基于血液循环信息的神经肌肉功能评估及其在面瘫和偏瘫中的应用研究

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【关键词】 激光散斑成像  近红外光谱  周围性面瘫  偏瘫  神经肌肉 

【出版日期】2019-06-01

【摘要】长期以来,临床和科学研究人员倾向于将神经系统疾患和血液循环系统疾患分开对待,独立研究;随着研究的深入,科学家们发现神经系统和血液循环在结构和功能上,均存在耦合关系,神经功能会影响血液循环功能,血液循环功能也会影响神经功能。自2001年以来,针对神经血管耦合的研究热度呈指数级上升,但是,现有神经血管耦合研究的对象和技术方法大多针对中枢神经系统,针对外周神经肌肉系统与血液循环系统功能耦合关系的研究,尚不多见。本研究以外周神经肌肉系统为研究对象,尝试通过检测外周神经肌肉血液循环信息的方法,对外周神经肌肉系统的功能进行评估。实验设计上,我们挑选周围性面瘫和卒中后偏瘫为典型研究案例,选用无创的血液循环检测技术获取案例外周神经肌肉系统的血液循环信息。其中,采用激光散斑成像技术(Laser Speckle Contrast Imaging,LSCI)对周围性面瘫被试的面部微循环血流量实时成像;采用近红外光谱技术(Near-infrared Spectroscopy,NIRS)对卒中后偏瘫被试的肢体微循环血红蛋白浓度实时检测。我们对85例不同病情程度周围性面瘫患者的研究结果表明,面部组织的微循环血流量与面神经功能损伤情况相关。面瘫患者面部患侧血流量低于健侧,健康人面部两侧血流量近乎相等。我们用Pr值(健侧血流量与患侧血流量的比值)表示面部两侧血流量的不均衡程度,病情越重,Pr值越高。Pr值与面瘫评估的金标准House-Brackmann(HB)量表的相关系数为0.827(P<0.01);根据HB量表对受试者分组,不同病情组的Pr值分布有显著性差异(P<0.01)。面瘫常用的物理干预手段,能改变面瘫患者的面部微循环血流量,针刺疗法平均使治疗过程中的Pr值下降9.31%,患侧和健侧血流分布的平衡性显著改善。本研究通过实验验证了通过面部微循环血流量信息,评估面瘫病情和康复程度的可行性。我们对30例卒中后偏瘫患者的研究结果表明,患侧和健侧肢体肌肉的血流量近似,但是两侧的血氧消耗率有显著性差异(P<0.01)。无论是压力袖带阻断血流,还是肌肉等张收缩运动的方式,都可见患侧肌氧的消耗明显低于健侧。但是,患侧肌氧浓度变化指标与现在偏瘫程度评分标准Fugl-Meyer(FM)量表之间,没有显著的相关关系。因此,本研究通过实验验证了通过肌肉血氧信息,可以评估偏瘫患者的肌肉功能,但是不能全面评估偏瘫患者的运动功能障碍程度。现有的研究表明,肌肉收缩时,其血氧变化的空间分布并不均匀,但是体积庞大的肌肉血氧成像设备—Positron Emission Tomography(PET)、Magnetic Resonance Spectroscopy(MRS)等限制了研究的场地和范式。我们在研究中采用便携地多通道NIRS技术,克服了大型成像设备应用限制,并能同时获取肌肉血氧的时间和空间变化特征。我们实验验证了不同康复运动范式(主动运动、被动运动、运动想象)下,肌肉血氧的时空变化特征:主动运动和被动运动都引起肌肉含氧血红蛋白浓度和血流量的显著下降(P<0.05),肌肉含氧血红蛋白浓度和血流量分布不均匀性显著上升(P<0.05)。所不同的是,被动运动引起的含氧血红蛋白浓度和血流量变化幅度小于主动运动,而且主动运动时血红蛋白浓度变化的区域与收缩肌肉所在位置基本一致,被动运动时则无此现象。研究表明,主动和被动运动对肌肉均有一定的锻炼作用,而运动想象是纯粹的大脑活动,对肌肉几乎没有锻炼作用。最后,我们尝试将表面肌电技术(Surface Electromyography,sEMG)和面部血流量成像技术结合,为未来外周神经肌肉与血液循环功能耦合的研究确立一种可行的研究方法。我们尝试了通过高密度肌电电势图的分布和肌肉协同分析的方法,对面瘫患者的病情进行评估,发现这两种方法均能个性化的反映有问题的面神经分支和肌肉。我们通过柔性的透明电极制作技术,可以将sEMG技术与激光散斑成像技术融合,实现神经肌肉电生理信号和血流信号的实时同步检测。

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