使用功能性近红外光谱分析早期检测中脑动脉闭塞造成的脑梗塞：一项初步研究

01研究背景

中脑动脉（MCA）与颈动脉（ICA）缺血性脑卒中（中风）患者的死亡率和致残率很高，切近一半幸存者都表现出一定程度上的功能性损失。灌注状态是指液体（通常为血液）循环通过器官和组织的表现[充分/不良]。有研究发现对缺血性脑卒中患者脑组织灌注状态的快速评估和诊断可以有效提高治疗后的幸存率与其神经功能的可恢复性。目前开发的灌注状态扫描方法如灌注计算断层扫描（即灌注CT，PCT）、灌注加权磁共振成像（PWI）虽成效不斐，但其检测的适用性与时效性却乏善可陈。因此，现需一种对病人兼具实时监测与便携性的成像方法，功能性近红外光谱成像（fNIRS）的出现满足了这种需求。fNIRS是一种利用血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（HbR）对波长在600-1000nm的近红外光吸收率差异来无创监测多个区域灌注状态的新兴技术，这种技术相对于PCT与PWI来说实时性更为优异。

02研究目的

本实验旨在比较NIRSIT与PCT和PWI之间的差异来评估NIRSIT对患者灌注状态监测的有效性与准确性。

03研究方法

3.1、被试

2016年7月至2016年12月韩国首尔国立大学邦当医院急诊科收治的9名缺血性中风患者（6男3女，年龄中位数=74），神经损伤由卫生研究所中风量表（NIHSS）量化评估， 分数中位数=17。

3.2、实验材料

NIRSIT设备（OBELAB），是一种便携式，无线且可穿戴的fNIRS设备，利用连续波测量前额叶的HbO2、HbR、rSO2，监控软件在平板电脑上无线运行。

3.3、实验流程

这是一项前瞻性的试点研究，将急诊科收治患者的fNIRS数据与常规PCT与PWI数据进行比较。在患者入院完成临床评估后确定治疗方案时进行成像研究。在患者从急诊科转移至断层扫描或磁共振成像室的准备时间内由医生使用NIRSIT对其进行3-10分钟的成像监测以获得相关皮质区域内血液动力学反应数据（如图1所示）。

图1. FAT表示第一次异常时间，即患者或目击者第一次通知的时间;CP指示脑卒中的关键通路;IV溶栓指静脉溶栓;EVT表示血管内治疗

3.4、数据采集和处理

NIRSIT使用连续波从前额叶获得局部血流动力学响应。这款设备重450克，重量轻，适合作为便携设备使用。NIRSIT有两个波长，被HBr吸收的780 nm波长和被HBO2和HBr同等吸收的850 nm波长。RSO2按浓度百分比HBO2/(HBO2+HBr)×100计算，除了rSO2监测外，NIRSIT还允许临床医生使用3D脑图以直观的方式监测患者的脑氧合情况（如图2）。与其他空间分辨率为3×3 cm的近红外设备不同，NIRSIT将空间分辨率提高到了0.4×0.4 cm，与功能磁共振成像(0.3×0.3 cm)相当。脑三维成像所显示的颜色反映了大脑中动脉或颈内动脉梗死患者的氧合程度。

因为目的是将NIRSIT设备所获得的3D脑图像和脑组织饱和度与PCT传统的平均通过时间（MTT）图或PWI的峰值时间（TTP）图进行比较，故无统计分析，将数据作为九个案例呈现与PCT和PWI结果进行视觉比较，数值表示为中位数和四分位数范围。

图2.血红蛋白水平变化为图左三维半球，实际值显示在右侧时间序列图中

04实验结果

图3显示患者代表灌注PCT、PWI和NIRSIT图像。在fNIRS图像中，所有9个病例都显示出两个半球之间的大脑氧饱和度明显不对称。NIRSIT组中的HbO2水平与PCT/PWI上的低灌注密切相关。

图3.来自 fNIRS vs .PCT 或 PWI 的图像。此图显示了来自 MCA 梗塞患者的 fNIRS 图像和 PCT 或 PWI 图像的比较。患者 1 在 3D 显示屏（左侧）上显示左前额叶的黄色较差或较亮，在 MTT 地图（右侧）的左 MCA 区域显示灌注延迟（蓝色）。患者 2 显示左前额叶的不对称黄色和蓝色颜色，并在 TTP 地图（白色）的左 MCA 区域内出现灌注延迟。患者 3、4、7 和 8 在 MTT 地图上显示灌注延迟，并具有 3D 正面皮层的兼容不对称颜色映射。患者 5、6 和 9 在 TTP 地图上显示灌注延迟，颜色映射不对称。来自 PWI 的 TTP 地图显示，在左 MCA 区域内，扩散加权成像 （DWI） 的左 MCA 区域有多焦、小扩散限制病变，灌注延迟。右脑和左脑RSO2的平均值分别为87.15和68.25%

05结论

NIRSIT（一种有204个通道的fNIRS设备）可能有助于在没有使用辐射或造影剂的情况下通过反应双边前额叶氧饱和水平的差异帮助早期识别中风。NIRSIT可以很轻松的运用于急诊室与院前阶段，从而促进对患者的早期干预与治疗。

06参考文献及DOI号

Kwon, H. , Kim, K. , You, H. J. , Min, J. P. , & Ji, E. L. . (2018). Early detection of cerebral infarction with middle cerebral artery occlusion with functional near-infrared spectroscopy: a pilot study. Frontiers in Neurology, 9, 898-.

doi：10.3389/fneur.2018.00898