大動脈狹窄閉塞患者的腦氧合血紅蛋白震蕩斜率與血管儲備能力相關(guān)

01研究背景

側(cè)支循環(huán)不良是大動脈狹窄閉塞患者發(fā)生腦梗（即腦灌注不足）的因素之一。在腦代謝狀態(tài)不變的情況下，功能性近紅外光譜成像可以在皮層微循環(huán)水平上提供局部腦氧合與血液動力學(xué)信息。例如NIRS所測量的HbO2就可以反應(yīng)患者的腦灌注狀態(tài)信息，不僅如此，NIRS所測得大腦HbO2信號的脈沖波與動脈脈沖波同相振蕩。前人研究表明，腦微血管振蕩所產(chǎn)生動脈脈沖波中振幅或相位偏移的變化與腦灌注受損或缺氧有關(guān)。因此，這種HbO2信號的振蕩[ΔHbO2,0.6-2HZ]可以被視為腦微血管中血管適應(yīng)性的腦自動調(diào)節(jié)的替代性指標(biāo)（尤其在小動脈中）。這也就意味著對這種振蕩信號的分析可以提供有關(guān)血管活動的信息。因為大動脈狹窄閉塞導(dǎo)致腦中局部灌注壓降低，遠(yuǎn)端小動脈擴(kuò)張以維持腦血流量和血紅蛋白氧合，這種振蕩信號中陡峭斜率的出現(xiàn)就意味著患者處于血管舒張/動脈僵硬或是血管并發(fā)癥的狀態(tài)。換言之，這種對HbO2變化（ΔhbO2）斜率的分析可以發(fā)現(xiàn)大動脈狹窄閉塞患者有無血管儲存能力。因此，本研究假設(shè)來自fNIRS的信號斜率可以鑒別腦血流動力學(xué)衰竭的患者。

02研究方法

2.1、被試

前循環(huán)動脈（大腦前動脈、中腦動脈、頸內(nèi)動脈）狹窄閉塞的36名患者（平均年齡=62.3，男性占61.1%）與36名健康對照組。使用磁共振血管造影，計算機(jī)斷層掃描血管造影與常規(guī)血管造影評估患者的動脈狹窄程度。對照組是36名無任何腦血管疾病的被試。

2.2、實驗?zāi)康?/span>

評估近紅外數(shù)據(jù)信號斜率是否與被試血管儲備能力相關(guān)。

2.3、數(shù)據(jù)采集與分析

腦血管儲備能力評估：使用腦單光子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描（SPECT）評估腦灌注。在36名患者在21人接受了經(jīng)顱多普勒超聲檢查并評估了搏動指數(shù)（PI）以評估大腦的血管適應(yīng)性，PI=（收縮期流速-舒張期流速）/平均流速。

功能性近紅外光譜測量：在所有被示中，用NIRST設(shè)備測量其仰臥狀態(tài)下至少五分鐘內(nèi)的前額葉的fNIRS數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集設(shè)置如圖一所示。使用波長為780nm與850nm的連續(xù)波，在Fs=8.138Hz的頻率下對每個波長的光密度變化進(jìn)行采樣。

氧合血紅蛋白數(shù)據(jù)處理：使用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因為老年人前額體積相對較小，故為保持前額信號覆蓋率選擇使用16個通道（圖1C所示）的數(shù)據(jù)。之后通過計算15秒靜息態(tài)基線原始數(shù)據(jù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)差見的對數(shù)比（SI=20·log10（mean/SD）db）來評估每個通道的信號完整程度。選擇SI>30db的通道排除偽跡后進(jìn)行下一步分析。用基于離散余弦變換的3Hz濾波器對其進(jìn)行低通濾波以消除高頻噪聲獲得脈沖振蕩，使用MBLL提取HbO2濃度變化。對斜率的計算如圖2（A,B）所示，即先將左右區(qū)域的HbO2信號平均以增強(qiáng)脈沖振蕩完整性，之后通過對兩個相鄰ΔHbO2值進(jìn)行時間微分獲得ΔHbO2斜率，這反映每個采樣點的脈沖陡度（圖2C）。通過在代表ΔHbO2銳度的滑動窗口上提取局部值以獲得ΔHbO2斜率值振蕩中的上包絡(luò)，將其分別平均與左右半球的單個代表性斜率中（圖2D）。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析：根據(jù)血管儲備狀態(tài)將患者分為兩組，對例如年齡/初始NIHSS、斜率參數(shù)和PI值等連續(xù)數(shù)據(jù)使用Student’s t檢驗和Mann-Whitney U檢驗，對性別、冠狀動脈病等使用皮爾斯卡方檢驗或費舍爾檢驗。對ΔHbO2振蕩斜率值和對側(cè)/同側(cè)斜率進(jìn)行Kruskal-wallis檢驗/單因素方差分析（血管儲備力高/低/對照）。所有統(tǒng)計使用SPSS25.0進(jìn)行。

圖2.數(shù)據(jù)處理示意圖

03實驗結(jié)果

在這項研究中患者(n=36，平均年齡62.3歲；男性，61.1%)中，25例(69.4%)根據(jù)Diamox SPECT的標(biāo)準(zhǔn)有血管儲備受損。狹窄閉塞血管位于大腦中動脈7例(19.4%)，顱內(nèi)ICA 4例(11.1%)，顱外ICA 25例(69.4%)，兩者所占比例相似(表1)。在血管危險因素方面，血管儲備保存組與血管儲備惡化組之間無明顯性差異。對照組(n=36，男性，50.0%)與研究組(P=0.086)相比有年輕化趨勢(平均年齡為55.5歲)。在這些患者中，33.3%(12/36)有急性缺血性卒中(癥狀出現(xiàn)后3天的中位數(shù)，IQR0.8-5.5)。然而，急性缺血性中風(fēng)患者的比例在血管儲備保留和惡化的患者中沒有差異(分別為40.0%和18.2%，P=0.268，表1)。在急性缺血性卒中亞組中，血管儲備惡化患者的初始NIHSS(中位數(shù)2.5，IQR0.75~12.75)略高于血管儲備保留患者(中位數(shù)0，IQR0.0~0.0)(P=0.080)(表1)

表1. 研究人群的臨床特征

ΔHbO2波斜率分析顯示，狹窄側(cè)ΔHbO2平均斜率為(5.01±2.14)，明顯高于血管儲備正常組(3.17±1.36，P=0.014)和對照組(3.82±1.69，P=0.019)(表2，圖3，圖4)。而血管儲備正常組、血管儲備減退組和對照組對側(cè)ΔHbO2斜率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(分別為3.62±1.24vs.3.73±1.52vs.4.31±2.10，P=0.357，ANOVA檢驗，表2)?；颊吲c對照組的血管儲備能力在同側(cè)和對側(cè)ΔHbO2斜率的SD值差異均無明顯性(P=0.198，對側(cè)分別為1.01±0.41vs.1.36±0.66vs.1.41±0.61；1.27±0.62vs.1.04±0.60vs.1.27±0.73，P=0.383，卡方檢驗和表2均為P=2.00)。結(jié)果顯示，有、無血管儲備的患者對側(cè)HbO2斜率的SD值與對照組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.383，P=0.41vs.1.36±0.66vs.1.41±0.61vs.1.41±0.61；1.27±0.62vs.1.04±0.60vs.1.27±0.73，P=0.383)。而血管儲備減少的患者ΔHbO2的同側(cè)/對側(cè)斜率(1.44±0.62)明顯高于血管儲備完好者(0.93±0.33，P=0.016)和對照組(0.94±0.29，P=0.001)(表2和圖4)。為了確定ΔHbO2斜率是否是大血管搏動性灌注的另類指標(biāo)，對21例TCD患者的PI值進(jìn)行了分析。而血管儲備保存組與血管儲備減退組的PI值在同側(cè)(0.84±0.23vs.0.77±0.21vs.0.77±0.21vs.0.77±0.21，P=0.537)、對側(cè)(0.83±0.25vs.0.83±0.23，P=1.000)、同側(cè)與對側(cè)PI比值(1.02±0.17vs.0.95±0.17vs.0.95±0.17，P=0.376)均無明顯差異(表2)。

ΔHbO2波斜率分析顯示，血管儲備減少患者同側(cè)ΔHbO2平均斜率(5·01±2·14)明顯高于血管儲備正?；颊?3·17±1·36，P=0.014)。在急性缺血性卒中患者(n=12)中，血管儲備保留的患者和血管儲備惡化的患者對側(cè)ΔHbO2的比率在統(tǒng)計學(xué)上沒有差異，這可能是由于樣本量較小的原因(表3)。在納入的患者中，1名患者右側(cè)近端顱外段頸內(nèi)動脈嚴(yán)重狹窄，血管儲備受損，接受了頸動脈支架置入術(shù)。分別在頸動脈支架置入前后測定ΔHbO2。支架置入前，同側(cè)ΔHbO2平均斜率高于對側(cè)(右/左6.90SD1.65/4.68[SD1.17]，同側(cè)與對側(cè)斜率比1.48，收縮壓/舒張壓/平均壓130/79/96 mmHg)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。頸動脈支架置入術(shù)前，平均HbO2斜率：同側(cè)高于對側(cè)(右/左6.90[SD1.65]/4.68[SD1.17]，同側(cè)與對側(cè)之比1.48，收縮壓/舒張壓/平均壓130/79/96 mmHg)。然而，該患者在頸動脈支架置入術(shù)后，同側(cè)與對側(cè)的ΔHbO2斜率比降低(右/左7.76[SD2.08]/7.02[SD1.38]，同側(cè)與對側(cè)的斜率比1.11，SBP/DBP109/61/77 mmHg)，表明血管儲備能力得到改善。隨訪Diamox SPECT顯示支架置入側(cè)血管儲備能力明顯改善。

表2. 腦灌注對氧合血紅蛋白波斜率的影響

圖3. 根據(jù)血管儲備顯示氧合血紅蛋白波形

04結(jié)論

ΔHbO2信號的斜率可以提供前循環(huán)動脈嚴(yán)重狹窄閉塞患者的微血管灌注狀態(tài)信息，且其斜率比可以成為腦血流動力學(xué)的新生物標(biāo)志物。至于ΔHbO2信號斜率與腦微血管自動調(diào)節(jié)間的仍需進(jìn)一步的大樣本量研究。

05參考文獻(xiàn)及DOI號

Kim, T. J. ,  Kim, J. M. ,  Park, S. H. ,  Choi, J. K. , &  Ko, S. B. . (2021). Author correction: the slope of cerebral oxyhemoglobin oscillation is associated with vascular reserve capacity in large artery steno-occlusion. Scientific Reports, 11(1), 15827. 

doi：10.1038/s41598-021-88198-4