功能性近红外光谱在儿童保健中的应用进展*

邓梁琼

1柳州市妇幼保健院,广西柳州市 545001； 2 柳州市儿童发育障碍疾病重点实验室

近20年来，功能性近红外光谱(Functional near-infrared spectroscopy，fNIRS)发展迅速，这是一种利用近红外光对大脑皮质的激活情况进行检测的光学检测手段。有证据显示在思考时，人类的脑神经元所需的氧是由血液的新陈代谢供给的，思维活跃时，局部神经元的耗氧量低于脑区中活动区域的血液携氧量，显著增加了激活区的脑血氧量，呈现出该区域皮质含氧血红蛋白(Hxygenated hemoglobin，HbO)浓度上升，脱氧血红蛋白(Deoxygenated hemoglobin，HbR)浓度下降的现象。fNIRS实现定位和测量局部脑皮质激活的状态主要是通过对脑组织中总血红蛋白、HbR及HbO等三个指标的相对浓度变化量情况的测量来分析，从而开展脑区间功能连接的研究。fNIRS技术时空分辨率较高，没有创伤性、方便携带，可重复测量，与其他脑功能成像技术有较好的兼容性。因此，目前相比于功能性磁共振，fNIRS已被较广泛地用于针对发育障碍疾病脑功能的研究，现就fNIRS在儿童保健门诊中的应用做一综述。

1 fNIRS在注意缺陷多动障碍患儿中的应用

注意缺陷多动障碍(Attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)是一种起病于儿童早期，可能存在全生命周期影响的神经发育障碍疾病，有文献报告我国ADHD儿童的患病率为4.2%～6.5%[1]。ADHD的核心症状为注意缺陷、多动冲动，可能存在全生命周期的影响,但目前ADHD的发病机制不清，有研究认为认知功能缺陷有可能是ADHD核心症状产生的主要原因，与大脑的前额叶皮质(PFC)脑区功能有极大的关系[2]。近10余年，随着fNIRS的运用，利用fNIRS在ADHD的诊断治疗中的研究越来越多。有研究者利用fNIRS技术检测ADHD儿童和正常对照组的大脑功能，然后采用敏感通道分析法后发现ADHD儿童右侧额中回、右侧颞叶、额下回及双侧背外侧前额叶为敏感脑区[3]。为研究ADHD的治疗效果，有学者采用fNlRS技术检测经过4个月和6个月的生物反馈治疗的患者脑功能情况后发现患儿脑功能激活情况有改善，同时ADHD核心症状显著减少[4]。fNIRS可以用来评估ADHD的治疗效果，联合生物反馈技术有可能是一种可行的诊疗措施，有助于临床ADHD诊疗工作的开展。目前中枢兴奋药物盐酸哌甲酯(MPH)及非中枢兴奋药物盐酸托莫西汀(ATX)为ADHD的一线用药, ATX/MPH药理机制的不同，作用于大脑的功能也不一样，为了解ATX/MPH引起的脑血流动力学差异，有学者利用fNIRS技术就此展开了研究，发现患儿经ATX治疗后PFC及下顶叶小叶出现激活增强，而MPH仅激活PFC[5],该研究提示fNIRS可以监测ADHD患儿服药前后的脑功能变化情况，临床中可以根据患儿临床症状的差异选择药物激活相应的脑区。现阶段，对于ADHD儿童的治疗效果多为症状学方面的观察，而通过fNIRS的使用，可以进一步探讨ADHD儿童的不同脑区激活状态，也可以监测经药物治疗后脑内血流动力学情况，可以提供脑功能的证据，为ADHD的临床诊疗工作提供客观的证据。

2 fNIRS在孤独症谱系障碍患儿中的应用

孤独症谱系障碍(Autism spectrum disorder, ASD)的核心症状为社交缺陷、狭窄的兴趣爱好、重复刻板的行为。ASD患儿在社交过程中多表现不懂识别情绪，不懂“察言观色”，前额叶(PFC)是情感神经通路的一个重要环节，ASD患儿情感调控能力可能低于同龄儿童，这可能与前额叶脑功能发育有关，有学者分别给予ASD患儿正负性两种不同感受的情绪刺激，再利用fNIRS监测其前额叶脑血氧水平的变化情况发现该儿童对负性情感更不敏感，这一研究结果提示ASD患儿的情绪调控可能与PFC发育异常相关[6]。Keehn等[7]也利用fNIRS技术对孤独症谱系障碍高风险(HRA)婴儿和孤独症谱系障碍相对低风险(LRC)婴儿的脑功能开展研究，在给予任务的情况下检测被研究者双侧大脑半球激活状态，监测其HbO2水平变化的同步性并且分析这些脑区功能连接情况，提示ASD患儿可能存在大脑功能异常连接模式。fNIRS技术也被用于ASD鉴别诊断中的研究，有研究者用fNIRS监测ADHD儿童做Stroop/反向Stroop任务时右侧前额叶脑区激活情况后发现 ADHD患儿在执行任务时该脑区激活程度减弱，而执行相同的任务ASD患儿的脑功能监测并未发现这种现象，提示fNIRS可以用于该两种疾病的鉴别[8]。也有学者利用fNIRS技术采用面部识别法对ADHD患儿及ASD患儿进行鉴别，发现准确率可达84%以上[9]。孤独症谱系障碍目前被认为是一种可能会影响终身的慢性神经发育障碍疾病，早发现、早干预可以极大程度地改善该病的预后，减轻社会及家庭的负担，fNIRS技术通过监测ASD患儿情绪识别、脑功能连接、不同脑区激活程度等方面脑血流动力学的改变，可以为ASD疾病的早期发现和早诊疗提供有力的证据，且fNIRS操作简便、测试过程无噪音，ASD患儿更容易接受。

3 fNIRS在全面发育迟缓儿童中的应用

全面发育迟缓(Global developmental delay,GDD)一般指5岁以下儿童出现2个或>2个不同能区如运动能力发育能区、社会适应能区及行为发育能区等能力落后于同龄儿水平[10]，是一种早发型慢性神经系统疾病。现阶段有研究表明，学龄前儿童的大脑前额叶皮层发育与其高级认知功能如工作记忆、面孔识别能力等息息相关[11-12]，而fNIRS技术在空间定位研究大脑功能激活状态有极大的优势，全琰等学者[13]采用fNIRS技术对13名发育迟缓儿童和19名正常儿童的前额叶脑功能检测研究后发现发育迟缓儿童存在前额叶双侧脑功能受损。认知是大脑对感知觉、思维等信息加工处理的过程，是人脑高级功能，任何影响大脑功能连接方面的问题都有可能引起认知的缺陷。马玲学者[14]以fMRI对发育迟缓婴幼儿的脑功能进行研究后提示，发育迟缓婴幼儿存在前额叶皮层激活程度较弱及脑功能连接的异常。相对于fMRI,fNIRS易操作、不需要镇静状态，对于身心发育不成熟、合作性不佳的婴幼儿来说有独特的优势。发育迟缓的婴幼儿由于大脑发育不成熟，经过早发现、早干预，部分儿童的预后会得到极大的改善，未进行积极有效的干预可能会导致部分儿童发展为智力障碍，从而影响其社会功能。fNIRS技术通过检测脑功能的激活状态、分析脑功能的连接可帮助早期发现发育迟缓婴幼儿，并为其早期筛查、诊断提供生物学指标。

4 fNIRS在语言障碍儿童中的应用

在儿童保健门诊中，语言障碍是常见的发育障碍性疾病之一，主要是指儿童的语言能力落后于同龄儿童，导致儿童在语言的使用过程产生功能损害，影响其社会交往、学习等能力的发展，同时需排除由智力障碍、听力异常等发育障碍因素造成的语言障碍,其发病率为7%～11%[15]。语言障碍对儿童的学业成就、社会交往及社会适应能力有着重要的影响。现阶段尽管研究颇多，但是其病理机制并未明确，有学者研究发现儿童右侧前额叶主导着语言认知加工的过程[16]。目前fNIRS技术空间定位主要是位于额叶及其周围的脑区，Molavi等[17]采用fNIRS技术研究在静息态下新生儿语言系统的脑功能的连接状态，提示fNIRS技术可用于人类语言系统识别的研究。而Piazza等学者[18]利用fNIRS技术开展有关语言口语交流方面的研究，探讨不同交流状态下脑功能激活的机制。Fekete等[19]通过fNIRS采集两种不同刺激模式下的儿童脑功能网络，同时填写问卷来了解儿童执行功能，研究提示儿童的脑功能网络和执行功能有相关性。在林媛媛等[20]的研究中提示语言障碍儿童存在执行功能的缺陷，但并未就语言障碍和执行功能的因果关系展开研究。研究表明，执行功能缺陷有可能和语言障碍存在因果关系，但需要更多的研究验证。尽管目前较多学者将fNIRS技术用于语言障碍的研究，但是普遍样本量较少，对于语言障碍的可能脑功能激活状态、病理机制并未阐明透彻，有赖于进一步的研究。

5 结语及展望

对于发育障碍疾病而言，深入了解大脑在不同状态的激活模式、程度，能够为临床的“精准治疗”提供客观的依据。现阶段，对于脑功能机制并未阐明透彻，fNIRS通过对脑组织中总血红蛋白、HbR及HbO等三个指标的相对浓度变化量情况测量分析可以开展脑功能的研究，其无创、便携、操作方便、没有噪音及可重复检测等特点，非常适合在医院门诊中开展，尤其适合应用在儿童保健门诊中的患发育障碍疾病类似注意缺陷多动障碍、孤独症谱系障碍、全面发育迟缓及语言障碍等合作性欠佳的儿童的脑功能研究。现阶段在儿童发育障碍疾病部分领域已经有较深入的研究并取得了一定的成果。但是目前fNIRS技术应用仍面临较多的挑战和困难：(1)目前fNIRS技术的研究多为横断面的小样本的研究；(2)在fNIRS的检测过程中，监测指标容易受被试哭闹、移动等影响出现波动，稳定性不足；(3)fNIRS技术目前更多的是用于学术研究，因其缺乏行业的统一标准限制了该技术在临床诊疗中的使用。今后可针对以上的挑战和困难开展进一步的研究，期待fNIRS更广泛的应用于临床中，为临床诊疗工作提供有力的生物学指标支持。