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精神疾病臨床分類診斷中功能性近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用

  • 發(fā)布日期：2021-08-20
  • 閱讀量：1449
  • 來源：依瑞德集團
功能性近紅外光譜(fNIRS)是一種很有前景的輔助檢查工具，用于臨床鑒別診斷和評估。fNIRS利用從頭皮上探頭發(fā)射的近紅外光(650-1000nm)間接測量血液中血紅蛋白濃度的變化，從而反映大腦皮層被激活的情況。

依瑞德&資聯(lián)虹康企業(yè)管理集團生產(chǎn)的fNIRS-TMS集成式線圈拍


最近的一項涉及多個（醫(yī)學(xué)或研究）中心的有1000多名參與者（153名重度抑郁癥（MDD）患者，136名慢性精神分裂癥（ChSZ）患者，134名有抑郁癥狀的雙相情感障礙患者，以及590名健康對照組）的研究中將fNIRS作為一款成熟的全科臨床檢查的工具。在該fNIRS系統(tǒng)中，任務(wù)過程中前額葉活動的強度（積分值）和時間（重心值）被用作診斷預(yù)測因子，結(jié)果表明，積分值可以區(qū)分患者和健康人群，準確率達70%以上，重心值可區(qū)分精神病障礙（即精神分裂癥和雙向情感障礙），重度抑郁癥的準確率超過80%。2014年，日本厚生勞動省(Ministry of Health, Labour and Welfare of Japan)批準fNIRS作為臨床輔助診斷工具，通過公共健康保險在有資質(zhì)的醫(yī)療機構(gòu)中區(qū)分精神病和重度抑郁癥。

下面是一項新的研究對上述fNIRS作為臨床輔助診斷設(shè)備的相關(guān)內(nèi)容進行了驗證。

方法

共有144名參與者，其中包含47名精神病超高風(fēng)險（UHR）個體(18 drug-na?ve)， 30名首發(fā)精神病（FEP）患者(6 drug-na?ve)， 34名慢性精神分裂癥（ChSZ）患者(1 drug-na?ve)和33名健康對照者參與。對照組的性別和發(fā)病前的智商與其他組匹配，年齡與FEP和ChSZ組匹配。FEP患者、ChSZ患者及健康對照組來自2009年7月至2014年6月之間招募，獨立于之前的研究。在基線測量后12個月，使用相同的fNIRS程序測量了34例UHR患者(72%)、21例FEP患者(70%)和33例對照組的血流動力學(xué)反應(yīng)。

目的

第一：檢驗之前的研究結(jié)果是否可重復(fù)（即ChSZ患者是否可以通過重心值成功地從MDD中劃分為精神病范圍組）。第二：檢驗修改后的重心值和積分值是否適用于不同的臨床階段，包括首發(fā)精神病(FEP)和精神病超高風(fēng)險(UHR)。第三：測試UHR、FEP和對照組12個月縱向測量的準確性是否相同。

儀器和測量設(shè)置

使用52通道的fNIRS儀器，一個160秒的組塊設(shè)計 (即30秒準備期，60秒任務(wù)期和70秒恢復(fù)期)的語言流暢性任務(wù)。任務(wù)周期被分為三個子周期，指示音節(jié)每20秒改變一次。


fNIRS算法變量

利用近紅外光譜(fNIRS)波形的主成分分析，合成了額葉區(qū)(額葉區(qū)11個通道)和顳葉區(qū)(雙側(cè)顳葉區(qū)20個通道)的聚集通道信號。排除了2例基線ChSZ患者和1例隨訪FEP患者的數(shù)據(jù)（因為軟件過濾后每個區(qū)域可用的通道少于6個，因此不支持進一步分析）。

大腦地圖頂部的黑點代表估計的通道位置。

每個通道和組(控制組、UHR、FEP和ChSZ)的平均近紅外波形分別用紅色、橙色、藍色和綠色線顯示在底部。

帶有粗灰色和黑色線條的通道分別代表額葉區(qū)和顳葉區(qū)。

 

對于每個區(qū)域，計算積分值和重心值，定量提取之前研究中發(fā)現(xiàn)的fNIRS波形特征。積分值表示任務(wù)期間信號變化的和（圖a）。更高的值意味著大腦各區(qū)域與認知任務(wù)相關(guān)的活動更大。在額葉區(qū)和顳葉區(qū)分別設(shè)置積分值的閾值為73和104。當積分值大于閾值（活動更大）時，參與者被分為非患者組；否則，參與者被分為患者組。


重心值代表活動時間，并在表現(xiàn)抑郁癥狀的患者中區(qū)分精神病范圍障礙和MDD。重心值定義為fNIRS信號正變化曲線下面積達到整個任務(wù)總面積一半的時間(s)(圖b)。由于本研究中相對的fNIRS信號變化主要發(fā)生在任務(wù)期和任務(wù)期后，值越小，說明大腦各區(qū)域?qū)φJ知任務(wù)的反應(yīng)越迅速。前緣區(qū)重心值的閾值為54 s(圖b)。當重心值大于54(活動時間延遲更多)時，參與者被分為精神病范圍組；否則，參與者被分為重度抑郁癥組。
額葉(c)和顳葉(d)區(qū)域的平均fNIRS波形


統(tǒng)計分析
以重心值和積分值為因變量，以不同組(對照組/UHR/FEP/ChSZ)為受試者間因素，區(qū)域(額葉/顳葉)為受試者內(nèi)因素，使用雙向重復(fù)測量協(xié)方差分析(ANCOVA)檢驗fNIRS算法變量的橫斷面組間差異。年齡和性別作為協(xié)變量。
在ChSZ組進行判別分析，以檢驗最初的發(fā)現(xiàn)是否可復(fù)制到以前的研究；具體來說，我們使用積分值來確定參與者是否被劃分為患者組或非患者組，使用重心值來確定參與者是否被劃分為精神病范圍組或重度抑郁癥組。在UHR和FEP組中也進行判別分析，以確定它們是使用積分值分布到患者組還是使用重心值分布到精神病范圍組。對所有參與者以及臨床陰性癥狀者按照現(xiàn)有算法進行判別分析。

結(jié)果

約三分之二的ChSZ患者使用積分值成功地分為患者組，使用重心值成功地分為精神病范圍組。三分之二的UHR個體和FEP患者也被歸類為精神病范圍組，這些比率在12個月的隨訪測量中保持不變。考慮到年齡和性別的影響，超過80%的UHR個人和FEP患者使用修正的重心值被歸為精神病范圍組。此外，超過80%的FEP和ChSZ患者使用修改后的積分值歸為患者組。
綜上所述，fNIRS輔助臨床檢查有助于區(qū)分不同臨床階段的精神病和重度抑郁癥。與MRI相比，fNIRS提供了一種更簡單的方法來測量血流動力學(xué)反應(yīng)，而無需限制體位，且測量時間較短，適用于對精神疾病患者的檢查。
腦科學(xué)與神經(jīng)調(diào)控
，贊1
參考文獻：S Koike,et al .  An application of functional near infrared spectroscopy as supplementary examination for diagnosis of clinical stages of psychosis spectrum . Psychiatry & Clinical Neurosciences, 2017 Dec;71(12):794-806