近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)分(fen)析(xi)模(mu)塊(kuai)的(di)光(guang)譜(pu)技(ji)術(zhu)及(ji)其(qi)在(zai)腦(nao)功(gong)能(neng)成(cheng)像(xiang)中(zhong)的(di)應(ying)用(yong)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(zhu)（NearInfraredSpectroscopy，NIRS）是(shi)基(ji)於(yu)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)技(ji)術(zhu)的(di)腦(nao)成(cheng)像(xiang)方(fang)法(fa)，它(ta)可(ke)以(yi)非(fei)侵(qin)入(ru)性(xing)地(de)測(ce)量(liang)大(dai)腦(nao)皮(pi)層(ceng)的(di)氧(yang)合(ge)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)（HbO）和(hu)去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)（HbR）的(di)濃(nong)度(duo)變(bian)化(hua)，從(zong)而(er)提(ti)供(gong)關(guan)於(yu)大(dai)腦(nao)活(huo)動(dong)的(di)信(xin)息(xi)。近(jin)年(nian)來(lai)，近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)在(zai)腦(nao)功(gong)能(neng)成(cheng)像(xiang)中(zhong)的(di)應(ying)用(yong)得(dei)到(dao)了(liao)廣(guang)泛(fan)的(di)關(guan)注(zhu)，尤(you)其(qi)是(shi)在(zai)認(ren)知(zhi)神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)、臨(lin)床(chuang)診(zhen)斷(duan)和(hu)腦(nao)-計(ji)算(suan)機(ji)接(jie)口(kou)（BCI）等(deng)領(ling)域(yu)。 一(yi)、近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)技(ji)術(zhu)原(yuan)理(li)
近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)技(ji)術(zhu)利(li)用(yong)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)（波(bo)長(zhang)通(tong)常(chang)在(zai)700至(zhi)1100納(na)米(mi)之(zhi)間(jian)）照(zhao)射(she)大(dai)腦(nao)，通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)不(bu)同(tong)波(bo)長(zhang)的(di)光(guang)在(zai)腦(nao)組(zu)織(zhi)中(zhong)的(di)吸(xi)收(shou)和(hu)散(san)射(she)特(te)性(xing)，來(lai)推(tui)算(suan)血(xue)液(ye)中(zhong)氧(yang)合(ge)和(hu)去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)的(di)相(xiang)對(dui)濃(nong)度(duo)變(bian)化(hua)。大(dai)腦(nao)的(di)血(xue)液(ye)流(liu)量(liang)、血(xue)氧(yang)水(shui)平(ping)和(hu)血(xue)液(ye)的(di)光(guang)學(xue)特(te)性(xing)對(dui)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(di)吸(xi)收(shou)特(te)性(xing)，因(yin)此(ci)，通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)這(zhe)些(xie)光(guang)譜(pu)信(xin)息(xi)可(ke)以(yi)推(tui)斷(duan)大(dai)腦(nao)的(di)功(gong)能(neng)狀(zhuang)態(tai)。
1.光(guang)譜(pu)特(te)性(xing)
氧(yang)合(ge)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)（HbO）：氧(yang)合(ge)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)對(dui)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)的(di)吸(xi)收(shou)較(jiao)低(di)，主(zhu)要(yao)吸(xi)收(shou)波(bo)長(zhang)大(dai)約(yao)在(zai)750-850納(na)米(mi)之(zhi)間(jian)。
去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)（HbR）：去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)對(dui)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)的(di)吸(xi)收(shou)較(jiao)高(gao)，主(zhu)要(yao)吸(xi)收(shou)波(bo)長(zhang)大(dai)約(yao)在(zai)850-950納(na)米(mi)之(zhi)間(jian)。
總(zong)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)（HbT）：總(zong)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)是(shi)氧(yang)合(ge)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)和(hu)去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)的(di)總(zong)和(hu)，可(ke)以(yi)反(fan)映(ying)血(xue)液(ye)的(di)總(zong)體(ti)變(bian)化(hua)。
2.光(guang)譜(pu)信(xin)號(hao)解(xie)讀(dou)
近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)譜(pu)信(xin)號(hao)的(di)變(bian)化(hua)反(fan)映(ying)了(liao)大(dai)腦(nao)皮(pi)層(ceng)中(zhong)血(xue)氧(yang)水(shui)平(ping)的(di)變(bian)化(hua)，通(tong)常(chang)與(yu)神(shen)經(jing)活(huo)動(dong)密(mi)切(qie)相(xiang)關(guan)。神(shen)經(jing)活(huo)動(dong)增(zeng)加(jia)時(shi)，會(kuai)導(dao)致(zhi)局(ju)部(bu)區(ou)域(yu)的(di)血(xue)流(liu)和(hu)氧(yang)氣(qi)消(xiao)耗(hao)增(zeng)加(jia)，從(zong)而(er)引(yin)發(fa)氧(yang)合(ge)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)和(hu)去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)濃(nong)度(duo)的(di)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)。
NIRS利(li)用(yong)這(zhe)一(yi)原(yuan)理(li)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)到(dao)由(you)神(shen)經(jing)活(huo)動(dong)引(yin)起(qi)的(di)血(xue)流(liu)動(dong)力(li)學(xue)變(bian)化(hua)，並(bing)推(tui)測(ce)出(chu)相(xiang)關(guan)的(di)腦(nao)區(ou)活(huo)動(dong)。
二(er)、近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)分(fen)析(xi)模(mu)塊(kuai)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)分(fen)析(xi)模(mu)塊(kuai)通(tong)常(chang)由(you)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)主(zhu)要(yao)組(zu)件(jian)組(zu)成(cheng)：
近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)源(yuan)：用(yong)於(yu)發(fa)射(she)近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)。光(guang)源(yuan)一(yi)般(pan)采(cai)用(yong)LED或(huo)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)，波(bo)長(zhang)範(fan)圍(wei)為(wei)700-1100納(na)米(mi)。
探(tan)測(ce)器(qi)：用(yong)於(yu)接(jie)收(shou)從(zong)大(dai)腦(nao)組(zu)織(zhi)中(zhong)散(san)射(she)回(hui)來(lai)的(di)光(guang)，探(tan)測(ce)器(qi)通(tong)常(chang)是(shi)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)（photodiodes）或(huo)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)（photomultipliertubes）。
光(guang)纖(qian)耦(ou)合(ge)係(ji)統(tong)：用(yong)於(yu)將(qiang)光(guang)源(yuan)發(fa)射(she)的(di)光(guang)導(dao)入(ru)頭(tou)皮(pi)並(bing)傳(zhuan)輸(shu)探(tan)測(ce)器(qi)接(jie)收(shou)到(dao)的(di)散(san)射(she)光(guang)信(xin)號(hao)。
信(xin)號(hao)處(chu)理(li)係(ji)統(tong)：用(yong)於(yu)處(chu)理(li)接(jie)收(shou)到(dao)的(di)信(xin)號(hao)，包(bao)括(kuo)去(qu)噪(zao)、濾(lv)波(bo)和(hu)數(shuo)據(ju)分(fen)析(xi)等(deng)步(bu)驟(zhou)，最(zui)終(zhong)計(ji)算(suan)出(chu)氧(yang)合(ge)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)和(hu)去(qu)氧(yang)血(xue)紅(hong)蛋(dan)白(bai)的(di)濃(nong)度(duo)變(bian)化(hua)。
三(san)、近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)在(zai)腦(nao)功(gong)能(neng)成(cheng)像(xiang)中(zhong)的(di)應(ying)用(yong)
認(ren)知(zhi)神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)研(yan)究(jiu)大(dai)腦(nao)的(di)認(ren)知(zhi)過(guo)程(cheng)，例(li)如(ru)視(shi)覺(jue)、語(yu)言(yan)、注(zhu)意(yi)力(li)和(hu)記(ji)憶(yi)等(deng)。通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)特(te)定(ding)腦(nao)區(ou)的(di)血(xue)流(liu)變(bian)化(hua)，NIRS能(neng)夠(gou)揭(jie)示(shi)不(bu)同(tong)任(ren)務(wu)和(hu)認(ren)知(zhi)活(huo)動(dong)所(suo)涉(she)及(ji)的(di)腦(nao)區(ou)。
NIRS還(huan)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)研(yan)究(jiu)大(dai)腦(nao)的(di)局(ju)部(bu)網(wang)絡(lao)和(hu)功(gong)能(neng)連(lian)接(jie)性(xing)，進(jin)一(yi)步(bu)理(li)解(xie)大(dai)腦(nao)不(bu)同(tong)區(ou)域(yu)之(zhi)間(jian)如(ru)何(he)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)。
臨(lin)床(chuang)診(zhen)斷(duan)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)在(zai)臨(lin)床(chuang)診(zhen)斷(duan)中(zhong)的(di)應(ying)用(yong)主(zhu)要(yao)體(ti)現(xian)在(zai)神(shen)經(jing)疾(ji)病(bing)的(di)監(jian)測(ce)和(hu)治(zhi)療(liao)評(ping)估(gu)上(shang)。例(li)如(ru)，對(dui)於(yu)中(zhong)風(feng)患(huan)者(zhe)，NIRS可(ke)以(yi)監(jian)測(ce)腦(nao)部(bu)血(xue)流(liu)的(di)恢(hui)複(fu)情(qing)況(kuang)，幫(bang)助(zhu)醫(yi)生(sheng)評(ping)估(gu)治(zhi)療(liao)效(xiao)果(guo)。
NIRS還(huan)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)監(jian)測(ce)和(hu)評(ping)估(gu)癲(dian)癇(xian)、阿(e)爾(er)茨(ci)海(hai)默(mo)病(bing)、帕(pa)金(jin)森(sen)病(bing)等(deng)神(shen)經(jing)係(ji)統(tong)疾(ji)病(bing)的(di)腦(nao)功(gong)能(neng)變(bian)化(hua)。
在(zai)麻(ma)醉(zui)監(jian)控(kong)中(zhong)，NIRS技(ji)術(zhu)可(ke)以(yi)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)腦(nao)氧(yang)供(gong)給(ji)，防(fang)止(zhi)低(di)氧(yang)和(hu)缺(que)血(xue)發(fa)生(sheng)，確(que)保(bao)患(huan)者(zhe)安(an)全(quan)。
腦(nao)-計(ji)算(suan)機(ji)接(jie)口(kou)（BCI）
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)已(yi)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)腦(nao)-計(ji)算(suan)機(ji)接(jie)口(kou)（BCI）技(ji)術(zhu)中(zhong)，BCI利(li)用(yong)大(dai)腦(nao)的(di)神(shen)經(jing)活(huo)動(dong)控(kong)製(zhi)外(wai)部(bu)設(she)備(bei)。NIRS技(ji)術(zhu)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)腦(nao)部(bu)活(huo)動(dong)，提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)無(wu)創(chuang)、實(shi)時(shi)反(fan)饋(kui)的(di)方(fang)式(shi)，幫(bang)助(zhu)用(yong)戶(hu)通(tong)過(guo)思(si)維(wei)控(kong)製(zhi)計(ji)算(suan)機(ji)、假(jia)肢(zhi)或(huo)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)。
在(zai)BCI應(ying)用(yong)中(zhong)，NIRS的(di)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)其(qi)便(pian)捷(jie)性(xing)、低(di)成(cheng)本(ben)和(hu)實(shi)時(shi)性(xing)，尤(you)其(qi)適(kuo)用(yong)於(yu)需(xu)要(yao)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)的(di)場(chang)合(ge)。
運(yun)動(dong)神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)與(yu)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)可(ke)用(yong)於(yu)運(yun)動(dong)神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)，幫(bang)助(zhu)研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)了(liao)解(xie)大(dai)腦(nao)在(zai)運(yun)動(dong)過(guo)程(cheng)中(zhong)如(ru)何(he)協(xie)調(diao)各(ge)個(ge)部(bu)位(wei)。通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)大(dai)腦(nao)皮(pi)層(ceng)對(dui)運(yun)動(dong)指(zhi)令(ling)的(di)響(xiang)應(ying)，可(ke)以(yi)更(geng)好(hao)地(de)理(li)解(xie)大(dai)腦(nao)在(zai)執(zhi)行(hang)複(fu)雜(za)運(yun)動(dong)任(ren)務(wu)時(shi)的(di)活(huo)動(dong)模(mu)式(shi)。
在(zai)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)方(fang)麵(mian)，NIRS可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)評(ping)估(gu)運(yun)動(dong)損(sun)傷(shang)後(hou)康(kang)複(fu)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(di)腦(nao)部(bu)功(gong)能(neng)恢(hui)複(fu)情(qing)況(kuang)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)神(shen)經(jing)康(kang)複(fu)領(ling)域(yu)的(di)應(ying)用(yong)。
情(qing)感(gan)與(yu)社(she)會(kuai)認(ren)知(zhi)研(yan)究(jiu)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(zhu)還(huan)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)研(yan)究(jiu)情(qing)感(gan)、社(she)會(kuai)互(hu)動(dong)和(hu)決(jue)策(ce)等(deng)心(xin)理(li)過(guo)程(cheng)。例(li)如(ru)，通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)情(qing)感(gan)誘(you)發(fa)刺(ci)激(ji)下(xia)大(dai)腦(nao)的(di)血(xue)氧(yang)變(bian)化(hua)，NIRS可(ke)以(yi)揭(jie)示(shi)情(qing)緒(xu)反(fan)應(ying)的(di)神(shen)經(jing)生(sheng)物(wu)學(xue)基(ji)礎(chu)。
社(she)會(kuai)認(ren)知(zhi)任(ren)務(wu)，如(ru)同(tong)理(li)心(xin)、社(she)會(kuai)判(pan)斷(duan)等(deng)，也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)NIRS進(jin)行(hang)研(yan)究(jiu)，幫(bang)助(zhu)理(li)解(xie)大(dai)腦(nao)如(ru)何(he)處(chu)理(li)複(fu)雜(za)的(di)社(she)會(kuai)信(xin)息(xi)。
四(si)、近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)的(di)挑(tiao)戰(zhan)與(yu)前(qian)景(jing)
空(kong)間(jian)分(fen)辨(bian)率(shuai)的(di)限(xian)製(zhi)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)的(di)空(kong)間(jian)分(fen)辨(bian)率(shuai)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)，無(wu)法(fa)像(xiang)腦(nao)磁(ci)共(gong)振(zhen)成(cheng)像(xiang)（fMRI）那(nuo)樣(yang)提(ti)供(gong)高(gao)精(jing)度(duo)的(di)腦(nao)部(bu)結(jie)構(gou)圖(tu)像(xiang)。因(yin)此(ci)，它(ta)更(geng)適(kuo)用(yong)於(yu)動(dong)態(tai)監(jian)測(ce)和(hu)局(ju)部(bu)腦(nao)區(ou)的(di)功(gong)能(neng)活(huo)動(dong)，而(er)不(bu)是(shi)全(quan)腦(nao)的(di)精(jing)確(que)成(cheng)像(xiang)。
深(shen)度(duo)滲(shen)透(tou)的(di)限(xian)製(zhi)
近(jin)紅(hong)外(wai)光(guang)主(zhu)要(yao)受(shou)腦(nao)組(zu)織(zhi)的(di)散(san)射(she)影(ying)響(xiang)，因(yin)此(ci)隻(zhi)能(neng)檢(jian)測(ce)大(dai)腦(nao)皮(pi)層(ceng)淺(jian)層(ceng)的(di)血(xue)氧(yang)變(bian)化(hua)。對(dui)於(yu)深(shen)層(ceng)腦(nao)區(ou)，NIRS的(di)探(tan)測(ce)能(neng)力(li)較(jiao)弱(ruo)，限(xian)製(zhi)了(liao)其(qi)在(zai)一(yi)些(xie)深(shen)層(ceng)腦(nao)活(huo)動(dong)中(zhong)的(di)應(ying)用(yong)。
多(duo)模(mu)態(tai)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(zhu)結(jie)合(ge)
隨(sui)著(zhuo)技(ji)術(zhu)的(di)發(fa)展(zhan)，近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)正(zheng)在(zai)與(yu)其(qi)他(ta)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(zhu)（如(ru)fMRI、EEG等(deng)）結(jie)合(ge)，以(yi)彌(mi)補(bu)各(ge)自(zi)的(di)局(ju)限(xian)性(xing)。通(tong)過(guo)多(duo)模(mu)態(tai)成(cheng)像(xiang)，可(ke)以(yi)獲(huo)得(dei)更(geng)全(quan)麵(mian)、更(geng)準(zhun)確(que)的(di)大(dai)腦(nao)功(gong)能(neng)圖(tu)譜(pu)。
結(jie)論(lun)
近(jin)紅(hong)外(wai)腦(nao)成(cheng)像(xiang)技(ji)術(zhu)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)大(dai)腦(nao)的(di)血(xue)氧(yang)水(shui)平(ping)變(bian)化(hua)，為(wei)大(dai)腦(nao)功(gong)能(neng)成(cheng)像(xiang)提(ti)供(gong)了(liao)便(pian)捷(jie)、無(wu)創(chuang)的(di)手(shou)段(duan)。盡(jin)管(guan)麵(mian)臨(lin)空(kong)間(jian)分(fen)辨(bian)率(shuai)和(hu)深(shen)度(duo)滲(shen)透(tou)的(di)挑(tiao)戰(zhan)，NIRS技(ji)術(zhu)仍(reng)然(ran)具(ju)有(you)重(chong)要(yao)的(di)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)，尤(you)其(qi)在(zai)認(ren)知(zhi)神(shen)經(jing)科(ke)學(xue)、臨(lin)床(chuang)診(zhen)斷(duan)、腦(nao)-計(ji)算(suan)機(ji)接(jie)口(kou)以(yi)及(ji)情(qing)感(gan)和(hu)社(she)會(kuai)認(ren)知(zhi)研(yan)究(jiu)等(deng)領(ling)域(yu)中(zhong)展(zhan)現(xian)出(chu)了(liao)巨(ju)大(dai)的(di)潛(qian)力(li)。隨(sui)著(zhuo)技(ji)術(zhu)的(di)不(bu)斷(duan)進(jin)步(bu)，NIRS將(qiang)在(zai)腦(nao)功(gong)能(neng)研(yan)究(jiu)中(zhong)發(fa)揮(hui)越(yue)來(lai)越(yue)重(chong)要(yao)的(di)作(zuo)用(yong)。
北(bei)京(jing)市(shi)海(hai)澱(dian)區(ou)安(an)寧(zhu)莊(zhuang)後(hou)街(jie)12號(hao)院(yuan)1號(hao)樓(lou)一(yi)層(ceng)、三(san)層(ceng)
在(zai)線(xian)客(ke)服(fu)