崔威，李春光，徐嘉誠，何劉進，孫立寧

蘇州大學江蘇省機器人技術與系統(tǒng)重點實驗室，江蘇蘇州市 215000

我國腦卒中發(fā)病率、致死率、致殘率以及復發(fā)率高，患者年輕化趨勢明顯[1]。腦卒中患者多遺留不同程度運動功能障礙，早期康復能明顯改善腦卒中患者的運動功能和日常生活活動能力，提高生活質量[2]。

功能性近紅外光譜技術(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)是一種非侵入式腦成像技術，可以檢測大腦皮質血流動力學變化，具有較好的時間分辨率[3]，成本低，不受環(huán)境影響，廣泛應用于精神分裂癥、癲癇、帕金森病等的研究中，在人體肌肉[4]、腦血流的生理研究[5]，認知科學，康復和腦機接口[6]等領域也得到廣泛應用。本文綜述fNIRS 在腦卒中患者運動功能評價中的應用，以及fNIRS 在腦卒中和其他神經疾病診斷中的應用。

1 腦卒中

1.1 運動功能與腦區(qū)激活

Miyai等[7]應用fNIRS測量初發(fā)腦卒中患者康復期間跑步機上行走時皮質激活情況，發(fā)現(xiàn)腦卒中后運動功能恢復與感覺運動區(qū)(sensory motor cortex,SMC)激活的不對稱性改善和患側前運動皮質(premotor cortex,PMC)激活增強有較大關聯(lián)。Lo 等[8]使用fNIRS 研究腦卒中患者和健康人在不同強度刺激下皮質激活情況，發(fā)現(xiàn)健康人在高強度刺激下皮質區(qū)整體上沒有激活，而腦卒中患者在不同強度刺激下，PMC、SMC、輔助運動區(qū)(supplementary motor area,SMA)和第二感覺皮質(S2)激活，低強度刺激下的S2區(qū)激活強度高于無刺激和高強度刺激。

虛擬現(xiàn)實技術等康復訓練能促進腦卒中患者上肢功能改善[9]。Kober 等[10]基于fNIRS 進行右手握球運動的圖像反饋研究，實驗組觀看自已的皮質活動獲得真實反饋，對照組觀看他人的視頻獲得虛假反饋，發(fā)現(xiàn)真實反饋誘發(fā)左側運動區(qū)高度激活，虛假反饋導致整個皮質分散激活。

Lin 等[11]應用fNIRS 測量腦卒中患者在主動和輔助騎行過程中的速度反饋皮質激活，發(fā)現(xiàn)速度反饋增強PMC 激活，大腦血液循環(huán)改善。Mihara 等[12]使用fNIRS 研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者在平臺快速向前、向后移動干擾時，頂葉皮質、SMA 和前額葉皮質(prefrontal cortex,PFC)激活，這些區(qū)域對患者的平衡控制必不可少。Fujimoto 等[13]使用fNIRS 測定腦卒中患者縱向區(qū)域皮質激活，發(fā)現(xiàn)強化康復后，雙側SMA 與擾動相關的激活顯著增加，SMA在身體平衡控制中發(fā)揮重要作用。

大腦患側激活改善大腦半球活動的平衡性。隨著腦卒中患者運動功能的恢復，左右半球主運動區(qū)的對稱性得以改善。此外，在患者運動功能恢復過程中，PFC 和SMA 對運動平衡控制起重要作用。大腦是一個復雜的網絡結構，各腦區(qū)相互連接，應該整體看待功能障礙而不能僅僅局限于某一受損腦區(qū)。賈杰[14]提出“上下肢一體化”整體康復新理念，獲得更好地康復效果。所以我們應綜合評估整體的功能障礙并且進行個性化干預，而不是只考慮受損區(qū)域。

Kato 等[15]同時使用fMRI 和fNIRS 研究腦梗死患者雙手運動期間皮質激活情況，發(fā)現(xiàn)患側手同側半球對應功能區(qū)激活，可能有助于患者手部運動功能的恢復。Saita 等[16]用fNIRS 研究小腦卒中患者語言流暢性任務時皮質活動的變化，發(fā)現(xiàn)患側前額葉有限激活，健側對應功能區(qū)代償對運動功能的恢復起主要作用。Takeda 等[17]用fNIRS 研究腦梗死后偏癱恢復過程中運動激活區(qū)域的變化，發(fā)現(xiàn)早期患肢同側(健側)半球運動激活短暫增加可能對腦卒中后運動功能恢復起重要作用。陳蕊等[18]應用fNIRS 采集腦卒中患者在指鼻運動過程中的大腦血紅蛋白信息，發(fā)現(xiàn)健側SMA、PMC 等區(qū)域在患病初期可能承擔代償作用，后期代償逐漸減弱。其他研究表明[19-21]，腦卒中患者PFC和雙側額頂葉皮質都在雙腳行走、運動中起到重要作用，廣泛存在健側代償作用。然而，近年來也有人對健側半球代償作用持不同看法[22]，認為存在先健側代償后患側代償的模式。臨床研究證實[23-24]，功能區(qū)代償的轉移對患側肢體功能恢復也起著至關重要的作用。

fNIRS 是一種適合在運動任務中檢測大腦激活的腦成像技術，也有助于腦卒中患者的康復訓練反饋[25]?？祻陀柧毢蠼裙δ軈^(qū)激活，可促進患者運動功能的恢復；兩側半球共同作用更有利于患者運動功能的恢復。

1.2 診斷

fNIRS 因其具有非侵入性、無創(chuàng)性、成本低和實時可持續(xù)檢測等優(yōu)點，為臨床提供了一種簡便的分析、診斷手段，廣泛應用于腦的高級功能研究領域[26]。

陳衛(wèi)國等[27]應用近紅外光大腦拓撲圖技術對老鼠腦梗死缺血部位進行定位，拓撲圖顯示的缺血部位、面積與磁共振和解剖一致。fNIRS 也可以應用到早產兒局部腦組織氧合血紅蛋白的檢測，及時發(fā)現(xiàn)腦氧合異常，避免腦損傷發(fā)生[28]。Han 等[29]對腦梗死老年患者與健康老年人進行靜息狀態(tài)下多頻段左右額葉含氧血紅蛋白(oxyhemoglobin,oxy-Hb)信號小波相干分析，發(fā)現(xiàn)腦梗死患者PFC 功能顯著減弱。Al-Rawi 等[30]發(fā)現(xiàn)，oxy-Hb信號的變化對腦梗死具有較高的敏感性和特異性。

2 其他神經疾病

Watanabe 等[31]對難治性癲癇患者進行長程腦電監(jiān)測的同時，應用fNIRS 監(jiān)測腦血容量變化，結果表明fNIRS 可以進行癲癇病灶定位。

Asgari 等[32]運用fNIRS 研究神經膠質瘤患者術中微血管血容量、血氧飽和度與腫瘤組織學特征以及患者存活之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)應用fNIRS 可應用于神經膠質瘤的診斷。在言語流暢性任務中，使用fNIRS 測量精神分裂癥、抑郁癥、健康人oxy-Hb 濃度，發(fā)現(xiàn)有顯著性差異[33]。精神分裂癥患者顳葉在任務開始時oxy-Hb濃度變化慢，在任務的前半部分增加較少[34]，功能降低區(qū)域在前額葉；抑郁癥患者oxy-Hb 濃度在任務開始時的陡峰比精神分裂癥患者更深，功能降低區(qū)域在背外側前額葉、腹外側前額葉；相對抑郁癥患者，精神分裂癥患者皮質活動更慢，降低幅度更大，這可能有助于鑒別精神分裂癥和抑郁癥。Song等[35]用fNIRS提取精神分裂癥患者和健康人的oxy-Hb信號構建前額葉腦網絡，從中提取特征對精神分裂癥患者和健康人進行分類，總準確率85.5%，其中對精神分裂癥患者的準確率92.8%，對健康對照組的準確率76.5%。fNIRS進行腦功能成像結果更接近實際情況，被認為是繼正電子斷層掃描、功能性磁共振成像等方法的重要補充[36]。Nagdyman等[37]利用fNIRS研究一名4歲女孩心臟驟停和成功復蘇過程中腦部oxy-Hb濃度的變化，表明fNIRS 測量復蘇期間腦氧合蛋白的實時信息，為疾病診斷和輔助治療提供幫助和指導。

3 小結

通過fNIRS 觀察康復訓練中的腦激活情況，可為運動功能恢復的機制、診斷和預后研究提供工具，具有很大的應用潛力。目前fNIRS 仍處于起步階段，研究的樣本量相對較少，大多數是橫斷面研究。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，各種腦成像技術也在不斷完善、創(chuàng)新。fNIRS 可以與其他技術相結合，探究大腦的整體機制。相信fNIRS 必然會在更多領域發(fā)揮越來越重要的作用。