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)發展迅速，這是一種利用近紅外光對大腦皮質的激活情況進行檢測的光學檢測手段。有證據顯示在思考時，人類的腦神經元所需的氧是由血液的新陳代謝供給的，思維活躍時，局部神經元的耗氧量低于腦區中活動區域的血液攜氧量，顯著增加了激活區的腦血氧量，呈現出該區域皮質含氧血紅蛋白(Hxygenated hemoglobin，HbO)濃度上升，脫氧血紅蛋白(Deoxygenated hemoglobin，HbR)濃度下降的現象。fNIRS實現定位和測量局部腦皮質激活的狀態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，從而開展腦區間功能連接的研究。fNIRS技術時空分辨率較高，沒有創傷性、方便攜帶，可重復測量，與其他腦功能成像技術有較好的兼容性。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育障礙疾病腦功能的研究，現就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發育障礙疾病，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核心癥狀產生的主要原因，與大腦的前額葉皮質(PFC)腦區功能有極大的關系[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現ADHD兒童右側額中回、右側顳葉、額下回及雙側背外側前額葉為敏感腦區[3]。為研究ADHD的治療效果，有學者采用fNlRS技術檢測經過4個月和6個月的生物反饋治療的患者腦功能情況后發現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，聯合生物反饋技術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技術就此展開了研究，發現患兒經ATX治療后PFC及下頂葉小葉出現激活增強，而MPH僅激活PFC[5],該研究提示fNIRS可以監測ADHD患兒服藥前后的腦功能變化情況，臨床中可以根據患兒臨床癥狀的差異選擇藥物激活相應的腦區。現階段，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兒童的不同腦區激活狀態，也可以監測經藥物治療后腦內血流動力學情況，可以提供腦功能的證據，為ADHD的臨床診療工作提供客觀的證據。

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不懂識別情緒，不懂“察言觀色”，前額葉(PFC)是情感神經通路的一個重要環節，ASD患兒情感調控能力可能低于同齡兒童，這可能與前額葉腦功能發育有關，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監測其前額葉腦血氧水平的變化情況發現該兒童對負性情感更不敏感，這一研究結果提示ASD患兒的情緒調控可能與PFC發育異常相關[6]。Keehn等[7]也利用fNIRS技術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大腦半球激活狀態，監測其HbO2水平變化的同步性并且分析這些腦區功能連接情況，提示ASD患兒可能存在大腦功能異常連接模式。fNIRS技術也被用于ASD鑒別診斷中的研究，有研究者用fNIRS監測ADHD兒童做Stroop/反向Stroop任務時右側前額葉腦區激活情況后發現 ADHD患兒在執行任務時該腦區激活程度減弱，而執行相同的任務ASD患兒的腦功能監測并未發現這種現象，提示fNIRS可以用于該兩種疾病的鑒別[8]。也有學者利用fNIRS技術采用面部識別法對ADHD患兒及ASD患兒進行鑒別，發現準確率可達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發育障礙疾病，早發現、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技術通過監測ASD患兒情緒識別、腦功能連接、不同腦區激活程度等方面腦血流動力學的改變，可以為ASD疾病的早期發現和早診療提供有力的證據，且fNIRS操作簡便、測試過程無噪音，ASD患兒更容易接受。

3 fNIRS在全面發育遲緩兒童中的應用

全面發育遲緩(Global developmental delay,GDD)一般指5歲以下兒童出現2個或>2個不同能區如運動能力發育能區、社會適應能區及行為發育能區等能力落后于同齡兒水平[10]，是一種早發型慢性神經系統疾病。現階段有研究表明，學齡前兒童的大腦前額葉皮層發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[11-12]，而fNIRS技術在空間定位研究大腦功能激活狀態有極大的優勢，全琰等學者[13]采用fNIRS技術對13名發育遲緩兒童和19名正常兒童的前額葉腦功能檢測研究后發現發育遲緩兒童存在前額葉雙側腦功能受損。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對發育遲緩嬰幼兒的腦功能進行研究后提示，發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、不需要鎮靜狀態，對于身心發育不成熟、合作性不佳的嬰幼兒來說有獨特的優勢。發育遲緩的嬰幼兒由于大腦發育不成熟，經過早發現、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展為智力障礙，從而影響其社會功能。fNIRS技術通過檢測腦功能的激活狀態、分析腦功能的連接可幫助早期發現發育遲緩嬰幼兒，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生功能損害，影響其社會交往、學習等能力的發展，同時需排除由智力障礙、聽力異常等發育障礙因素造成的語言障礙,其發病率為7%～11%[15]。語言障礙對兒童的學業成就、社會交往及社會適應能力有著重要的影響。現階段盡管研究頗多，但是其病理機制并未明確，有學者研究發現兒童右側前額葉主導著語言認知加工的過程[16]。目前fNIRS技術空間定位主要是位于額葉及其周圍的腦區，Molavi等[17]采用fNIRS技術研究在靜息態下新生兒語言系統的腦功能的連接狀態，提示fNIRS技術可用于人類語言系統識別的研究。而Piazza等學者[18]利用fNIRS技術開展有關語言口語交流方面的研究，探討不同交流狀態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絡，同時填寫問卷來了解兒童執行功能，研究提示兒童的腦功能網絡和執行功能有相關性。在林媛媛等[20]的研究中提示語言障礙兒童存在執行功能的缺陷，但并未就語言障礙和執行功能的因果關系展開研究。研究表明，執行功能缺陷有可能和語言障礙存在因果關系，但需要更多的研究驗證。盡管目前較多學者將fNIRS技術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、病理機制并未闡明透徹，有賴于進一步的研究。

5 結語及展望

對于發育障礙疾病而言，深入了解大腦在不同狀態的激活模式、程度，能夠為臨床的“精準治療”提供客觀的依據。現階段，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、便攜、操作方便、沒有噪音及可重復檢測等特點，非常適合在醫院門診中開展，尤其適合應用在兒童保健門診中的患發育障礙疾病類似注意缺陷多動障礙、孤獨癥譜系障礙、全面發育遲緩及語言障礙等合作性欠佳的兒童的腦功能研究。現階段在兒童發育障礙疾病部分領域已經有較深入的研究并取得了一定的成果。但是目前fNIRS技術應用仍面臨較多的挑戰和困難：(1)目前fNIRS技術的研究多為橫斷面的小樣本的研究；(2)在fNIRS的檢測過程中，監測指標容易受被試哭鬧、移動等影響出現波動，穩定性不足；(3)fNIRS技術目前更多的是用于學術研究，因其缺乏行業的統一標準限制了該技術在臨床診療中的使用。今后可針對以上的挑戰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。