對(duì)腦氧進(jìn)行小波相位相干分析預(yù)測(cè)心臟驟停后的神經(jīng)功能變化

01研究背景

近期，利用不同手段對(duì)心臟驟停（CA）患者預(yù)后做出預(yù)測(cè)的相關(guān)研究取得了一定的進(jìn)展。本研究旨在利用fNIRS技術(shù)，探索腦氧合血紅蛋白（HbO2）在不同通道之間的小波相干性與心臟驟停預(yù)后之間的關(guān)系。

02研究方法

2.1、被試

研究共有83名有效被試，其中院外心臟驟停42人，院內(nèi)心臟驟停41人。

2.2、實(shí)驗(yàn)流程

對(duì)被試進(jìn)行24小時(shí)的目標(biāo)溫度管理（33℃/36℃），收集復(fù)蘇期被試血清乳酸和神經(jīng)元特異性烯醇化酶濃（NSE）度數(shù)據(jù)。使用腦功能分級(jí)量表對(duì)被試3個(gè)月后的神經(jīng)功能變化進(jìn)行評(píng)估，確定其預(yù)后情況為好或不好。

2.3、數(shù)據(jù)采集與處理

實(shí)驗(yàn)中使用連續(xù)波長(zhǎng)的無線近紅外采集系統(tǒng)NIRSIT，采用780 nm和850 nm兩種波長(zhǎng)，采樣率為8.138Hz。事先定義了68個(gè)通道，光極之間的距離為1.5cm。

圖1A. 數(shù)據(jù)采集裝置；圖1B. 光極與探測(cè)器的放置位置；圖1C. 二分光極分區(qū)；圖1D. 八分光極分區(qū)

數(shù)據(jù)離線處理采用帶通濾波0.005-2Hz，刪除信號(hào)完整性差的通道（即信噪比小于35dB——最開始10-15s的信噪比）。將信號(hào)按照頻率分成5段：I. 0.6-2Hz (心臟活動(dòng))；II. 0.15-0.6 Hz (呼吸)；III. 0.05-0.15 Hz (肌源性活動(dòng))；IV. 0.02-0.05 Hz (神經(jīng)性活動(dòng))；V. 0.0095-0.02 Hz (內(nèi)皮代謝活動(dòng))。

2.4、數(shù)據(jù)分析

對(duì)近紅外信號(hào)進(jìn)行小波相位相干分析，簡(jiǎn)單來說，就是利用信號(hào)的相位信息去評(píng)價(jià)兩個(gè)信號(hào)的同步化程度。對(duì)兩個(gè)時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，會(huì)得到一個(gè)大小介于0-1的WPCO值，數(shù)值越接近1，表明兩個(gè)信號(hào)的相位一致性越高。

對(duì)5段信號(hào)在好/不好預(yù)后情況下的WPCO值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)III段信號(hào)的WPCO值在兩種情況下有明顯差異，于是采用該特征與NSF（神經(jīng)特異性烯醇）來共同預(yù)測(cè)預(yù)后情況。

03實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2中紅色叉號(hào)和藍(lán)色方點(diǎn)為患者的實(shí)際預(yù)后情況，而彩色色塊是基于III段信號(hào)的WPCO值和NSE對(duì)預(yù)后情況進(jìn)行的預(yù)測(cè)。CPC值為1-2時(shí)表示預(yù)后情況良好，3-5時(shí)表示預(yù)后情況不好?？梢钥闯?，對(duì)預(yù)后較好的情況預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。

此外，基于兩個(gè)特征的預(yù)測(cè)表現(xiàn)也比基于其中任何一個(gè)單獨(dú)的特征進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)要好。

圖3. 預(yù)測(cè)心臟驟停后預(yù)后的接收者操作特征

04結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)了頻率介于0.05-0.15 Hz的fNIRS信號(hào)的相位一致性與心臟驟停預(yù)后情況之間的正性相關(guān)關(guān)系，且開發(fā)了一種基于該頻段信號(hào)的WPCO值和NSE對(duì)心臟驟停預(yù)后進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法，可以較好地預(yù)測(cè)患者在心臟驟停3個(gè)月后的預(yù)后較好的情況。此項(xiàng)成果有望成為心臟驟停后的健康管理中的有用工具。

05參考文獻(xiàn)及DOI號(hào)

Kim, T. J., Kim, J. M., Lee, J. S., Park, S. H., Jeong, H. B., Choi, J. K., ... & Ko, S. B. (2020). Prognostication of neurological outcome after cardiac arrest using wavelet phase coherence analysis of cerebral oxygen. Resuscitation, 150, 41-49.

doi：10.1016/j.resuscitation.2020.02.031