吳曉彤 畢愛玲 柴永馨 曹 寧 張 穎 張莉唯 龔 勝 盧秀珍 畢宏生

屈光不正性弱視是由于視覺系統(tǒng)在兒童發(fā)育關鍵時期缺乏良好的視覺刺激，失去形成清晰圖像的機會，致使大腦視覺功能受損所導致的眼科疾病。雖然弱視患者存在單眼或雙眼視力下降，但是各種臨床檢查均未見患者出現(xiàn)眼部生理結構異常。動物模型和人的影像學研究表明，弱視個體發(fā)生的缺陷與視覺相關腦區(qū)的異?；顒佑嘘P[1-5]。目前對弱視患者視皮層的評估方法主要是視覺誘發(fā)電位，它具有無創(chuàng)、客觀等特點，但因操作耗時長、患兒依從性差很少應用于臨床[6]。功能性近紅外光譜技術(fNIRS)是基于血流動力學原理評估受試者在執(zhí)行視覺任務時局部腦活動的檢查技術，操作簡便、無噪聲。fNIRS將近紅外光照射到生命體的表面，利用神經活動和微循環(huán)血流動力學的耦合，無創(chuàng)測量氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白含量的變化，并將其作為皮層激活的指標[7]。本研究應用 fNIRS比較屈光不正性弱視患兒與正常兒童視皮層血紅蛋白含量的差異，研究屈光不正性弱視患兒視皮層功能是否存在異常，分析視皮層改變與視力之間的關系，為闡述弱視患兒的腦功能機制奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 一般資料本研究為病例對照研究。選取在山東中醫(yī)藥大學附屬眼科醫(yī)院2019年至2020年就診的19例(38眼)臨床確診為雙眼屈光不正性弱視的患兒作為弱視組?；颊呒{入標準：(1)年齡為6～12周歲；(2)符合弱視的診斷標準，雙眼最佳矯正視力相差一行及以下，雙眼睫狀肌麻痹后球鏡度數(shù)相差1.5 D以下、柱鏡度數(shù)相差1.0 D以下。患者排除標準：(1)有顯性斜視者；(2)合并有角膜白斑、先天性白內障、完全性上瞼下垂等可造成形覺剝奪的器質性眼病者；(3)精神或法律上的殘疾患者；(4)患有糖尿病、心血管疾病、腦部疾病等疾病者；(5)正在參加其他臨床試驗者。以上有一項符合即排除。另選取在山東中醫(yī)藥大學附屬眼科醫(yī)院進行視力檢查的19例(38眼)視力正常的健康兒童作為正常組，年齡為6～12周歲，雙眼裸眼視力均在1.0及以上，睫狀肌麻痹后等效球鏡度數(shù)>-0.5 D，無其他眼科及神經系統(tǒng)疾病。本研究遵循《赫爾辛基宣言》所要求的倫理學原則，受試者及其監(jiān)護人均知情并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 主要檢查所有兒童均采用標準對數(shù)視力表進行最佳矯正視力檢查，采用fNIRS(日立ETG-4000近紅外腦功能成像儀)進行大腦視皮層氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白的檢查。此儀器利用血紅蛋白對近紅外光的吸收量對大腦皮質表面血液中的氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白的含量變化進行多點測量，并將血液分布的變化、腦的代謝以及血液循環(huán)以二維TOPO圖像方式進行重建，通過動態(tài)圖像顯示腦的活動。

1.2.2 刺激任務及試驗設計刺激任務是黑白棋盤格圖片，設定視覺刺激期黑白棋盤格翻轉率為2 Hz，即每500 ms轉換一次棋盤格圖片。黑白格子相互交錯、數(shù)量相等，兩幅圖黑白格子位置交換，在圖像中間添加紅色“X”作為固視點。每張圖的發(fā)光強度和麥克爾遜對比度參數(shù)設定參考文獻[8]，對照內容為黑色背景圖片。

使用E-Prime2.0制作視覺刺激任務程序，本研究采用事件相關設計，受試者兩眼分別接受刺激，流程為10 s閉眼+30 s黑屏睜眼+30 s視覺刺激+50 s黑屏睜眼+10 s閉眼，每位受試者完成兩次視覺刺激任務。刺激任務開始時自動觸發(fā)日立ETG-4000近紅外腦功能成像儀，同步記錄血氧變化，事件切換時自動在成像儀上標記。

1.2.3 測試過程囑受試者安靜坐在暗室環(huán)境中，待測眼距離視覺刺激任務的顯示器為1 m，研究人員在受試者枕部頭皮處配戴裝有光源探頭的檢測帽，正中央探頭正對枕骨粗隆處，其余探頭與頭皮緊密貼合，雙眼與屏幕中央平齊，檢測一眼的同時遮蓋另一眼。準備就緒后，告知受試者需要按照語音播報睜眼或閉眼，并且在播放黑白棋盤格翻轉時需要注視屏幕中央的紅色“X”固視點。檢測過程中禁止眼球運動、肢體動作，禁止說話，保持均勻呼吸，以減少出現(xiàn)運動偽影。

1.2.4 fNIRS感興趣區(qū)域采用上海心果光電科技有限公司針對 Polhemus 公司的三維定位儀研發(fā)的可視化頭部三維定位信息實時記錄系統(tǒng)(VPen 1.0)對受試者各通道測量點位置進行定位記錄，依據(jù)3D定位儀的解剖標記和重疊比例可得第11、12、15、16、17、20、21號通道主要對應初級視皮層。因此取以上7個通道為fNIRS感興趣區(qū)域(ROI)通道。本研究將單眼注視黑白棋盤格翻轉刺激時段作為刺激期，將此時段ROI通道的β均值用于表示雙側視皮層血紅蛋白的含量變化。初級視皮層左、右側中心區(qū)域各被檢測帽三個通道覆蓋，左側為第12、17、21號通道，右側為第11、15、20號通道，因此將刺激期左、右側視皮層3個通道的β均值用于表示單側視皮層血紅蛋白的含量變化。

1.3 統(tǒng)計學方法采用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。兩組受試者性別差異采用χ2檢驗進行比較。全部計量資料用均數(shù)±標準差表示，兩組間各項指標的比較采用兩獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析，進一步組間兩兩比較采用LSD-t檢驗。采用Pearson相關分析進行兩變量相關性分析。檢驗水準：α=0.05。

2 結果

2.1 弱視組與正常組受試者一般情況比較弱視組患兒男9例(18眼)，女10例(20眼)，年齡(7.58±1.61)歲；正常組兒童男8例(16眼)，女11例(22眼)，年齡(7.15±0.37)歲。兩組兒童的年齡、性別構成差異均無統(tǒng)計學意義(均為P>0.05)。弱視組患兒與正常組兒童最佳矯正視力(logMAR)分別為0.20±0.14和-0.02±0.04，兩組間差異有統(tǒng)計學意義(t=-8.990，P<0.001)。

2.2 兩組受試者雙側視皮層氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白β均值比較弱視組患兒氧合血紅蛋白β均值低于正常組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；脫氧血紅蛋白β均值高于正常組，但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表1)。

表1 弱視組與正常組受試者雙側視皮層氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白β均值比較

2.3 兩組受試者單側視皮層氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白β均值比較正常組兒童受試眼同側視皮層與對側視皮層的氧合血紅蛋白β均值相比，差異無統(tǒng)計學意義(P=0.845)；弱視組患兒受試眼同側視皮層與對側視皮層的氧合血紅蛋白β均值相比，差異亦無統(tǒng)計學意義(P=0.660)。弱視組患兒受試眼同側視皮層氧合血紅蛋白β均值較正常組兒童受試眼同側視皮層、對側視皮層均顯著減小，差異均有統(tǒng)計學意義(P=0.009、0.003)；弱視組患兒受試眼對側視皮層氧合血紅蛋白β均值較正常組兒童受試眼同側視皮層、對側視皮層亦均顯著減小，差異均有統(tǒng)計學意義(P=0.016、0.005)。兩組受試眼同側以及對側視皮層脫氧血紅蛋白β均值總體比較差異無統(tǒng)計學意義(P=0.669)(表2)。

表2 弱視組與正常組受試者單側視皮層氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白β均值比較

2.4 弱視組患兒最佳矯正視力與視皮層氧合血紅蛋白含量的關系弱視組患兒的最佳矯正視力與其視皮層氧合血紅蛋白含量的相關系數(shù)r=-0.039(P=0.815)，二者無線性相關關系。

3 討論

本研究結果證實，fNIRS檢查可顯示屈光不正性弱視患兒的腦功能活動異常，這些異?？赡芘c屈光不正性弱視的神經病理機制有關。在動物模型中，對弱視動物視皮層的研究主要集中在初級視皮層，Shooner等[9]通過電極陣列記錄弱視獼猴和正常對照獼猴初級視皮層/次級視皮層邊界的神經元活動，發(fā)現(xiàn)弱視眼受刺激時視皮層的信號靈敏度和響應性降低，這與本研究的結果相一致。因此，了解雙眼視皮層的相關性對于理解弱視患者腦功能異常至關重要。一直以來，功能性磁共振成像(fMRI)為弱視患者視皮層功能障礙的研究提供證據(jù)，Dai等[10]在利用靜息態(tài)fMRI研究弱視患兒與正常兒童局部腦活動的差異時發(fā)現(xiàn)，弱視患兒雙側額葉、顳葉和枕葉區(qū)低頻波動幅度值低于正常兒童。Goodyear等[11]利用fMRI研究初級視皮層證實了同一視覺刺激下弱視眼的激活區(qū)域小于正常眼。 Barnes等[12]研究斜視性弱視患者的視皮質缺陷時，發(fā)現(xiàn)初級視皮層和次級視皮層區(qū)域的fMRI激活減少。因此，我們認為弱視可能與初級視皮層神經元的功能改變有關。

盡管fMRI被廣泛應用于研究弱視患者視皮層功能，但其噪聲大、金屬回避性等常會導致數(shù)據(jù)可信度降低。相比較而言，fNIRS彌補了以上不足，它是一種無創(chuàng)、非侵入性的腦血流動力學功能監(jiān)測和成像方法，近年來在人腦功能和各種病理學的研究中得到越來越多應用[13]。在視神經炎的研究中，Miki等[14]發(fā)現(xiàn)，fNIRS可以檢測出患者視皮層激活減弱的變化。在弱視治療的研究中，Iwata等[15]通過fNIRS證實弱視患者雙眼睜開時視皮層的激活程度高于單眼睜開時，推測在不遮擋健康眼的情況下進行弱視治療可能效果更顯著。

有研究發(fā)現(xiàn)，正常兒童在觀看棋盤格刺激時氧合血紅蛋白的含量高于觀看黑屏時的含量[16]。本研究中在同一視覺刺激條件下，給予弱視患兒最佳矯正視力(以排除視網膜成像不清)，fNIRS檢查發(fā)現(xiàn)弱視組患兒雙側視皮層的氧合血紅蛋白含量低于正常組。因此，我們推測，視覺刺激可使視皮層神經元需氧量增加，更多的血液流向神經元最活躍的皮質部位，由于輸送的氧氣比消耗的氧氣多得多，從而導致氧合血紅蛋白含量局部升高[17]。弱視患兒長期視物不清晰，傳入視皮層的信號較少，刺激來源不足，致使神經元反應降低，氧合血紅蛋白含量下降，視皮層功能也相對減弱[18]。

視覺信息以半交叉的方式從視網膜傳到視皮層，來自鼻側視網膜的信息通過53%視交叉?zhèn)鬟f到對側視皮層，來自顳側視網膜的信息通過47%視交叉?zhèn)鬟f到同側視皮層[19]。為了進一步研究屈光不正性弱視患兒是否存在雙側視皮層受累，本研究比較了弱視組患兒受試眼同側視皮層、對側視皮層，正常組兒童受試眼同側視皮層、對側視皮層之間的氧合血紅蛋白含量的差異。結果顯示，不論是正常組還是弱視組，其自身雙側視皮層之間不存在差異；不論是受試眼同側視皮層還是受試眼對側視皮層，弱視組患兒受試眼氧合血紅蛋白含量均低于正常組。Wang等[20]利用血氧水平依賴性fMRI和圖形視覺誘發(fā)電位研究屈光參差性弱視相關神經機制的試驗發(fā)現(xiàn)，弱視眼同側、對側視皮層的激活面積均比健康眼同側、對側視皮層小，這與本研究結果一致。但弱視眼同側視皮層的血氧反應低于自身對側視皮層，這與本研究結果不同。

我們對弱視患兒最佳矯正視力與視皮層氧合血紅蛋白含量相關關系的研究發(fā)現(xiàn)，矯正視力的高低與視皮層功能障礙并無相關關系，這與朱娟等[21]對屈光不正性弱視患者的研究結果相同。這可能是由于影響弱視發(fā)展的因素有很多，年齡、病程、病因等均會影響視皮層功能，有的患者雖然視力低，但病程短，因此對視皮層神經元的影響較小。

綜上所述， fNIRS可以作為測量弱視患者初級視皮層血紅蛋白含量的新方法，屈光不正性弱視患兒視皮層存在功能異常。