神经导航系统普遍存在的问题是:无法克服手术中脑脊液流失,脑肿胀等引起的脑组织移位;术中无法实时识别治疗靶点。近红外光谱(Near infrared spectroscopy, NIRs)技术做为一种辅助导航方法,为解决这一问题提供了一种新思路。本文首先通过蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真,研究利用光学方法进行组织识别和定向导航的可行性;然后以模拟胶为研究对象,将近红外光谱技术采集到的光学信号和高分辨率的磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术采集到的灰度信息相结合,确定二者间的关联性,为近红外技术应用于脑立体定向辅助导航提供依据。本文从以下三个方面开展了创新性研究:1.蒙特卡罗(Monte Carlo)用于理论模拟研究。文中用双层仿真模型模拟脑灰质与脑白质,研究光在脑组织中的传播。仿真结果表明:光学参数优化散射系数(Reducing scattering coefficient,μs’)可以很好的区分不同组织,是进行组织识别的重要参数;定义了“前视距离(Look Ahead Distance,LAD)伪影”的概念,确定层间伪影是影响近红外探针定位的重要因素,得出伪影大小与两层组织间优化散射系数的差值正相关的结论。2.层间“伪影”消除法的提出。通过仿真实验,确定前视距离伪影特点,提出LAD伪影的消除方法――层间“伪影”消除法,用指数函数处理LAD伪影,达到消除伪影不良影响的目的,同时分析了三层模型中间层厚度对测量曲线的影响及“伪影”消除后的效果,在“层分辨率”概念的基础上,提出了依靠“驻点”来判断层分界点的方法,实现探头的准确定位。3. NIRs与MRI相结合的Phantom研究。采用一套专门设计的由微创光纤探头组成的光纤光谱仪生物组织光学参数测试系统,以模拟不同生物组织光学特性的双层Pantom为实验对象,利用100μm探头获取不同组织模型的优化散射系数,将双层模型的磁共振灰度信息与微创探头测试轨迹上的优化散射系数对比,发现而两者在组织结构识别方面存在高度相关性,且LAD伪影仍是影响探头精准定位的因素;用LDA-LAD消除伪影后,NIRs与MRI相关性有所提高,为近红外探针的精准定位提供了依据。