基于频域近红外光谱技术的镰状细胞病患者脑自动调节与脑灌注评估研究

这篇研究创新性地应用频域近红外光谱（FD-NIRS）技术，揭示了镰状细胞病（SCD）患者脑小血管病变导致的脑自动调节（CA）功能障碍特征。通过建立血流动力学数学模型，首次量化了SCD患者微循环中血流通过时间延长（1.88±0.14 s vs 0.71±0.24 s）、组织氧饱和度降低（63.1±7.8% vs 66.1±4.7%）等关键参数，为无创筛查脑小血管病变提供了新方法。

　　

引言：脑小血管病变的监测挑战

镰状细胞病（SCD）引发的脑小血管病变是导致认知障碍和脑卒中的重要诱因，目前临床依赖磁共振成像（MRI）检测静默性脑梗死灶，但存在成本高、需镇静剂等局限性。研究团队创新性地提出采用频域近红外光谱（FD-NIRS）技术，通过测量氧合血红蛋白（O）与脱氧血红蛋白（D）的相位差（-320°至-340° vs 健康对照-200°至-240°）来评估脑自动调节（CA）功能，为早期筛查提供便携式解决方案。

材料与方法：多参数光学检测体系

研究纳入13名SCD患者和14名健康对照，采用ISS公司OxiplexTS系统进行前额叶皮层检测。实验设计包含6/10/7.5次/分钟的节律呼吸范式，同步采集血红蛋白浓度变化和相位延迟数据。通过帕克斯-麦克莱伦算法滤波后，应用Fantini血流动力学模型计算毛细血管通过时间（t^(c)）、静脉通过时间（t^(v)）等参数，并采用Wilcoxon秩和检验进行组间比较。

关键发现：微循环障碍的量化证据

1. 1.

   相位延迟异常：SCD患者O-D相位差显著增大（P<0.05），反映CA效率下降。接受输血或羟基脲治疗的患者相位差（-265°至-280°）较未治疗组（-340°至-350°）有所改善。

2. 2.

   血流动力学参数：模型拟合显示SCD组毛细血管通过时间延长近3倍（1.88±0.14 s vs 0.71±0.24 s），修正Grubb指数k值降低（2.69±0.67 vs 4.88±0.16），CA截止频率减慢（0.016±0.0033 Hz vs 0.02±0.0052 Hz）。

3. 3.

   氧合状态差异：SCD患者脑组织氧饱和度（StO₂）降低3%，其中HbSC亚型患者（72.3±4.3%）显著高于HbSS/β-地中海贫血亚型（63.3±4.5%）。

机制探讨：从现象到病理

毛细血管通过时间延长与镰状红细胞刚性增加导致的微循环淤滞直接相关，而相位差增大提示神经血管耦合功能受损。研究首次通过FD-NIRS证实SCD患者存在：

• •

  动脉-静脉氧梯度异常（毛细血管饱和度51.61±4.90% vs 健康对照74.13±7.00%）

• •

  氧扩散速率改变（α值0.78±0.07 s^-1 vs 0.76±0.12 s^-1）

临床价值与展望

该技术实现了：

1. 1.

   无创检测：相比MRI节省90%成本，适用于资源匮乏地区

2. 2.

   动态监测：可评估输血/羟基脲治疗对CA功能的改善效果

3. 3.

   早期预警：相位差>300°提示小血管病变高风险

研究团队特别指出，该方法在区分SCD亚型（HbSS/HbSC）和预测认知衰退方面具有潜在应用价值，未来需扩大样本验证其预测效能。