基于近紅外腦功能成像技術(shù)的腦卒中研究現(xiàn)狀

眭演祥，李春光，胡海燕，李娟，李偉達(dá)，郭浩，張虹淼

腦卒中是目前世界上引起嚴(yán)重殘疾的首要原因，且在我國腦卒中已成為第一位死亡原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，我國每年新發(fā)的腦卒中患者大約有200萬，其中70%～80%的腦卒中患者因?yàn)闅埣膊荒塥?dú)立生活，給家庭和社會(huì)帶來很大的負(fù)擔(dān)。因此腦卒中患者的康復(fù)治療十分重要。目前對(duì)于腦卒中的診斷和治療已有功能核磁共振技術(shù)，雖然功能核磁設(shè)備具有很強(qiáng)空間分辨率，但是其便捷性差，診斷費(fèi)用昂貴，且重癥患者由于行動(dòng)不便不能經(jīng)常做核磁共振。腦電成像技術(shù)(electroencephalogram，EEG)在時(shí)間分辨率有很好的優(yōu)勢(shì)，但是EEG在解剖學(xué)上的分辨率低，以及其受描記時(shí)間限制和無法確定缺血、出血、梗塞等病理位置[2]。而經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)技術(shù)主要用來直接刺激大腦進(jìn)行相應(yīng)的治療，但是無法提供大腦的信息圖像[3]。針對(duì)上述技術(shù)的不足，近紅外腦功能成像技術(shù)提供了一個(gè)比較好的思路[4]。應(yīng)用近紅外腦功能成像技術(shù)可以測(cè)試大腦皮層的合氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白和總血紅蛋白含量間接反應(yīng)大腦活動(dòng)[5]。相對(duì)于功能核磁共振技術(shù)，近紅外技術(shù)具有較高的時(shí)間分辨率[6]；而相對(duì)于腦電技術(shù)，近紅外技術(shù)具有較高的空間分辨率。而且，近紅外成像設(shè)備具有便攜性，可以在自然生活環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試研究。以上優(yōu)勢(shì)使其備受關(guān)注，尤其在腦卒中的康復(fù)研究領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用與重視。因此，筆者對(duì)近紅外腦成像技術(shù)在腦卒中康復(fù)診治領(lǐng)域的研究做一綜述。

1 腦卒中康復(fù)過程中腦功能區(qū)域與運(yùn)動(dòng)功能之間聯(lián)系的研究

1.1 正常上下肢運(yùn)動(dòng) Miyai等[7]應(yīng)用近紅外腦成像技術(shù)研究了患者康復(fù)過程的腦皮層激活模式。通過下肢運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)8位患者在發(fā)病不久和2個(gè)月后的大腦皮層激活情況，結(jié)果顯示患者運(yùn)動(dòng)能力的恢復(fù)與主運(yùn)動(dòng)區(qū)激活的非對(duì)稱性改善和運(yùn)動(dòng)前區(qū)激活的增強(qiáng)有較大關(guān)聯(lián)。Marshall等[8]應(yīng)用功能核磁技術(shù)研究了腦卒中患者上肢動(dòng)作在康復(fù)過程的動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果顯示患者在恢復(fù)過程中主運(yùn)動(dòng)區(qū)的激活變化是由同側(cè)向?qū)?cè)轉(zhuǎn)移的過程[8-9]。Kato等[10]在文章中也指出卒中康復(fù)過程中同側(cè)代償機(jī)理。Miyai等[11]還通過近紅外技術(shù)測(cè)試6例腦卒中患者在跑步機(jī)上行走時(shí)的大腦血紅蛋白信息，結(jié)果表明在患側(cè)腿運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)的激活在加強(qiáng)，且對(duì)側(cè)前運(yùn)動(dòng)輔助區(qū)也有顯著的激活。表明運(yùn)動(dòng)前區(qū)和前運(yùn)動(dòng)輔助區(qū)在步態(tài)修復(fù)的過程中起著很重要作用。

1.2 步速調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng) Mihara等[12]對(duì)12例中風(fēng)患者和11個(gè)健康參與者(對(duì)照組)分別進(jìn)行了測(cè)試。所有被試在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)使用近紅外成像技術(shù)監(jiān)測(cè)血紅蛋白的變化情況。研究結(jié)果顯示，對(duì)照組在步速加快后額葉區(qū)激活有所減少，而患者組額葉區(qū)在加速后穩(wěn)定階段卻一直處于活躍狀態(tài)。結(jié)果表明患者加快步伐的過程需要額葉區(qū)域的調(diào)控，在患者康復(fù)過程中額葉區(qū)可能會(huì)成為代償區(qū)域，參與步速的調(diào)控。另外Suzuki等[13]通過近紅外技術(shù)研究健康人參與步速調(diào)節(jié)的區(qū)域，顯示額葉區(qū)和運(yùn)動(dòng)前區(qū)參與步速調(diào)控。

1.3 平衡控制 Fujimoto等[14]選用了20例患者作為被試，在患者接受康復(fù)鍛煉的前后分別進(jìn)行以下測(cè)試：用一個(gè)跑步機(jī)給患者一個(gè)擺動(dòng)外力，并應(yīng)用近紅外腦成像技術(shù)記錄患者平衡外力過程中的血紅蛋白信息。結(jié)果表明健側(cè)運(yùn)動(dòng)輔助區(qū)的合氧血紅蛋白增長和平衡運(yùn)動(dòng)得分有顯著的關(guān)聯(lián)。進(jìn)而表明運(yùn)動(dòng)輔助區(qū)在中風(fēng)患者的平衡功能恢復(fù)過程中起著重要的作用。Mihara等[15]的近紅外研究同樣證明了輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)以及額葉區(qū)兩個(gè)區(qū)域在患者的運(yùn)動(dòng)平衡調(diào)控過程中起著重要作用。

綜上，初步的研究成果證明在腦中風(fēng)初期，主運(yùn)動(dòng)區(qū)域、前運(yùn)動(dòng)區(qū)域以及輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)域主要起著代償作用；而且隨著患者運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)，左右腦半球主運(yùn)動(dòng)區(qū)域激活的對(duì)稱性將得以改善；此外，在患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)過程中，額葉區(qū)對(duì)于速度的調(diào)控起著重要作用；額葉區(qū)以及輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)在運(yùn)動(dòng)的平衡調(diào)控過程中起著重要作用。基于此初步結(jié)論及補(bǔ)償激活模式，針對(duì)性的運(yùn)動(dòng)功能改善(上下肢動(dòng)作改善、速度調(diào)整、平衡控制、步態(tài)改善等等)以及病灶區(qū)域的輕重程度相應(yīng)的給出加強(qiáng)某一個(gè)腦功能區(qū)域的治療與訓(xùn)練，將有利于利用最佳康復(fù)期得到高效的康復(fù)效果。同時(shí)對(duì)于康復(fù)評(píng)估也有指導(dǎo)性意義。然而對(duì)于更為細(xì)微的動(dòng)作與腦功能的聯(lián)系有待進(jìn)一步的研究。

2 腦卒中的干預(yù)治療手段的研究

針對(duì)性的康復(fù)治療手段，可以滿足腦卒中患者針對(duì)性的治療需求，有利于加快患者具體運(yùn)動(dòng)功能(上下肢動(dòng)作、步速和平衡調(diào)控、步態(tài))康復(fù)進(jìn)程。基于近紅外技術(shù)在腦卒中康復(fù)手段方面的研究成果，針對(duì)需要恢復(fù)的運(yùn)動(dòng)功能提出了建議性的訓(xùn)練手段。

2.1 外部器械干預(yù) Miyai等[16]對(duì)11位對(duì)象(6例患者和5位健康人)分別進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)：一組使用重力輔助系統(tǒng)減輕身體重量10%后在跑步機(jī)上行走，另一組不使用重力輔助系統(tǒng)直接進(jìn)行相同的行走動(dòng)作。結(jié)果顯示在重力輔助系統(tǒng)的作用下，患者的主運(yùn)動(dòng)區(qū)激活量減少，但是左右兩側(cè)的非對(duì)稱性改善。而健康人的主運(yùn)動(dòng)區(qū)活動(dòng)在有無重力輔助系統(tǒng)的情況下沒有明顯區(qū)別。結(jié)果表明應(yīng)用重力輔助系統(tǒng)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可能有助于提高大腦主運(yùn)動(dòng)區(qū)的非對(duì)稱性改善，進(jìn)而有助于患者步態(tài)的康復(fù)修正。

2.2 想象反饋 越來越多的證據(jù)表明,上肢和下肢的想象運(yùn)動(dòng)和實(shí)際運(yùn)動(dòng)有著共同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制[17-19]。研究利用21個(gè)對(duì)象進(jìn)行手指想象運(yùn)動(dòng)[20]，實(shí)驗(yàn)過程中基于近紅外給予真實(shí)反饋和虛假反饋。相較于虛假的反饋來說，真實(shí)的血氧反饋可以引發(fā)對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)顯著的激活和動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象自我評(píng)價(jià)的更高得分。研究結(jié)果同時(shí)證明近紅外實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)想象方面的表現(xiàn)具有可行性和有效性。 Kober等[21]也基于近紅外進(jìn)行了右手握球運(yùn)動(dòng)想象反饋的研究。結(jié)果表明真實(shí)的神經(jīng)反饋誘發(fā)左側(cè)運(yùn)動(dòng)區(qū)的高度激活，虛假的神經(jīng)反饋導(dǎo)致了整個(gè)皮層的分散激活，沒有對(duì)某一個(gè)區(qū)域起到突出的訓(xùn)練作用。Kaiser等[22]通過近紅外與腦電技術(shù)的結(jié)合也證明了運(yùn)動(dòng)想象及反饋可以增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)區(qū)的激活。以上結(jié)論對(duì)康復(fù)方案具有一定指導(dǎo)意義，并且運(yùn)動(dòng)想象可以改善卒中患者運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)[23-24]，想象康復(fù)訓(xùn)練中實(shí)時(shí)的圖像反饋以及反饋內(nèi)容的真實(shí)性可能會(huì)對(duì)患者的腦功能康復(fù)起到積極作用。

基于以上研究結(jié)果，在康復(fù)訓(xùn)練過程中可以針對(duì)性的增加真實(shí)的運(yùn)動(dòng)想象反饋訓(xùn)練或者重力輔助訓(xùn)練以及單純的想象運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，來增強(qiáng)患者的具體腦功能區(qū)域的激活，從而對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)起到重要作用。然而由于臨床試驗(yàn)樣本少以及康復(fù)訓(xùn)練方法較為局限，相關(guān)腦功能區(qū)域研究不是非常全面和精確，還需要開展更深入的研究。

3 腦卒中診斷防治方面的研究

如果能夠及早診斷出患有腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行預(yù)防與治療，將直接關(guān)系到潛伏期患者今后的康復(fù)預(yù)后效果。目前，應(yīng)用近紅外技術(shù)在診斷防治方面的研究已有初步成果，對(duì)于腦卒中的診斷與防治有一定的指導(dǎo)意義。

文獻(xiàn)同時(shí)應(yīng)用近紅外腦成像技術(shù)和功能核磁技術(shù)對(duì)早期的腦梗塞老鼠進(jìn)行腦皮層的成像研究[25]；結(jié)果表明近紅外成像顯示的缺血位置和面積與功能核磁成像的位置和面積是一致的，說明近紅外技術(shù)在對(duì)于提前預(yù)測(cè)腦梗塞方面具有很大的應(yīng)用前景。Al-Rawi[26]和Tichauer等[27]也發(fā)現(xiàn)近紅外技術(shù)對(duì)腦梗塞患者早期病理的改變具有較高的敏感性和特異性。文獻(xiàn)通過經(jīng)頸內(nèi)動(dòng)脈注入真絲線段建立大鼠局灶性腦梗死早期模型[28]，應(yīng)用近紅外光腦血氧監(jiān)測(cè)儀測(cè)定腦血容量和血氧含量變化，此研究證明近腦紅外技術(shù)是一種可以實(shí)時(shí)無創(chuàng)早期診斷和預(yù)測(cè)的潛在技術(shù)。Al-Rawi[29]對(duì)167例頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)病人進(jìn)行研究,基于近紅外技術(shù)監(jiān)測(cè)腦血流變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦組織氧指數(shù)下降13%是腦缺血診斷的特異性、敏感性的閾值，因此近紅外技術(shù)有可能成為潛在的可部分替代PET的無創(chuàng)診斷腦梗塞的工具。

對(duì)于腦卒中疾病的診斷與預(yù)測(cè)是未來發(fā)展的一個(gè)很重要的方向，目前只是對(duì)梗塞早期患者的初步診斷研究。未來近紅外技術(shù)在此領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾臐撛趹?yīng)用前景。

4 總結(jié)

通過總結(jié)近紅外腦成像技術(shù)在腦卒中領(lǐng)域的研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在腦卒中患者的大腦功能區(qū)域與肢體恢復(fù)的關(guān)系、康復(fù)評(píng)估、診斷、以及基于補(bǔ)償模式的針對(duì)性運(yùn)動(dòng)功能改善(上下肢動(dòng)作改善、速度調(diào)整、平衡控制、步態(tài)改善等)的研究上均有很大的潛力。由于其便攜性，可以方便對(duì)不能移動(dòng)的重癥患者進(jìn)行檢測(cè)；加上該技術(shù)對(duì)被試以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境局限性少，有利于開展一些貼近日常生活的動(dòng)作測(cè)試并進(jìn)行相應(yīng)診斷。所以，盡管現(xiàn)在仍在研究的起步階段，近紅外腦功能成像技術(shù)腦卒中領(lǐng)域具有很大的潛在應(yīng)用前景。針對(duì)腦卒中患者展開研究，應(yīng)該突出近紅外腦成像技術(shù)在預(yù)測(cè)診斷方面的優(yōu)勢(shì)以及應(yīng)用；同時(shí)針對(duì)康復(fù)策略的改善應(yīng)該展開進(jìn)一步的研究。對(duì)于腦卒中患者更為細(xì)微、更為復(fù)雜的動(dòng)作方面需要拓展研究，為未來全面了解腦卒中患者康復(fù)過程中腦功能的恢復(fù)與結(jié)構(gòu)的重組作鋪墊。未來的深入研究以及近紅外技術(shù)的改進(jìn)會(huì)促進(jìn)康復(fù)領(lǐng)域邁進(jìn)一大步。

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