應用近紅外光成像技術檢測不同疲勞程度醫務人員邏輯運算任務期間前額葉皮質血氧反應變化

蔣 童，陳曉菲，齊秦甲子，張 林，曹子敬，吳斯佳，王鈺靜，侯艷紅

1 解放軍總醫院第八醫學中心 醫學心理科，北京 100091；2 解放軍總醫院第一醫學中心 消化內科醫學部，北京 100853；3 解放軍61672 部隊 門診部，北京 100010

腦疲勞是指學習或工作過程中，因長時間從事腦力勞動、睡眠缺乏或晝夜生物節律擾亂而導致作業能力下降、功能衰退的現象[1]。腦疲勞主要表現為注意力難以集中、思維遲鈍、記憶力下降、情緒不穩定等[2]。醫療衛生領域的崗位特點和特殊的倒班制度，導致醫務人員腦疲勞現象非常普遍，是造成工作效能下降、差錯事故增多、甚至引發醫療事故的重要原因[3-4]。因此如何便捷地發現并評估醫務人員腦疲勞狀態，對持續保持良好工作績效有重大意義。近紅外光成像技術(nearinfrared spectroscopy，NIRS)可探測到大腦認知活動期間腦組織中氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin，oxy-Hb)和還原血紅蛋白(deoxyhemoglobin，Deoxy-Hb)的相對濃度信息[5]。當某區域腦組織活躍時，局部腦血氧含量增加，oxy-Hb 上升而Deoxy-Hb下降，通過計算得出局部組織氧飽和度，實時反映腦組織血流狀況[6-7]。NIRS 為部分認知功能的快速檢查提供了評價手段，已在臨床領域得到廣泛應用[8-10]。而連續相加測驗主要用于評估受試者思維、計算、短時記憶等綜合邏輯運算能力，對腦疲勞狀態下的影響較為敏感[11]。本研究采用日立公司生產的ETG-4000型腦功能定量成像裝置儀，旨在探討和評估不同疲勞程度醫務人員在邏輯運算任務期間前額葉區域血氧變化情況。

對象與方法

1 研究對象 2016年2 -3 月隨機抽取某醫院74 名醫務工作者，其中男性22例，女性52例，年齡19～ 40(28.97±1.82)歲。受試者中，高中學歷2人，大學學歷57人，碩士學歷13人，博士學歷2人。經臨床篩查無精神系統疾病史及精神疾病家族史，74人均簽署知情同意書。見表1。

表1 研究對象基本情況Tab.1 Descriptive characteristics of the samples

2 分組 使用視覺模擬評分法按受試者主觀疲勞度分為輕度疲勞組、中度疲勞組和重度疲勞組。其基本方法是使用長度為10 cm 的直線，標記0 分(無癥狀)～ 10 分(最嚴重)，受試者根據主觀疲勞度在直線上標記。分組指標為輕度(≤4 分)、中度(＞4 分且＜8 分)和重度(≥8 分)。

3 邏輯運算刺激任務 測試前受試者情緒穩定，測試環境絕對安靜。測試時受試者頭部保持穩定，不能隨意更換姿勢，受試者目光注視同一水平線上距離1 m 左右電腦屏幕上顯示的十字符號。測試分為4個部分：第一部分為預先掃描，時間設定10 s，受試者靜坐，目光注視前方十字；第二部分為等待時間，時間設定30 s，患者從1～5 重復數數；第三部分為刺激時間，進行連續相加測驗30 s；第四部分為放松時間，時間70 s，重復數數[7]。連續相加測驗分為小于法和大于法兩種演算方法。小于法的算法為將測驗表中的橫列數字連續累計相加，只記個位數，凡相加之和比右邊相鄰的數小1，則跳過加下一個數，連續累計加完整列數字后將結果報出。大于法的運算方法基本同小于法，但當遇到兩數相加后所得的和比右邊相鄰的數大1 時，跳過加下一個數，連續累計加完整列數字后將結果報出。

4 近紅外光成像檢測額葉血氧含量變化 采用22 導NIRS 系統測定受試者額葉區血氧含量變化情況。NIRS 系統包含8個光信號發射器和8個探測器，24個通道，通過一個柔軟微彈的布套將傳感器固定到受試者頭上。接收端與發射端間距約3 cm，測量區域為前額區。見圖1。

圖1 通道示意圖Fig.1 Passway diagram

5 分析指標 進行邏輯運算刺激任務的同時，對受試者進行NIRS 檢測。實驗將預掃描后30 s 等待時間的oxy-Hb 及Deoxy-Hb 平均值作為基線，采集邏輯運算任務時前額葉oxy-Hb 和Deoxy-Hb 含量，計算平均值。比較不同疲勞程度組無任務期間和邏輯運算任務期間oxy-Hb 和Deoxy-Hb 含量。

6 統計學方法 使用EXCEL2016 進行數據匯總，使用SPSS23.0 進行研究資料分析。研究資料中的計量數據均先行正態性檢驗。偏態資料以Md(IQR)表示，兩組比較采用Wilcoxon 秩和檢驗；多組比較采用Kruskal-Wallis 秩檢驗。計數資料以例數及率描述，兩組比較為χ2檢驗或精確概率檢驗。統計檢驗水準α=0.05，均為雙側檢驗。

結 果

1 不同疲勞程度一般情況比較 輕度疲勞組23人(31.08%)，中度疲勞組32人(43.24%)，重度疲勞組19人(25.68%)。見表2。

表2 不同疲勞程度分組情況(n,%)Tab.2 Demographic characteristics of different fatigue levels (n,%)

2 不同疲勞程度組無任務期間及邏輯運算任務期間oxy-Hb 含量比較 無任務期間不同疲勞程度組oxy-Hb 含量差異無統計學意義，邏輯運算任務期間CH13、CH14、CH15、CH16 通道oxy-Hb 含量差異有統計學意義(P＜0.05)。見表3。

表3 無任務期間及邏輯運算期間不同疲勞程度組oxy-Hb 比較[mmol/L·mm,Md (IQR)]Tab.3 Comparison of oxy-Hb during baseline and logic operation in different fatigue levels (mmol/L·mm,Md [IQR])

3 不同疲勞程度組無任務期間及邏輯運算任務期間Deoxy-Hb 含量比較 無任務期間不同疲勞程度組Deoxy-Hb 含量差異無統計學意義；邏輯運算任務期間CH4、CH9、CH12、CH13、CH15、16 通道Deoxy-Hb 含量差異有統計學意義(P＜0.05)。見表4。

表4 無任務期間及邏輯運算期間不同疲勞程度組Deoxy-Hb 比較[mmol/L·mm,Md (IQR)]Tab.4 Comparison of Deoxy-Hb during baseline and logic operation in different fatigue levels (mmol/L·mm,Md [IQR])

討 論

近年來，NIRS 已廣泛應用于精神分裂癥、抑郁癥、認知功能障礙等精神疾病的檢測[9,12-13]。既往有研究者對疲勞狀況下認知和操作行為腦部血氧參數變化進行監測，開創了在腦力疲勞領域的研究[14]。2017年醫聯與艾瑞咨詢共同發布《中國醫生生存現狀調研報告》指出，我國醫生存在工作強度大、睡眠質量低、過勞疾病多、心理壓力大等問題。由于24 h 醫療工作需求，醫務人員長期處于高度緊張的大腦復雜工作、睡眠不足、晝夜睡眠節律擾亂狀態，導致腦疲勞程度較高[3]。

本研究表明，無任務狀態下不同疲勞程度醫務人員oxy-Hb 及Deoxy-Hb 含量差異無統計學意義。

通過NIRS 對邏輯運算任務期間oxy-Hb 進行監測，不同疲勞程度的醫務人員在邏輯運算任務期間oxy-Hb 含量差異有統計學意義(CH13、CH14、CH15、CH16 通道中度疲勞組與重度疲勞組差異有統計學意義)，表明疲勞狀態下執行邏輯運算任務oxy-Hb 含量下降明顯。既往有研究者發現主觀疲勞的被試者通過NIRS 技術能夠監測到腦組織額葉反應性明顯的降低[10]。睡眠剝奪56 h 后腦血流灌注明顯低于睡眠剝奪前，越靠近額葉、海馬區、基底節，這種改變越明顯[15]。相關研究也證實了疲勞作業后腦血氧含量降低，疲勞狀態下前額葉皮質的活躍度明顯降低，由此推斷疲勞狀態會影響記憶力與注意力[16-17]。在CH13 通道，輕度與中度疲勞組執行邏輯運算任務時oxy-Hb 含量上升明顯，推測由于邏輯運算期間受試者腦活動增強，組織氧消耗增加，出現機體代償機制。既往研究證實精神疲勞狀態下血氧飽和度顯著升高，可能與代償機制有關[18]。

研究還發現，不同疲勞程度的醫務人員在邏輯運算任務期間Deoxy-Hb 含量差異有統計學意義，輕度與中度疲勞組CH4 通道Deoxy-Hb 含量差異有統計學意義，輕度與重度疲勞組CH9、CH12、CH13、CH15、CH16 通道Deoxy-Hb 含量差異有統計學意義，表明主觀疲勞度越嚴重，執行邏輯運算任務時Deoxy-Hb 含量上升越明顯。對駕駛員的研究表明隨著疲勞度的增加，腦組織中Deoxy-Hb 含量逐漸上升，腦氧飽和度下降，導致腦部缺氧，出現疲勞癥狀[19]，與本研究結果一致。但執行任務復雜度或前期導致疲勞因素的不同，對腦疲勞的影響程度是否一致需進一步研究。

綜上所述，本研究結果表明NIRS 可以檢測邏輯運算任務下額葉激活狀態，證實了腦疲勞程度改變與腦血氧含量變化有密切關系。不同疲勞狀態下處理復雜任務時腦血氧含量差異有統計學意義(P＜0.05)，部分腦區腦血氧含量下降，部分腦區腦血氧含量上升，可用代償機制進行解釋。不同疲勞程度邏輯運算任務下NIRS 檢測腦血氧含量差異有統計學意義。因而應用視覺模擬評分法來評價主觀腦疲勞程度是有效方法。