功能性近紅外光譜在兒童保健中的應用進展*

鄧梁瓊

1柳州市婦幼保健院,廣西柳州市 545001； 2 柳州市兒童發(fā)育障礙疾病重點實驗室

近20年來，功能性近紅外光譜(Functional near-infrared spectroscopy，fNIRS)發(fā)展迅速，這是一種利用近紅外光對大腦皮質(zhì)的激活情況進行檢測的光學檢測手段。有證據(jù)顯示在思考時，人類的腦神經(jīng)元所需的氧是由血液的新陳代謝供給的，思維活躍時，局部神經(jīng)元的耗氧量低于腦區(qū)中活動區(qū)域的血液攜氧量，顯著增加了激活區(qū)的腦血氧量，呈現(xiàn)出該區(qū)域皮質(zhì)含氧血紅蛋白(Hxygenated hemoglobin，HbO)濃度上升，脫氧血紅蛋白(Deoxygenated hemoglobin，HbR)濃度下降的現(xiàn)象。fNIRS實現(xiàn)定位和測量局部腦皮質(zhì)激活的狀態(tài)主要是通過對腦組織中總血紅蛋白、HbR及HbO等三個指標的相對濃度變化量情況的測量來分析，從而開展腦區(qū)間功能連接的研究。fNIRS技術(shù)時空分辨率較高，沒有創(chuàng)傷性、方便攜帶，可重復測量，與其他腦功能成像技術(shù)有較好的兼容性。因此，目前相比于功能性磁共振，fNIRS已被較廣泛地用于針對發(fā)育障礙疾病腦功能的研究，現(xiàn)就fNIRS在兒童保健門診中的應用做一綜述。

1 fNIRS在注意缺陷多動障礙患兒中的應用

注意缺陷多動障礙(Attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)是一種起病于兒童早期，可能存在全生命周期影響的神經(jīng)發(fā)育障礙疾病，有文獻報告我國ADHD兒童的患病率為4.2%～6.5%[1]。ADHD的核心癥狀為注意缺陷、多動沖動，可能存在全生命周期的影響,但目前ADHD的發(fā)病機制不清，有研究認為認知功能缺陷有可能是ADHD核心癥狀產(chǎn)生的主要原因，與大腦的前額葉皮質(zhì)(PFC)腦區(qū)功能有極大的關(guān)系[2]。近10余年，隨著fNIRS的運用，利用fNIRS在ADHD的診斷治療中的研究越來越多。有研究者利用fNIRS技術(shù)檢測ADHD兒童和正常對照組的大腦功能，然后采用敏感通道分析法后發(fā)現(xiàn)ADHD兒童右側(cè)額中回、右側(cè)顳葉、額下回及雙側(cè)背外側(cè)前額葉為敏感腦區(qū)[3]。為研究ADHD的治療效果，有學者采用fNlRS技術(shù)檢測經(jīng)過4個月和6個月的生物反饋治療的患者腦功能情況后發(fā)現(xiàn)患兒腦功能激活情況有改善，同時ADHD核心癥狀顯著減少[4]。fNIRS可以用來評估ADHD的治療效果，聯(lián)合生物反饋技術(shù)有可能是一種可行的診療措施，有助于臨床ADHD診療工作的開展。目前中樞興奮藥物鹽酸哌甲酯(MPH)及非中樞興奮藥物鹽酸托莫西汀(ATX)為ADHD的一線用藥, ATX/MPH藥理機制的不同，作用于大腦的功能也不一樣，為了解ATX/MPH引起的腦血流動力學差異，有學者利用fNIRS技術(shù)就此展開了研究，發(fā)現(xiàn)患兒經(jīng)ATX治療后PFC及下頂葉小葉出現(xiàn)激活增強，而MPH僅激活PFC[5],該研究提示fNIRS可以監(jiān)測ADHD患兒服藥前后的腦功能變化情況，臨床中可以根據(jù)患兒臨床癥狀的差異選擇藥物激活相應的腦區(qū)?，F(xiàn)階段，對于ADHD兒童的治療效果多為癥狀學方面的觀察，而通過fNIRS的使用，可以進一步探討ADHD兒童的不同腦區(qū)激活狀態(tài)，也可以監(jiān)測經(jīng)藥物治療后腦內(nèi)血流動力學情況，可以提供腦功能的證據(jù)，為ADHD的臨床診療工作提供客觀的證據(jù)。

2 fNIRS在孤獨癥譜系障礙患兒中的應用

孤獨癥譜系障礙(Autism spectrum disorder, ASD)的核心癥狀為社交缺陷、狹窄的興趣愛好、重復刻板的行為。ASD患兒在社交過程中多表現(xiàn)不懂識別情緒，不懂“察言觀色”，前額葉(PFC)是情感神經(jīng)通路的一個重要環(huán)節(jié)，ASD患兒情感調(diào)控能力可能低于同齡兒童，這可能與前額葉腦功能發(fā)育有關(guān)，有學者分別給予ASD患兒正負性兩種不同感受的情緒刺激，再利用fNIRS監(jiān)測其前額葉腦血氧水平的變化情況發(fā)現(xiàn)該兒童對負性情感更不敏感，這一研究結(jié)果提示ASD患兒的情緒調(diào)控可能與PFC發(fā)育異常相關(guān)[6]。Keehn等[7]也利用fNIRS技術(shù)對孤獨癥譜系障礙高風險(HRA)嬰兒和孤獨癥譜系障礙相對低風險(LRC)嬰兒的腦功能開展研究，在給予任務的情況下檢測被研究者雙側(cè)大腦半球激活狀態(tài)，監(jiān)測其HbO2水平變化的同步性并且分析這些腦區(qū)功能連接情況，提示ASD患兒可能存在大腦功能異常連接模式。fNIRS技術(shù)也被用于ASD鑒別診斷中的研究，有研究者用fNIRS監(jiān)測ADHD兒童做Stroop/反向Stroop任務時右側(cè)前額葉腦區(qū)激活情況后發(fā)現(xiàn) ADHD患兒在執(zhí)行任務時該腦區(qū)激活程度減弱，而執(zhí)行相同的任務ASD患兒的腦功能監(jiān)測并未發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，提示fNIRS可以用于該兩種疾病的鑒別[8]。也有學者利用fNIRS技術(shù)采用面部識別法對ADHD患兒及ASD患兒進行鑒別，發(fā)現(xiàn)準確率可達84%以上[9]。孤獨癥譜系障礙目前被認為是一種可能會影響終身的慢性神經(jīng)發(fā)育障礙疾病，早發(fā)現(xiàn)、早干預可以極大程度地改善該病的預后，減輕社會及家庭的負擔，fNIRS技術(shù)通過監(jiān)測ASD患兒情緒識別、腦功能連接、不同腦區(qū)激活程度等方面腦血流動力學的改變，可以為ASD疾病的早期發(fā)現(xiàn)和早診療提供有力的證據(jù)，且fNIRS操作簡便、測試過程無噪音，ASD患兒更容易接受。

3 fNIRS在全面發(fā)育遲緩兒童中的應用

全面發(fā)育遲緩(Global developmental delay,GDD)一般指5歲以下兒童出現(xiàn)2個或>2個不同能區(qū)如運動能力發(fā)育能區(qū)、社會適應能區(qū)及行為發(fā)育能區(qū)等能力落后于同齡兒水平[10]，是一種早發(fā)型慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病?，F(xiàn)階段有研究表明，學齡前兒童的大腦前額葉皮層發(fā)育與其高級認知功能如工作記憶、面孔識別能力等息息相關(guān)[11-12]，而fNIRS技術(shù)在空間定位研究大腦功能激活狀態(tài)有極大的優(yōu)勢，全琰等學者[13]采用fNIRS技術(shù)對13名發(fā)育遲緩兒童和19名正常兒童的前額葉腦功能檢測研究后發(fā)現(xiàn)發(fā)育遲緩兒童存在前額葉雙側(cè)腦功能受損。認知是大腦對感知覺、思維等信息加工處理的過程，是人腦高級功能，任何影響大腦功能連接方面的問題都有可能引起認知的缺陷。馬玲學者[14]以fMRI對發(fā)育遲緩嬰幼兒的腦功能進行研究后提示，發(fā)育遲緩嬰幼兒存在前額葉皮層激活程度較弱及腦功能連接的異常。相對于fMRI,fNIRS易操作、不需要鎮(zhèn)靜狀態(tài)，對于身心發(fā)育不成熟、合作性不佳的嬰幼兒來說有獨特的優(yōu)勢。發(fā)育遲緩的嬰幼兒由于大腦發(fā)育不成熟，經(jīng)過早發(fā)現(xiàn)、早干預，部分兒童的預后會得到極大的改善，未進行積極有效的干預可能會導致部分兒童發(fā)展為智力障礙，從而影響其社會功能。fNIRS技術(shù)通過檢測腦功能的激活狀態(tài)、分析腦功能的連接可幫助早期發(fā)現(xiàn)發(fā)育遲緩嬰幼兒，并為其早期篩查、診斷提供生物學指標。

4 fNIRS在語言障礙兒童中的應用

在兒童保健門診中，語言障礙是常見的發(fā)育障礙性疾病之一，主要是指兒童的語言能力落后于同齡兒童，導致兒童在語言的使用過程產(chǎn)生功能損害，影響其社會交往、學習等能力的發(fā)展，同時需排除由智力障礙、聽力異常等發(fā)育障礙因素造成的語言障礙,其發(fā)病率為7%～11%[15]。語言障礙對兒童的學業(yè)成就、社會交往及社會適應能力有著重要的影響?，F(xiàn)階段盡管研究頗多，但是其病理機制并未明確，有學者研究發(fā)現(xiàn)兒童右側(cè)前額葉主導著語言認知加工的過程[16]。目前fNIRS技術(shù)空間定位主要是位于額葉及其周圍的腦區(qū)，Molavi等[17]采用fNIRS技術(shù)研究在靜息態(tài)下新生兒語言系統(tǒng)的腦功能的連接狀態(tài)，提示fNIRS技術(shù)可用于人類語言系統(tǒng)識別的研究。而Piazza等學者[18]利用fNIRS技術(shù)開展有關(guān)語言口語交流方面的研究，探討不同交流狀態(tài)下腦功能激活的機制。Fekete等[19]通過fNIRS采集兩種不同刺激模式下的兒童腦功能網(wǎng)絡，同時填寫問卷來了解兒童執(zhí)行功能，研究提示兒童的腦功能網(wǎng)絡和執(zhí)行功能有相關(guān)性。在林媛媛等[20]的研究中提示語言障礙兒童存在執(zhí)行功能的缺陷，但并未就語言障礙和執(zhí)行功能的因果關(guān)系展開研究。研究表明，執(zhí)行功能缺陷有可能和語言障礙存在因果關(guān)系，但需要更多的研究驗證。盡管目前較多學者將fNIRS技術(shù)用于語言障礙的研究，但是普遍樣本量較少，對于語言障礙的可能腦功能激活狀態(tài)、病理機制并未闡明透徹，有賴于進一步的研究。

5 結(jié)語及展望

對于發(fā)育障礙疾病而言，深入了解大腦在不同狀態(tài)的激活模式、程度，能夠為臨床的“精準治療”提供客觀的依據(jù)。現(xiàn)階段，對于腦功能機制并未闡明透徹，fNIRS通過對腦組織中總血紅蛋白、HbR及HbO等三個指標的相對濃度變化量情況測量分析可以開展腦功能的研究，其無創(chuàng)、便攜、操作方便、沒有噪音及可重復檢測等特點，非常適合在醫(yī)院門診中開展，尤其適合應用在兒童保健門診中的患發(fā)育障礙疾病類似注意缺陷多動障礙、孤獨癥譜系障礙、全面發(fā)育遲緩及語言障礙等合作性欠佳的兒童的腦功能研究?，F(xiàn)階段在兒童發(fā)育障礙疾病部分領域已經(jīng)有較深入的研究并取得了一定的成果。但是目前fNIRS技術(shù)應用仍面臨較多的挑戰(zhàn)和困難：(1)目前fNIRS技術(shù)的研究多為橫斷面的小樣本的研究；(2)在fNIRS的檢測過程中，監(jiān)測指標容易受被試哭鬧、移動等影響出現(xiàn)波動，穩(wěn)定性不足；(3)fNIRS技術(shù)目前更多的是用于學術(shù)研究，因其缺乏行業(yè)的統(tǒng)一標準限制了該技術(shù)在臨床診療中的使用。今后可針對以上的挑戰(zhàn)和困難開展進一步的研究，期待fNIRS更廣泛的應用于臨床中，為臨床診療工作提供有力的生物學指標支持。