近红外脑成像检测结果与功能核磁具有高度相关一致性

 

 

 
 

功能性近红外脑功能成像技术(fNIRS)是近些年发展起来的一种动态检测神经细胞活动、实现脑功能监测的神经成像新技术。因其非侵入性、无创性、可持续监测性等特点,被称为戴在头上的功能磁共振,在临床上具有重要的应用前景,如阿尔茨海默病、精神分裂症、诵读困难症、帕金森氏病、儿童疾病、神经外科手术后功能障碍、注意力、功能连接以及其他辅助诊断,为临床提供了一种新的、简便的分析、诊断、治疗疾病的手段。慧创近红外是专注于近红外脑成像的高新技术企业,其自主研发的NirSmart是全球首款获批NMPA医疗器械证的便携式近红外脑功能成像系统。这意味着便携式近红外脑成像设备可以用于临床检测,为患者及医生们提供更丰富更全面的检测手段。

 

 

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与核磁结果有高度相关性 

脑磁共振由于其无创、可重复、并具有较高的空间分辨率,因此被认为是无创血流动力学神经成像技术的金标准[1]。近红外脑成像作为新兴的脑成像技术,它的准确性可以根据与核磁的一致性对比来体现。

 

发表在《NeuroImage》的一个研究[2],利用近红外脑成像和功能磁共振成像测量27名受试者在言语工作记忆(WM)任务和手指敲击(TAP)任务执行期间的功能激活信号。结果显示,大脑中的大多数灰质体素对WM(图A)和TAP(图C)任务都具有显着的相关系数。此外,L-BOLD(灰质)信号与受试者体内的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白信号高度相关(图B和D)。相关系数:WM任务:r=0.77(含氧),r=0.85(脱氧);TAP任务:r=0.94(含氧);r=0.85(脱氧)。

NIRS-Hb 信号和 BOLD 信号之间的相关性示例

另一项研究[3]则是比较在舞蹈视频游戏任务中使用近红外脑成像(fNIRS)记录的大脑活动与使用fMRI(功能性磁共振成像)在简化版本的任务中记录的大脑活动。实验结果表明,使用功能性磁共振成像(fMRI)从颞上回和颞中回的整合中心获得的活动与自然任务中相同区域的功能性近红外光谱(fNIRS)信号具有高度相关性。下图显示了功能磁共振(蓝色轨迹)的16名受试者和fNIRS(红色轨迹)的26名受试者的标准化和平均原始数据。数据在时间0开始,任务阶段在前30秒。垂直虚线表示休息的开始。两个数据集均显示任务阶段的响应增加,休息阶段的响应下降,fMRI信号的可变性增加。对功能磁共振信号进行回归,以最小化两条记录道之间的均方根差,从而对记录道进行比较。两个信号之间的回归系数为0.78,相关p值为0.03。

颞中回 fNIRS 与 fMRI 信号的相关性

 

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fNIRS结果具有可重复性 

研究显示[3],12名受试者在重测间隔为3周的两个任务中接受了60次视觉刺激试验。通过散点图补充对比度t值的线性相关性,计算激活通道数量和检测激活位置的通道组内相关系数(ICC)以及再现性指数。就单次测量ICC而言,组水平的结果显示出良好的可靠性(0.84),并且通过激活通道数量和激活通道位置量化的良好再现性(高达96%的数量和位置是可再现的)。此外,如果从集群层面来看,单次测量ICC评估的可靠性有所提高。
 

基于β权重用组内相关系数 (ICC) 表示的检测到激活的可重复性

▲二级分析得到的 HbO2的t值散点图

 

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小结

近红外脑成像作为一种无创、高效的功能神经影像学技术,与功能核磁的高度相关性和可重复性意味着它的检测结果是真实、准确且可应用的,也意味着近红外脑成像将在脑功能疾病诊断和疗效评估等方面得到越来越多的临床应用。此外,近红外与核磁、脑电等技术的联用,也将优化神经成像技术,为揭示康复过程神经环路和网络重建提供重要的证据支撑[4]

 
 

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关于慧创

慧创医疗(丹阳慧创医疗设备有限公司)成立于2016年1月,公司专注于近红外脑功能成像领域,是北京航空航天大学科研成果转化的高新技术企业,公司自主研发了世界首台超过100通道近红外脑功能成像装置并于国内首个获批NMPA医疗注册证(苏械注准20192060949),使得全头近红外临床检查成为可能。此外,慧创近红外便携式脑成像产品NirSmart是世界上首个获批NMPA医疗器械证的便携式近红外脑功能成像系统(苏械注准20212061219)。这也让慧创医疗成为了国内近红外脑成像技术的领航者,国际脑科学研发及近红外技术医疗应用的领先者。

 

慧创医疗依托于北航一流的科研团队与科研积淀,使得公司技术实力受到了国家层面的认可,负责及参与了多项国家重点项目,其中包括2项目国家重点研发计划,1项国家自然基金委的重大科仪项目。并于2021年12月荣获中国生物医学工程学会“黄家驷生物医学工程奖”技术发明奖。至此,慧创医疗凭借在“产学研医”全流程上所取得的丰硕成果,已将产品在200余家单位进行了示范应用,支撑SCI论文60余篇,获取全国10省医疗收费编码实现临床应用落地。

 

 

参考文献:

[1] Scarapicchia V ,  Brown C ,  Mayo C , et al. Functional Magnetic Resonance Imaging and Functional Near-Infrared Spectroscopy: Insights from Combined Recording Studies[J]. Circ Cardiovasc Imaging, 2017, 11(10):419.

[2] A H S ,  E N Y B ,  A T F , et al. A NIRS–fMRI investigation of prefrontal cortex activity during a working memory task[J]. NeuroImage, 2013, 83(12):158-173.

[3] Noah J A ,  Ono Y ,  Nomoto Y , et al. fMRI Validation of fNIRS Measurements During a Naturalistic Task.[J]. Jove, 2015, 2015(100).

[4] Plichta M M ,  Herrmann M J ,  Baehne C G , et al. Event-related functional near-infrared spectroscopy (fNIRS): are the measurements reliable?[J]. Neuroimage, 2006, 31(1):116-124.

[5]近红外脑功能成像临床应用专家共识[J].中国老年保健医学,2021,19(02):3-9.

 
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