2023新生儿脑病及脑发育的床旁脑功能成像.docx

2023新生儿脑病及脑发育的床旁脑功能成像摘要新生儿脑病与脑发育的床旁功能成像，为神经多模态监护之一。在显示脑结构的同时，检测脑血流动力学变化，反映脑功能。目前已临床使用的是近红外光谱脑氧成像和功能超声成像。两者均是基于神经血管耦合的原理，通过光或超声看到脑血流变化；根据血流改变，看到脑功能活动。近红外脑氧可实现脑皮层成像，通过国际10-20导联，对脑皮层行细化分区。功能超声可实现皮层及皮层下大视场（数厘米）功能成像，检测脑微血管血流动力学改变。新生儿脑病是新生儿期多种病因所致、以意识状态改变为标志的神经功能障碍。传统的脑病是缺氧缺血性脑病，随着遗传、影像、代谢等检测技术的发展，代谢脑病、癫痫脑病等得以诊断。新生儿脑是发育中的脑，同时有易损性与可塑性强的特点。脑病影响脑发育，尽早对发育进行功能评估，及时发现异常并治疗，可一定程度上重塑功能连接，改善预后。传统脑功能检测是指脑电图、诱发电位等；脑结构成像一般是指颅脑超声和磁共振成像（MRI）。近10年来新开展的脑功能成像结合了脑结构成像和脑功能检测，类似于功能磁共振（fMRI）,但可直接在床旁进行。目前已临床应用的有近红外脑功能成像（functionalnearinfraredspectroscopy,fNIRS）和超声脑功能成像（functionalultrasound,fUS）,均是基于神经血管耦合的原理，即脑功能活动同期局部脑血流发生相应改变，通过脑血流检测可反应脑功能。血流的改变通过近红外光检测，即fNIRS;通过超快速能量多普勒超声检测，即fSo二者可在脑发生的活动毫秒间显示脑血流的变化；亦可在脑结构的微米范围内发现脑血流的变化并成像，适用于新生儿床旁检测。1近红外功能成像近红外光是一种波长780900nm的非可见光，对人体组织具有良好透射性,光可穿透卢页骨到组织，利用组织中的氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（HbR）对光吸收特性的差异，通过修正的Beer-Lambert定律，推导出HbO2和HbR浓度的变化量。因此应用近红外光，可以看到脑血红蛋白的变化；基于神经血管耦合，又可通过血红蛋白的变化看到脑的功能活动。依据脑中HbO2和HbR变化的部位，定位并成像。fNIRS成像是通过多通道的光源和探测器实现的，排布参照脑电图10-20导联,具体见图1oSourcel>ctectora新生儿行NIRS检测,箭头所指为fNIRS头帽,头帽内光源和传感器排布见b;b光源探测器排布图:红色圆点为20个光源；蓝色圆点为16个探测器,可对大脑皮层行45个功能分区图1fNIRS的临床应用分为静息态和任务态早在2012年，有学者用18光源、16探测器成功对健康新生儿枕叶皮层视觉网络进行了功能成像。Wang等1在2017年提出JNIRS监测7min即可得到的稳定脑网络参数，故fNIRS成像时间是78mino1.1静息态fNIRS对新生儿脑病的评价：缺氧缺血性脑病是新生儿期最常见的脑病，目前出生后用动态脑电图监测脑功能并在6h内积极亚低温治疗，能够改善预后。fNIRS不仅可监测脑功能，且可对脑功能网络进行成像，亦可对不同脑区的功能连接进行评价。fNIRS检测的首先是脑功能连接强度，反映新生儿大脑的整体功能水平。Zhang等2对缺氧缺血性脑损伤(hypoxic-ischemicbraindamage,HIBD)新生儿与对照组45个脑区的脑功能连接进行对比(见图2),发现HIBD患儿在各通道的功能连接低于对照组，表现为全脑广泛的脑功能强度的降低，其中跨大脑半球的连接强度降低更为明显，包括左侧额中回-右侧颍极,左侧额上回-右侧中央后回等。为HIBDffltb为对照纲为HIBDffl;LPFC:左前糖叶皮屋；LTL：左股叶lLPL:左B（叶;RPFC:右前叶皮屋;RTL:右IahRPL：右顶叶;62个连接（蓝色><0.05）和9个连接（红色”/KOQI）明显减低,功能连接强度越高.偏色越通向陵色;引向参考文献.2图2各通道间功能连接矩阵图fNIRS检测按照大脑的关键功能区可分为左侧和右侧前额叶皮层、颍叶皮层、顶叶皮层的研究区域里的中央节点（大脑网络完整性中的关键点）可以反应脑功能改变。Zhang等2发现所有新生儿左侧的中央节点数量多于右侧，提示新生儿出生时的脑即有左侧优势。在缺氧缺血脑损伤后，新生儿左侧中央节点明显减少。另一种fNIRS的脑网络指标是HbO2与HbR浓度的相位差异时间序列，即氧合与还原血红蛋白相位（hemoglobinphaseofoxygenationanddeoxygenation,hPod）3o其原理是基于HbO2相对于HbR的相位滞后稳定在34,这种自发振荡的现象是脑血管舒张与大脑耗氧的相互作用所致。目前认为hPod是反应脑功能的敏感指标。Watanabe等3通过监测足月儿、晚期早产儿（胎龄34-36周）和早期早产儿（胎龄2333周）的hPod,发现随胎龄增加，3组hPod均快速下降。不同胎龄新生儿的hPod比较,足月儿或晚期早产儿组与早期早产儿组无明显差异，而21-三体综合征新生儿则明显增高。说明晚期早产儿已建立相对完整的脑功能连接；21-三体综合征患儿hPod明显升高与脑突触连接建立不紧密、脑容量相对小、转运蛋白缺乏相关。1.2任务态fNIRS对新生儿脑发育的评价观察不同年龄刺激后的脑功能变化，可从神经科学角度研究脑发育机制；分析刺激后脑网络成像改变，可为评估脑发育提供生物标志物。1.2.1语言学习与感知的脑网络成像WU等4通过fNIRS研究发现新生儿生后不能辨别元音，但进行5h的听音学习之后，大脑发生了明显的神经可塑性改变，能够分辨学习过的元音。相应脑区为题叶（尤其是题上回）、额叶（尤其是左侧额下回），其中左侧额下回在检测语音结构中发挥关键作用，为婴儿发声模仿阶段所依赖的语音感知-生成环路的雏形。122情绪性语音感知的脑网络成像婴儿在出生6个月后，会被负性刺激所吸引，这是在进化过程中，为了躲避可能的危险而做出的迅速反应。通过fNIRS研究发现，不同于6个月婴儿，新生儿对正性情绪性语音更敏感，相应脑区为右侧颍上回和角回，见图3;此发现从个体发展的角度修订了情绪加工的核心理论5。02468a为中性韵律;b为恐惧韵律;C为愤怒韵律;d为快乐韵律;引自参考文献5图3新生儿大脑对4种情绪语音的激活对母语感知的脑网络成像通过fNIRS研究发现，新生儿在加工母语时会激活左侧颍叶脑区。这表明人类在胎儿时期就可能听到宫外的母语并进行了初步的编码、学习和记忆5。1.4早产儿在听音乐后脑网络成像Rerl等6给平均胎龄34周的10例早产儿播放3min的莫扎特音乐，发现右侧颗叶和额叶（包括前额叶皮层，主要为额上回和额下回）之间的功能连接同步激活可能与音乐在早产儿中引发的情绪反应有关，证明了新生儿感知音乐的能力是与生俱来的。fNIRS成像的局限性在于近红外光穿透深度为12cm,只能到达大脑皮层组织（灰质），不能对皮层下组织（白质）和深部灰质核团（丘脑、基底节等）进行成像。2功能超声成像卢页脑超声是新生儿床旁最常使用的影像学检查，除脑结构外，可行大脑前、中动脉多普勒血流检测评估颅脑大血管血流动力学改变。随着超声成像分辨率提高，帧频可达上万赫兹，对缓慢、微小血流检测的灵敏度大幅提升。在显示结构的同时，看到大脑的微血流；通过血流改变，看到大脑功能活动。fUS具有出色的空间、时间分辨率和灵敏度能实现大视场,检测效果介于fMRI和fNIRS之间。Demene等7在生理状态下，给新生儿同时行fS和录像脑电图（EEG）检测,以EEG检测的新生儿活动睡眠和安静睡眠为脑功能的金标准，发现fS能够清晰、与EEG同步显示新生儿睡眠周期。基于超快速能量多普勒成像的技术原理，fUS可检测到多种与新生儿疾病相关的微血管，如豆纹动脉、大脑中动脉长穿支、大脑前中动脉皮层分支、髓静脉、上矢状窦；故可在床旁检测新生儿微血管血流动力学改变，具体见图4oA:上矢状窦;B:大脑前动脉皮质分支;C:脏周动脉;D：豆纹动脉;E：髓静脉;F：脑岛分支动脉;G：大脑中动脉皮层分支;引自参考文献7图4通过OJS检测脑结构及微血管在疾病状态下，Demene等8对1例有右侧顶叶液化伴癫痫发作的新生儿同时行EEG和fS检测,发现EEG显示痫样放电的同时,fUS在右侧顶叶可同期检测到脑血流的改变。在对1例右侧巨脑回表现为新生儿起病的癫痫患儿，其fS的脑血流与EEG同步。持续fS监测，可以定位癫痫灶和判断抗癫痫药物疗效。Baranger等9用fUS比较了足月儿和极早产儿静息状态下的脑功能连接性，包括额叶和扣带回、双侧额叶、双侧扣带回。发现极早产儿的脑功能连接落后于足月儿，尤其是丘脑与皮层的连接性。3结语新生儿床旁脑功能成像是多模态神经重症监护的方法之一，是在使用呼吸机、各种操作、护理的同时，适应临床各类场景的脑功能检测方法9。目前近红外光谱成像与超声功能成像已在临床应用，光入声出等新型床旁脑功能成像仪亦在积极研制中。床旁的脑功能成像，通过检测血流动力学改变，能够直观地同时显示脑结构与功能，是床旁多模态脑功能监护的重要环节。参考文献（略）