通过频域近红外光谱学评估婴儿大脑发育

01

研究背景

在出生后的所有时期中，人生第一年的生长和发育速度是无与伦比的。然而，随着快速生长，在面对由于遗传缺陷、基因表达和环境暴露引起的疾病时人的脆弱性也在增加。在生命早期发生的损伤或异常基因表达预计会对神经元组织和整体神经元活动产生深远的影响，因为许多轴突-树突连接形成与大多数髓鞘形成都发生在第一年。尽管人在第一年具有高度脆弱性，但用于评估大脑健康的工具非常少，目前的临床检查对此漠不关心也是众所周知。为了更好地理解正常的发育轨迹，并在早期区分异常和正常轨迹，需要一种安全、廉价、便携的定量、可靠的监测区域大脑发育的技术。
 

02

研究方法
 

2.1、被试

共47名健康婴儿，年龄分布从早产至12个月大，其中30名为男性，平均胎龄为37.9周。
 

2.2、实验材料

使用了定制的商用频域血氧计(Imagent, ISS Inc.)，带有32个激光源和4个光电倍增管探测器。激光是快速多路复用(10毫秒)的顺序，所以在任何给定的时间只有一个源是打开的，在探测器一侧允许软件分离。光纤端激光器发出的光功率在5 mm2区域内为小于1 mW，远低于ANSI标准限制，可安全测量。
 

2.3、实验流程

使用上述设备进行测量。
 

2.4、分析方法

利用多距离频域方法，从振幅和相位数据计算每个波长的吸收和降低散射系数.通过拟合7个波长的吸收系数，得到了血红蛋白浓度和氧化情况。脑血容量计算公式如下：

还计算了脑氧代谢率随年龄的变化。脑氧代谢的变化由以下关系为基础：

03

研究结论

图一展示了从出生至一年的Hbt，CBV与StO2的增长率。图二显示了额叶区域的测量值，与这个年龄范围和其他年龄范围线性吻合。

 图一

图二
 

04

实验结论

将测量范围扩展到大一点的婴儿，并表明FD-NIRS通过解决区域特定的HbT、CBV和StO2在生命第一年的变化，提供了区域大脑发育的定量测量。尽管HbT、CBV和CMRO2显著增加，但StO2的变化相对较小，这可能表明，在健康婴儿中，不同年龄向不同大脑区域输送氧气与局部消耗密切相关。这一结果与大脑皮层不同区域血容量的增加是平行的，并与发育过程中神经元代谢需求的增加紧密耦合的假设相一致。 

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

DOI：10.1203/pdr.0b013e318045be99