基于Morlet小波fNIRS分析在Role of Care 1和2环境中识别创伤性脑损伤的可行性研究

　　本刊推荐：为解决Role of Care（ROC）1和2环境中创伤性脑损伤（TBI）快速识别与追踪难题，研究人员开展基于Morlet小波分析的fNIRS技术研究。结果显示，损伤区域tHb、O2Hb和hHb显著高于对照区域（P<0.05），证明该技术可有效识别TBI，为战场及运动场现场诊疗提供新方案。

　　

在军事行动和激烈体育赛事中，创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）已成为一个不容忽视的健康威胁。这类损伤不仅发生率高，而且其临床表征复杂多变，给现场快速诊断和后续治疗带来巨大挑战。尤其在Role of Care（ROC）1和2这类现场或前线医疗环境中，缺乏便携、高效的神经影像设备，医护人员通常只能依赖主观性较强的神经心理测验或口头问诊，无法直接评估大脑损伤的实际状况，更难以追踪患者的神经功能恢复。因此，开发一种能够快速、无创、适用于野外环境的脑成像技术，对于及时诊断TBI、优化治疗决策具有迫切的实际需求。

在这一背景下，功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）技术展现出独特优势。该技术利用近红外光穿透颅骨，直接检测脑组织中血红蛋白的浓度变化，从而反映脑血流和氧合状态，是一种完全无创、可移动性强的神经功能评估手段。然而，传统fNIRS分析方法易受运动伪影和环境干扰，且数据处理复杂，难以在ROC 1/2这类条件受限的场景中应用。为此，Cory M. Smith博士及其团队尝试将Morlet小波分析引入fNIRS信号处理，利用其多尺度、降噪能力强的特点，希望发展出一套适合现场环境的快速脑损伤识别方法。

该研究团队在《Military Medicine》上发表了一项可行性研究，旨在验证Morlet小波fNIRS分析是否能够在ROC 1和2环境中有效识别TBI，并初步探索其在损伤追踪中的应用潜力。

为开展本研究，研究人员招募了12名被确诊为TBI的大学一级运动员（年龄21.1±2.7岁），在伤后24小时内、获准恢复活动（Return to Activity, RTA）和恢复运动（Return to Play, RTP）等时间点进行fNIRS监测。监测使用4×1光极-接收器布局，分别覆盖损伤区域和未损伤的对侧区域（作为对照）。在进行60秒简单反应时测试的同时，采集脑血流动力学信号。信号经Morlet连续小波变换（CWT）处理，提取氧合血红蛋白（O₂Hb）、脱氧血红蛋白（hHb）和总血红蛋白（tHb）等参数，并通过混合模型方差分析（ANOVA）进行统计比较。

研究结果显示，在所有时间点（初始、RTA和RTP），损伤脑区的tHb、O₂Hb和hHb均显著高于对照区域。具体来说，损伤区域的tHb平均高出72%（P=0.013），O₂Hb高出2.6倍（P=0.018），hHb高出1.3倍（P=0.006）。这些结果表明，Morlet小波fNIRS分析能够有效识别出TBI引起的局部脑血流和代谢异常。

在“总血红蛋白”部分，研究发现虽无时间与区域的交互效应或时间主效应，但损伤区域的tHb始终维持在较高水平，提示脑血流自动调节功能可能受损。

“氧合血红蛋白”分析进一步显示，损伤区域的O₂Hb显著高于对照区域，说明该区域可能存在脑血管反应性异常或氧代谢紊乱。

“脱氧血红蛋白”结果同样显示损伤区域hHb浓度更高，可能与微血管功能障碍或氧摄取异常有关，这与以往关于TBI脑血管损伤的文献一致。

此外，“简单反应时测试”结果表明，从初始损伤到RTP阶段，患者的平均反应时间显著缩短（P=0.016），表明神经功能有所恢复。但fNIRS所测得的血流动力学参数在恢复过程中未呈现显著变化，提示该技术在捕捉纵向恢复动态方面灵敏度尚不足。

研究的讨论部分指出，该Morlet小波fNIRS分析方法成功识别了TBI相关 hemodynamic response（血流动力学响应），与Amyot等先前利用fMRI的研究结果具有一致性，尤其在脑血管反应性（cerebrovascular reactivity）评估方面显示出潜力。然而，由于样本量较小、个体变异大，该方法目前还难以精确追踪恢复过程中的细微变化。未来需扩大样本量、引入健康对照组，并延长监测时间以进一步提高其临床适用性。

综上所述，本研究首次证实了基于Morlet小波分析的fNIRS技术在ROC 1和2环境中识别TBI的可行性，为开发战场及运动现场的新型神经影像工具奠定了基础。尽管在恢复追踪方面仍有局限，该技术已展现出作为辅助诊断工具的潜力，有望在未来改善TBI的早期诊断与干预策略。