Annals of Neurology | 利用功能性近红外光谱技术检测重症监护室患者的意识状态

20 年前，一项研究首次挑战了医学界的认知：一名被诊断为植物状态的患者，在接受 “想象打网球” 指令时，大脑运动相关区域竟出现了与健康人一致的活动。这一发现证实，部分无行为反应的患者，实则存在隐匿性意识，这种现象也被称为 “认知 - 运动分离”。但在临床实践中，问题远比想象中棘手。

传统局限：重症监护室评估患者意识，主要依赖床旁行为学检查，比如格拉斯哥昏迷量表。但这类检查极易受镇静药物、身体损伤等因素干扰，导致大量隐匿性意识被漏诊。

转运风险：功能性磁共振成像（fMRI）是检测隐匿性意识的 “金标准”，但危重患者转运过程风险极高，且存在诸多医疗禁忌。

决策代价：数据显示，重症监护室中 70% 的重度脑损伤患者死亡，源于临床决策中放弃生命支持治疗。若患者实际存在意识却被误判，可能直接导致不可逆的悲剧。

在此背景下，兼具床旁检测、高安全性、高空间分辨率三大优势的功能性近红外光谱技术，进入了研究人员的视野。

1. 研究设计

    

研究团队在加拿大伦敦健康科学中心的三级 ICU，历时近 3 年筛选了 497 例急性脑损伤患者，最终纳入 32 例符合严格标准的受试者。

纳入条件：需满足 4 项要求，包括存在急性脑损伤（缺氧、缺血、出血、病毒 / 代谢性脑病等）、入住三级 ICU、无既往认知障碍病史、自入院到检测前始终无法遵行床旁行为指令（涵盖昏迷、植物状态、无语言最小意识状态）。

排除条件：主治医生判定医疗不适合、存在癫痫发作 / 持续状态、头皮损伤无法放置探头、大面积硬膜下出血影响数据质量的患者，均被排除在外。

2. 行为学及预后评估

在 fNIRS 设备检测前，研究人员采用格拉斯哥昏迷量表、全面无反应性量表及修订版昏迷恢复量表，对所有患者的意识水平进行评估，确保患者确实无法遵行行为指令。患者的临床资料与人口统计学数据均从病历中提取。损伤后 3 个月，采用扩展版格拉斯哥预后量表评估患者的功能预后，评估通过经验证的电话问卷完成，且评估人员对患者的急性神经成像结果处于盲态。

3. fNIRS 数据采集

设备参数：四波长 NIRScout XP 近红外系统（南京尖创科技为 NIRx 产品的中国区代理），采样频率 3.9Hz，激光波长覆盖 785、808、830、850nm，能精准捕捉大脑血氧变化。

探头布局：用 32 个光源探头和 39 个探测探头，组成 129 个检测通道，实现额叶、顶叶、颞叶、枕叶的全脑覆盖。探头通过脑电图电极帽固定，严格按照国际 10-20 系统定位；其中长距离通道（光源 - 探测器间距 3cm）检测皮层浅层血流动力学变化，短距离通道（间距 < 1.5cm）用于消除头皮伪影干扰。

患者体位：患者取 30° 床头抬高体位，头颈部垫枕固定，最大程度减少检测过程中的运动伪影；整个检测过程在患者病床旁完成，无需转运，降低危重患者的风险。

核心原理：向头皮发射近红外光，光线穿透至大脑皮层后，会被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白差异吸收；通过计算两种血红蛋白的浓度变化，结合神经血管耦合机制，就能反映大脑神经活动的真实状态。

4. 运动想象任务范式

本研究采用的运动想象任务范式，已在数百例急慢性意识障碍患者中验证，能稳定激活大脑辅助运动区和运动前区，且通过 fMRI、EEG 等多种技术确认有效。

数据采集前，研究人员向患者下达任务指令。当患者听到 “想象打网球” 的指令时，需想象自己挥拍击球的动作；听到 “现在放松” 的指令时，则停止想象。任务采用交替组块设计，30 秒运动想象与 30 秒休息状态交替进行，总时长为 5 分 30 秒。

基于神经血管耦合原理，fNIRS 技术可解读患者的任务响应：局部神经元活动增强会增加脑代谢需求，进而导致局部脑区血氧水平升高。这一变化在fNIRS  检测中表现 HbO 浓度升高、HbR浓度降低。因此，在经过验证的指令执行任务中，若患者出现上述血流动力学变化，即可作为强有力的生理学证据，证明患者不仅存在意识，还具备自主的认知加工能力。

5. 数据分析

    

(1)数据处理步骤

剔除信噪比低于 8 的无效通道，将光强数据转换为光密度值；

用样条插值结合小波分解，校正患者轻微运动产生的伪影；

基于修正的比尔 - 朗伯定律，计算血红蛋白浓度变化，并根据患者年龄调整参数；

通过短距离通道信号回归，消除全身生理信号干扰；再对数据进行 0.005-0.5Hz 带通滤波和去趋势处理；

结果可视化与定位利用 AtlasViewer 软件进行蒙特卡洛模拟，将检测通道投射到 Colin27 脑模板上；结合哈佛 - 牛津皮层图谱，精准定位激活的脑区，确保结果可直观验证。

(2) 严格的统计检验

激活通道判定：基于健康人数据构建的组水平掩模，只有同时满足 HbO 升高（β>0，p<0.05）、HbR降低（β<0，p<0.05）的通道，才被判定为 “激活”。

统计方法：连续变量用独立样本 t 检验，非正态分布数据用曼 - 惠特尼 U 检验，分类变量用卡方检验，所有统计结果的显著性阈值均设为 p<0.05。sh

在 32 例无行为反应的患者中，8 例（25%）在 “想象打网球” 时，表现出了自主的脑活动调控能力—— 他们的大脑血氧变化模式，与健康人完成同一任务时的模式高度一致，这是存在隐匿性意识的直接证据。

更值得关注的是这些阳性患者的细节。

病因分布广：8 例患者涵盖心脏骤停（4 例）、脑梗死（1 例）、脑出血（1 例）、脑病（2 例），说明隐匿性意识并非某一种脑损伤的专属现象。

预后差异大：4 例（50%）患者后续恢复了行为指令遵行能力，顺利转出 ICU；其中 2 例因院内并发症死亡，2 例在损伤后 3 个月仍存活。另外 4 例患者始终未恢复行为反应，在检测后中位时间 5 天，因放弃生命支持治疗死亡。

但研究同时发现一个关键结论：隐匿性意识的存在与否，和患者 3 个月后的功能预后没有显著关联。这意味着，意识的保留不等于预后良好，临床决策仍需综合多方面因素判断。

健康对照组（首行）与患者（P1-P32）在运动想象任务中诱发的脑激活模式。每个子图均展示 fNIRS 脑激活图谱。MCA = 大脑中动脉；MCS = 无语言最小意识状态；VS = 植物状态。

文献来源：Kazazian, K., De Jeu, J., Abdalmalak, A., Novi, S. L., Kolisnyk, M., Gupta, G., ... & Owen, A. M. (2025). Detecting awareness in the intensive care unit using functional near‐infrared spectroscopy. Annals of Neurology, 98(6), 1201-1209.