通過頻域近紅外光譜學(xué)評(píng)估嬰兒大腦發(fā)育

1.研究背景

在出生后的所有時(shí)期中，人生第一年的生長(zhǎng)和發(fā)育速度是無與倫比的。然而，隨著快速生長(zhǎng)，在面對(duì)由于遺傳缺陷、基因表達(dá)和環(huán)境暴露引起的疾病時(shí)人的脆弱性也在增加。在生命早期發(fā)生的損傷或異?；虮磉_(dá)預(yù)計(jì)會(huì)對(duì)神經(jīng)元組織和整體神經(jīng)元活動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，因?yàn)樵S多軸突-樹突連接形成與大多數(shù)髓鞘形成都發(fā)生在第一年。盡管人在第一年具有高度脆弱性，但用于評(píng)估大腦健康的工具非常少，目前的臨床檢查對(duì)此漠不關(guān)心也是眾所周知。為了更好地理解正常的發(fā)育軌跡，并在早期區(qū)分異常和正常軌跡，需要一種安全、廉價(jià)、便攜的定量、可靠的監(jiān)測(cè)區(qū)域大腦發(fā)育的技術(shù)。

2.研究方法

2.1 被試

共47名健康嬰兒，年齡分布從早產(chǎn)至12個(gè)月大，其中30名為男性，平均胎齡為37.9周。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

使用了定制的商用頻域血氧計(jì)(Imagent, ISS Inc.)，帶有32個(gè)激光源和4個(gè)光電倍增管探測(cè)器。激光是快速多路復(fù)用(10毫秒)的順序，所以在任何給定的時(shí)間只有一個(gè)源是打開的，在探測(cè)器一側(cè)允許軟件分離。光纖端激光器發(fā)出的光功率在5 mm2區(qū)域內(nèi)為小于1 mW，遠(yuǎn)低于ANSI標(biāo)準(zhǔn)限制，可安全測(cè)量。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

使用上述設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

利用多距離頻域方法，從振幅和相位數(shù)據(jù)計(jì)算每個(gè)波長(zhǎng)的吸收和降低散射系數(shù).通過擬合7個(gè)波長(zhǎng)的吸收系數(shù)，得到了血紅蛋白濃度和氧化情況。腦血容量計(jì)算公式如下：

還計(jì)算了腦氧代謝率隨年齡的變化。腦氧代謝的變化由以下關(guān)系為基礎(chǔ)：

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1展示了從出生至一年的Hbt，CBV與StO2的增長(zhǎng)率。圖2顯示了額葉區(qū)域的測(cè)量值，與這個(gè)年齡范圍和其他年齡范圍線性吻合。

圖1                                  圖2

4.結(jié)論

將測(cè)量范圍擴(kuò)展到大一點(diǎn)的嬰兒，并表明FD-NIRS通過解決區(qū)域特定的HbT、CBV和StO2在生命第一年的變化，提供了區(qū)域大腦發(fā)育的定量測(cè)量。盡管HbT、CBV和CMRO2顯著增加，但StO2的變化相對(duì)較小，這可能表明，在健康嬰兒中，不同年齡向不同大腦區(qū)域輸送氧氣與局部消耗密切相關(guān)。這一結(jié)果與大腦皮層不同區(qū)域血容量的增加是平行的，并與發(fā)育過程中神經(jīng)元代謝需求的增加緊密耦合的假設(shè)相一致。

5.文獻(xiàn)名稱及DOI號(hào)

Assessment of Infant Brain Development With Frequency-Domain Near-Infrared Spectroscopy

DOI:10.1203/pdr.0b013e318045be99