脑功能性近红外光谱技术在新生儿领域中的研究进展

功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)是一种新兴的神经影像学检查工具,根据神经血管耦合机制,通过监测脑氧代谢的变化反映脑部神经元的活动功能,无创便捷,尤其适合新生儿脑功能监测。该文对新生儿语言、音乐和情绪的脑网络发育规律,新生儿护理的脑网络成像,静息态脑网络连接规律,以及疾病状态下脑功能成像特点等方面的fNIRS相关研究进行综述。

基于功能性近红外光谱技术的脑卒中患者下肢功能康复研究进展

脑卒中是导致患者残疾和死亡的主要原因[1]。患者因残疾无法独立生活,给家庭和社会带来巨大负担[2-3]。脑功能检测技术可监测大脑活动期间的变化,为评估脑卒中康复治疗的效果提供帮助[1]。相关的脑功能检测技术有脑电图(electroencephalogram,EEG)、功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、正电子发射型计算机断层显像(positron emission computed tomography,PET)、功能性近红外光谱(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)等[4-5]。

运动损伤与功能性近红外光谱技术综述

随着全民运动的兴起,运动损伤的发生率逐年增加,同时,随着人们经济生活的提高,对运动损伤后的康复更为重视。目前的运动损伤康复治疗以肢体功能康复为主,但运动损伤后脑功能变化也开始受到研究者的关注。功能性近红外光谱技术(fNIRS)以其抗干扰性、便携性等特点,可较好地应用于运动损伤患者的脑功能检测中。本文对运动损伤康复及fNIRS的研究成果进行了归纳总结,探讨了运动损伤康复的现状和研究进展,分析fNIRS及其在研究运动损伤后损伤肢体神经控制机制的应用价值,为进一步提升运动损伤的康复效果提出新思路。

功能性近红外光谱成像技术评估脑卒中患者上肢运动功能康复:任务态范式

功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)是新兴的脑功能影像技术,通过检测大脑皮质血氧活动水平变化间接反映神经活动强度,适用于脑卒中康复评定与康复干预治疗领域的临床实践,但相关临床应用尚无标准化试验范式与技术指标。本文从方法学角度梳理fNIRS用于评估脑卒中患者上肢运动功能康复的常用任务态范式与指标。

功能近红外光谱成像技术评估运动想象疗法对脑卒中患者脑功能的影响

目的:利用功能近红外光谱成像技术(fNIRs)探讨运动想象疗法对上肢功能障碍的脑卒中患者脑功能的影响。方法:将卒中后上肢功能障碍患者20例随机分为治疗组和对照组,每组各10例。对照组患者予以常规药物、常规运动康复训练;治疗组在对照组基础上予以运动想象训练。于治疗前、治疗4周、8周后,采用功能独立性评定量表(FIM)和Fugl-Meyer上肢功能评定量表(FMA-U)评估疗效,同时采用f NIRs采集系统检测大脑组织氧合血红蛋白(Oxy-Hb)相对变化,以探讨特定脑区激活模式和响应特征。结果:治疗前,2组患者FIM、FMA-U评分差异无统计学意义(P>0.05)。治疗4周、8周后,2组患者FIM、FMA-U评分均较同组治疗前提高(P<0.05),且治疗组评分均高于同时间点的对照组评分(P<0.05)。f NIRs三维脑成像图显示,康复训练刺激脑组织的兴奋部位主要是皮质运动区的中上段(Brodmann 4区),随着治疗时间的增加,2组患者皮质兴奋区域面积增加,且治疗组增加的程度更大;与治疗前比较,2组治疗4周、8周后脑组织Oxy-Hb浓度均显著提高(P<0.05),且治疗组Oxy-Hb浓度高于对照组(P<0.05)。相关性分析结果显示,FIM得分与Oxy-Hb浓度相对值呈正相关(r=0.657,P<0.05),FMA-U与Oxy-Hb浓度相对值呈正相关(r=0.807,P<0.05)。结论:卒中后上肢功能活动障碍患者大脑运动前区、运动区皮质存在明显抑制现象。单纯运动康复训练、运动想象疗法联合运动康复训练均能激活相关脑区功能活动,且后者激活效果及功能改善更显著。

近红外脑功能成像技术在缺血性脑卒中神经功能评估中的应用研究进展

近红外脑功能成像(NIRS)是一项新兴的光学成像技术,可通过监测脑组织氧合状态评估脑血流灌注及脑代谢情况,具备无创、易于床旁、动态监测、价格低廉等特点,在临床评估缺血性脑卒中患者脑功能状态方面具有较高的应用价值。NIRS在缺血性脑卒中脑区功能交互关系、功能障碍、多模态脑功能监测、人工智能治疗缺血性脑卒中神经功能评估中的应用具有广阔前景,有望在脑卒中的精准评估中发挥重要作用。

平板步行训练中帕金森病患者脑网络的功能性近红外光谱技术研究

目的:应用功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)研究帕金森病(Parkinson’s disease,PD)患者在静息态及平板步行训练中脑功能网络的改变。方法:本研究纳入PD患者10例作为试验组(PD组),同时招募健康对照(Healthy controls,HC)10例(HC组)。分别采集两组受试者在静息态和平板步行训练时的f NIRS数据,通过计算脑功能网络拓扑属性以评估PD组和HC组的两种全局指标:小世界参数,包括集群系数(clustering coefficient,Cp)、最短路径长度(shortest path length,Lp)和小世界属性(small world properties,σ);网络效率参数,包括全局效率(global efficiency,Eg)和局部效率(local efficiency,Eloc)。结果:(1)PD组和HC组的σ值均大于1,符合小世界网络的特征且两者之间无显著性差异(P>0.05)。(2)静息态下,PD组的Cp,Lp和Eloc显著低于HC组(P=0.0124,0.0475,0.0381),但PD组的Eg显著增强(P=0.0330)。(3)平板步行训练中,PD组的Lp较HC组降低(P=0.0193),Eg较HC组增强(P=0.0483),两组间的Cp和Eloc无显著性差异(P>0.05)。结论:PD患者存在皮层连接的过度增强,脑网络功能分离与整合之间的平衡被扰乱。平板步行训练可能通过调节局部脑网络之间的连通性,改善其脑功能,从而促进PD患者的康复。

基于功能性近红外光谱技术探索脑卒中恢复期患者障碍躲避的皮层调控机制的研究进展

脑卒中是一种极为常见的高死亡率、高致残率疾病[1—2],对人类的生命健康造成了极大的威胁。随着康复医学的介入,越来越多脑卒中后患者重获了基础步行能力。由此,障碍躲避成为一项更具挑战性的关卡,它关系到脑卒中患者病后生活质量的高低。然而目前在临床上,关于障碍躲避能力皮层调控机制的研究很少。

功能性近红外光谱技术在脑卒中患者运动功能康复中的应用进展

脑卒中是我国成人致死、致残的首要病因[1],约70%—80%的卒中患者因残疾而不能独立生活[2],给家庭和社会带来沉重的经济负担。循证医学指出,脑卒中康复是降低致残率最有效的途径[3],而对脑卒中患者进行精准评定、制定个性化的康复治疗方案是脑卒中康复发展的必然趋势[4]。

采用上肢运动游戏治疗卒中后轻度认知障碍并结合功能性近红外光谱技术进行疗效评估的研究

目的:探讨运动游戏对轻度认知障碍脑卒中患者的治疗效果以及功能性近红外光谱技术在上肢运动游戏训练治疗卒中后轻度认知障碍疗效评估中的应用。方法:将46例轻度认知障碍脑卒中患者按随机数字表法分为观察组和对照组各23例。对照组采用上肢功能性运动训练,30min/次,1次/d, 5d/周,治疗共4周。观察组采用上肢运动游戏训练,30min/次,1次/d, 5d/周,治疗共4周。治疗前后采用蒙特利尔认知评估量表(MoCA)、功能性近红外光谱技术(fNIRS)、Fugl-Meyer运动功能评估量表上肢部分(FMA-UL)和改良Barthel指数(MBI)评估患者的治疗效果。结果:治疗后,对照组和观察组fNIRS、MoCA、FMA-UL和MBI等项目评分较治疗前均有所提高(均P<0.05)。与对照组相比,观察组fNIRS重心值、MoCA、FMA-UL评分高于对照组(均P<0.05),MBI评分无显著性差异。轻度认知障碍脑卒中患者MoCA分数提高与fNIRS重心值降低呈正相关(P<0.01)。结论:上肢运动游戏训练可更好的改善卒中后轻度认知障碍和运动功能障碍,功能性近红外光谱技术可应用于卒中后认知功能障碍康复疗效评价。

基于功能性近红外光谱技术的脑机接口

为了探究功能性近红外光谱技术(fNIRS)对相同动作的运动想象和运动执行区分可行性以及前额皮层对运动想象和运动执行分类准确率的影响,研究测量了15位受试者手臂伸展和手指敲击的运动想象过程和运动执行过程的前额皮层和运动功能皮层的血氧变化信号.提取均值,斜率,二次项系数和近似熵特征建立基于支持向量机的四分类模型.对应于手臂伸展和手指敲击的四分类模型,分别实现了87.65%和87.58%的分类准确率.相对于单独运动功能皮层区域建立的运动功能皮层-fNIRS-脑机接口,引入前额皮层血氧变化信息能显著提高脑机接口分类性能,且对手指敲击动作的提高效果大于手臂伸展动作.因此,前额皮层区域的血氧响应生理特征能提高fNIRS-脑机接口的分辨性能,同时验证了fNIRS-脑机接口应用于多种肢体动作脑功能活动提取的可行性.

近红外脑功能成像在中枢神经系统疾病中的运用及研究进展

目前,应用功能性近红外光谱(fNIRS)对大脑功能进行检测的技术已经得到了广泛的研究与应用。通过fNIRS进行检测,具有快捷、方便、安全、效益高、无创、长期实时监测等特点。本文对fNIRS原理及技术进行简单介绍,重点阐述了fNIRS在各种中枢神经系统疾病中的应用及研究进展,并进一步探讨fNIRS在认知功能障碍中的相关应用及其在中枢神经系统疾病运用中的优缺点,最后对fNIRS技术进行了展望。

学龄前孤独症儿童额颞叶静息态功能连接特征近红外光谱成像研究

目的基于功能性近红外光谱成像技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)探索学龄前孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)儿童额颞叶的静息态脑功能连接(resting-state functional connectivity,rsFC)特征,寻找早期识别ASD可能的神经生物学标志。方法纳入63例学龄前ASD儿童和72名典型发育(typical development,TD)健康儿童,选取双侧背外侧前额叶皮质(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)、双侧运动前皮质(premotor cortex,PMC)和双侧颞叶皮质(temporal lobe,TL)作为感兴趣区域(region of interest,ROI),使用fNIRS采集两组儿童静息态下氧合血红蛋白变化情况,比较功能连接强度并进行偏侧化分析。结果ASD组相较于TD组,rsFC强度降低有统计学意义(P<0.05),差异主要存在于左侧ROIs(0.21±0.11 vs.0.32±0.18)、右侧ROIs(0.16±0.16vs.0.30±0.14)、双侧DLPFC内(左0.20±0.14 vs.0.39±0.17;右0.15±0.13 vs.0.36±0.13)、双侧TL内(左0.15±0.14 vs.0.28±0.17;右0.14±0.15 vs.0.31±0.17),以及10组ROI-ROI之间(包括右DLPFC-左DLPFC、右DLPFC-右PMC、右DLPFC-左PMC、右DLPFC-右TL、右DLPFC-左TL、左DLPFC-右PMC、左DLPFC-左PMC、左DLPFC-右TL、左DLPFC-左TL、右TL-左TL)。ASD组与TD组DLPFC(t=2.002,P=0.047)和全脑(t=3.003,P=0.003)的偏侧化指数存在统计学差异,ASD组呈偏左侧化连接。结论学龄前ASD儿童额颞叶rsFC异常,主要表现为双侧DLPFC和双侧TL的短程功能连接降低、与DLPFC相关的长程功能连接降低以及偏左侧化连接等特征。

应用功能性近红外光谱成像技术探讨前额叶皮质在帕金森病冻结步态中的作用

目的应用功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)探讨帕金森病(PD)伴冻结步态(FOG)患者在进行言语流畅性测验(VFT)时,前额叶大脑皮质的激活水平和激活模式。方法本研究纳入24例PD患者,根据FOG评定量表(FOGQ)将PD患者分为伴FOG组(PD-FOG+)及不伴FOG组(PD-FOG-)。所有患者进行认知功能相关的量表评估,如MMSE、额叶功能评价量表(FAB)等。采用VFT作为刺激任务评估受试者认知功能,记录受试者词组或成语个数,并于受试者执行VFT任务期间使用52通道fNIRS系统进行信号采集。比较两组前额叶大脑皮质的激活情况及与FOG严重程度的相关性。结果执行VFT任务时,PD-FOG+组的FOGQ评分明显高于PD-FOG-组(P<0.05),但FAB评分、词组或成语个数均明显低于PD-FOG-组(均P<0.05)。PD-FOG+组FOGQ评分与VFT词组或成语个数呈负相关(r=-0.046,P<0.05)。PD-FOG+组在VFT任务期32个额叶通道中共有18个通道被激活(CH6、CH7、CH24、CH25、CH27~29、CH35~39、CH45~50),PD-FOG-组除了CH5、CH15外绝大部分前额叶脑区均有非常显著的激活,PD-FOG+组前额叶的激活区域较PD-FOG-组少且平均氧合血红蛋白浓度变化曲线较低平。PD-FOG+组左腹外侧前额叶皮质平均氧和血红蛋白浓度明显低于PD-FOG-组(P<0.05),且PD-FOG+组平均氧和血红蛋白浓度变化值与FOGQ评分在5个通道呈负相关(CH27:r=-0.695,CH36:r=-0.709,CH38:r=-0.618,CH46:r=-0.782,CH47:r=-0.646;均P<0.05)。结论PD-FOG+组患者左腹外侧前额叶皮质存在功能损害,提示腹外侧前额叶皮质的特异性模型脑网络损伤与FOG的发生密切相关。

功能性近红外光谱技术在脑梗死后患者躯体感觉评估中的应用

目的:探讨功能性近红外光谱技术在脑梗死后患者躯体感觉评估中的应用。方法:将46例脑梗死患者随机分为2组各23例。观察组接受15min常规作业治疗,外加15min手部感觉运动训练,共30min/d;对照组接受常规作业治疗30min/d,每组治疗均为5d/周,共4周。治疗前后采用感知康复评估量表、功能性近红外光谱技术、Fugl-Meyer运动功能评估量表、改良巴氏指数评估脑梗死患者的恢复情况。结果:治疗4周后,2组感觉及fNIRS评分、运动功能及ADL等各项评分均有提高(均P<0.05),观察组感觉功能及NIRS重心值提高较对照组显著(P<0.05),2组运动功能及ADL评分无显著性差异。结论:功能性近红外光谱技术在脑梗死后患者躯体感觉辅助评估中,具有一定的应用价值。

功能性近红外光谱技术在社会互动脑机制研究中的应用

功能性近红外光谱技术是一种以大脑组织中的血容和血氧为信息载体,通过测量大脑皮层中血容和血氧的分布和变化情况来了解局部脑活动的技术手段。近年来该技术在双脑研究非言语互动、言语互动、混合互动等社会互动脑机制领域做出了重要贡献。为了更清晰地揭示自然情境中社会互动的神经机制,未来尚需进一步改进近红外光谱技术本身,开发有效的数据分析方法,细化互动任务类型,丰富完善实验范式,促进多种脑成像技术的融合。

功能性近红外光谱成像技术在耳鸣中的应用研究进展

耳鸣作为耳科临床常见的难题之一,其产生机制及治疗方法都是研究的热点。主观性耳鸣产生的机制目前以耳鸣中枢化这一学说被广泛认可,而皮层可塑性是其研究的基础。因而,对于主观耳鸣患者大脑皮层功能的研究是疾病诊治的基础。功能性近红外光谱成像技术作为一种无创、低噪声的脑功能研究技术,越来越多的被应用于听力学相关领域。通过查阅相关文献,对近年来功能性近红外光谱成像技术在耳鸣领域中的相关研究概况及应用的相关文献进行整理与分析,以期为今后的研究提供参考。

基于功能性近红外光谱成像技术定制状态音乐干预前额叶功能的低耗散优化机制

目的:使用功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)观测定制状态音乐对健康人体前额叶(PFC)功能的影响,并从入睡情况和主观感受观测对心理的影响,以此探究定制状态音乐的脑作用机制及对心身状态的干预效果。方法:定制状态音乐曲目,收集20位健康受试者分别在静息状态和聆听音乐状态下20 min内的PFC氧合血红蛋白(Oxy-Hemoglobin, HbO)浓度、入睡情况和主观感受。结果:(1)聆听状态音乐时PFC每分钟HbO浓度有差异(P<0.05),第2分钟达到峰值,第4分钟出现谷值;与静息状态相比,第3分钟聆听音乐时HbO浓度高于静息状态,差异有统计学意义(P<0.05);第4分钟音乐状态HbO浓度低于静息状态,差异有统计学意义(P<0.01);(2)聆听状态音乐较静息可以更好的诱导受试者进入睡眠状态(P<0.05);(3)状态音乐带给受试者更好的主观感受(P<0.01)。结论:定制状态音乐产生一定程度的PFC抑制,可诱导人体进入深度放松状态,根据全维医学和仿生健康低耗散优化理论,有助于促进内在自组织康复,为“低耗散优化”脑机制提供了一定的依据,值得在临床中进一步使用和研究。

针康法促进脑卒中后下肢运动功能重建的功能性近红外光谱研究

目的采用功能性近红外光谱成像技术(fNIRS)研究针康法促进脑卒中患者下肢运动功能重建的脑皮质激活模式的变化。方法2020年12月至2021年7月,黑龙江中医药大学附属第二医院24例脑卒中下肢运动功能障碍患者随机分为康复组(n=12)和针康组(n=12),分别进行4周的常规康复训练和针康法干预。对照组纳入10例年龄等基线信息与脑卒中患者无显著性差异的健康受试者。干预前、后分别用Fugl-Meyer评定量表下肢部分(FMA-LE)评估患者的下肢运动功能,并对受试者进行fNIRS检查。基于氧合血红蛋白(HbO2)计算脑皮质辅助运动区(SMA)、运动前皮质(PMC)及初级感觉运动皮质(SMC)的功能强度变化及偏侧化指数(LI)。结果干预前,康复组和针康组FMA-LE评分无显著性差异(P>0.05);干预4周后,两组FMA-LE评分均显著提高(t>3.770,P<0.001),针康组高于康复组(t=2.252,P<0.05)。干预前,对照组平均功能连接强度高于康复组和针康组(P<0.05),后两组皮质运动相关区域功能连接强度无显著性差异(t=0.458,P>0.05);干预后,康复组和针康组平均功能连接强度均提高(t>2.178,P<0.05),其中针康组患侧PMC功能连接强度增强(P<0.05),针康组SMC区LI提高(P<0.05);针康组FMA-LE评分变化量与患侧PMC功能连接强度的变化量呈正相关(r=0.579,P<0.05)。结论针康法可明显改善脑卒中患者下肢运动功能与SMC的非对称性激活。下肢运动功能恢复可能与患侧PMC的激活增强有关。

脑卒中后完全性失语症患者功能连接模式的功能性近红外光谱成像研究

目的:采用功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)观察脑卒中后完全性失语症患者功能连接模式的特征。方法:选取脑卒中后完全性失语症患者10例,脑卒中后非失语症患者10例为非失语症对照组,健康中老年人21例为健康对照组。采用f NIRS采集8min的静息态数据,并选择与语言相关的关键脑区,包括背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)、Broca区、颞上回(superior temporal gyrus,STG)、颞中回(middle temporal gyrus,MTG)、Wernicke区、角回、辅助运动区(supplementary motor area,SMA)作为感兴趣区,分别与全脑做相关分析,获得各组的脑功能连接图。结果:与健康对照组比较,完全性失语症组全脑语言网络功能连通性和连接比下降,其中连接比下降有显著性意义(P<0.05),同时在左侧DLPFC-右侧SMA、左侧DLPFC-右侧Wernicke、左侧MTG-右侧MTG、左侧SMA-右侧Wernicke、左侧DLPFC-左侧SMA、右侧DLPFC-左侧SMA、左侧SMA-右侧SMA间的功能连接差异有显著性意义(P<0.05)。相较于非失语症组,完全性失语症组表现出左侧MTG-左侧角回间功能连接下降且差异有显著性意义(P<0.05)。结论:脑卒中后完全性失语症患者全脑语言网络的功能连通性与连接比以及关键语言区之间的功能连接模式存在异常,相关脑区之间的功能连接减弱可能是引起脑卒中后语言功能减弱的原因之一。其中左侧MTG-左侧角回间的功能连接可能为关键功能连接,左侧MTG和角回有望成为针对脑卒中后完全性失语症患者的新的神经调控靶点。