CN101194179A - 用磁共振波谱检测疼痛及其成因的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种识别不同疼痛(伤害感受性的(组织损伤)，神经性的(神经损伤)和心理性的)成因及它们对疼痛所起的作用的系统和方法，其中疼痛成因所起的作用是通过磁共振波谱(MRS)计量脑中或中枢神经系统中的特定的脑部区域的绝对和相对代谢物浓度而得到。该系统和方法可作为诊断工具，评估在疼痛经历中不同方面的相关作用，也可以监控调整成因的干涉所引起的反应。

Description

用磁共振波谱检测疼痛及其成因的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用磁共振波谱(MRS)检测疼痛及其成因的系统和方法。

背景技术

对于慢性疼痛的评估，受其性质和现有诊断技术都无法客观量化疼痛本质相关的变化的限制。

慢性疼痛给个人不仅带了痛楚，而且还带来了经济方面的巨大影响。康复治疗、工作能力下降以及其它活动能力和应变能力的下降，都给经济带来冲击。同时，对于疼痛的评估及后续治疗很大程度上都是基于病人的主观陈述。

慢性疼痛是最普遍但却难以论述的情况之一。传统上，它仅仅被认为是病变的一种症状。这种观念很好地适用于剧疼情形，在此种情形中，治疗是直接针对病变的，随着病变的治愈，疼痛会得到解决。但这种观念并不适用于慢性疼痛的情形。在慢性疼痛的情形下，持续的病变，如关节炎或神经损伤，会引起持续的疼痛，而且可能不能使用通常可行的方法去治疗这种疼痛。更为困难的是，在很多情况下，并不能确定引起持续疼痛的病理。在这些情况下，特定的心理因素可能能够作为抵触治疗的持续疼痛的解释。虽然现在人们认识到疼痛的心理性起源是罕见的，如：癔病或装病，但人们也认识到心理性因素在任何疼痛中都扮演一个重要角色。疼痛由三个有区别的但又相互重叠的成因构成：伤害感受性的，神经性的和心理性的。所有的这些会对人们的疼痛感觉和表现产生不同程度的影响。

伤害感受性疼痛是最普遍的疼痛类型，它被认为是由病变的身体组织产生的信号。因此，盲肠炎，肾结石和关节炎中的关节发炎都会引起来自受损组织的增加的信号输入，这被感觉为疼痛。

尽管，这些输入信号可能会被大脑和脊髓的生理过程修改(升高或降低)，但是基本上疼痛还是归因于增加的信号输入到达中枢神经系统。一个对象通常对会降低这些输入的治疗有所反应，如神经传导阻滞，止痛，消炎或心理性的治疗以提高抑制水平而由此降低输入。

区别于伤害感受性疼痛，第二种疼痛成因，神经性疼痛是由外周或中枢神经系统受损所致。在狭义上，这种疼痛发生在神经性机能紊乱特征出现的时候，如感官或运动神经受损这类的机能紊乱。它具有不同的特征，其通常被描述为---针刺感，电击感，烧灼感或麻刺感。目前的成像技术很难检测出病变。神经性疼痛通常对用于治疗伤害感受性疼痛的措施反应很差，如：神经阻塞，止痛，消炎、心理治疗甚至切断等疗法。神经性疼痛对于降低神经损伤引起的输入的疗法反应较好，如从神经丘放电或通过麻醉提高中枢神经系统的抑制水平。

第三种疼痛成因，心理性成因，它广泛的作用于人们的疼痛经历中。心理过程能够以增加或减轻的方式影响疼痛的感受和疼痛的表达(功能丧失)。例如，在一场运动比赛中，许多运动员往往不会注意到或忽视突然的严重受伤，这种情况下，尽管受损组织有大量信号输入，但疼痛和功能丧失都是最小的。相反的，情绪变化，如焦虑、沮丧或学习过程如避免恐惧，会加大疼痛感受及相关的功能丧失。

虽然人们广泛的认识了这些导致疼痛的过程，但目前仍特别难以测定三种疼痛成因中的每一个种对于人们表现的相关影响。令人沮丧的是，许多目前可行的治疗依赖于精确测定疼痛表现的类型。如上所述，治疗伤害感受性和神经病理性疼痛的方法是不同的，不在正确情况下使用则会几乎不产生疗效。心理性治疗能对两种疼痛都有效。但是常用的心理治疗倾向于治理选择性功能丧失和承受疼痛的能力，而不是改变疼痛感觉本身。但是，对于会受消极心理过程影响的人来说，认识到这点能有助直接找到这类问题而治疗，胜于去寻找有可能相关性很小的伤害感受性的或神经性的病灶。

因此，对疼痛最好的治疗方案依赖于准确评估痛感的不同成因。目前的诊断技术不够可靠，而且只能给出有限的信息。许多诊断技术不能准确识别引起伤害感受性、神经性的疼痛的源头。甚至象椎间盘或脊髓的损害，即使能被证明，也极难作出是由于这种结构畸形导致疼痛的确信的结论。对于测定相关的心理性的成因同样也是困难的。虽然有许多检测能测出疼痛感觉、情绪、运动功能丧失和感受，但仍很难测定这些变化对于个人疼痛表现的影响程度。

因此，一种能客观准确地检测各种因素对于个人疼痛的相关影响的系统和方法，有着巨大的需求。目前的仪器在很大程度上依赖于对象的主观的陈述。一种能够可靠检测与疼痛感觉相关的变化的客观方法能够同时改进对疼痛的评估和治疗。如果这种技术还能够评测不同疼痛的相关成因(伤害感受性的、神经性的和心理性的)，这将会给疼痛医学的带来重大革命。

一项研究指出，下背部疼痛与前皮层中葡萄糖的减少或丘脑中的葡萄糖下降相关。(Grachev，I.D.，Fredrickson，B.E.，and Apkarian，A.V.慢性背疼痛中的异常脑化学：一种活泼质子磁共质波谱的研究。Pain 89：7-18，2000)。在此参考了这篇论文。

另一研究指出：在少数患有下背部疼痛和伴随脊髓受伤的病例中，在脑部的某几个区域里发生了生物化学变化。(专利，P.M.，et al.，脊髓受伤后发生慢性神经性疼痛的病人的丘脑的质子磁共振波谱，Am.J.神经系放射学.，23：901-905，2002)。在此参考了这篇论文。

但是，目前仍然没有检测疼痛成因或类型的客观方法。

发明内容

发现和表征慢性疼痛相关的生物化学变化，这会利于人们理解慢性疼痛的病理，同时也利于提供和疼痛表现相关的客观检测方法。

磁共振波谱是一种常用于表征身体组织的化学性质的技术。它可以通过检测组织样本或组织完成表征，如检测从身体切出的乳房或前列腺(活体外)的组织样品和脑这种存在于人体中的组织(活体内)。

神经波谱，能证明活体中与一定范围病变相关的脑化学变化。因此，活体神经波谱具有表征一块脑部区域化学性质的能力，而不需要切移组织或采用入侵式程序。它已被证明能有效诊断脑部肿瘤和感染。

更多的近期工作表明，磁共振波谱还能检测与脑功能紊乱相关的变化，如癫痫症或诵读困难症。它甚至可以检测与普通功能相关的脑部变化，如随着眼部受光刺激引起葡萄糖的变化。

因此，磁共振波谱给评估与疼痛相关的脑变化提供了一种具潜力的有用工具。这种脑变化可能是一种对感觉输入性疼痛的反应的“普通的”变化，或者是一种对持续性疼痛如伤害感受性或神经性的疼痛的反应的“非普通”变化。它还可以检测与心理性疼痛相关的变化。

通过功能成像技术对脑的研究证明：许多脑部区域与疼痛过程相关。这些脑部区域包括体觉脑皮层、前色带脑皮层、额叶前部脑皮层、孤立脑皮层和丘脑。因此，在这些部位可检测到与疼痛相关的生物化学变化。慢性疼痛可能与这一些部位的生物化学变化相关。其它疼痛状态可能也会产生这些变化，慢性疼痛可能与神经衰退有关。

根据本发明，人脑的神经波谱可以检测到此人是否在正在经受疼痛及何种疼痛，同时还可能检测出疼痛的强度；区分疼痛的成因(伤害感受性、神经性和心理性)；指出增加疼痛程度和引起疼痛的化学物种的差别；识别与疼痛和疼痛起源相关的生物化学机理。其检测结果可用指导病人管理和监控病人情况。

本发明所述的，检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法，包括从承受疼痛的对象脑中获取波谱数据，将获得的波谱数据与具有特征数值的参考数据进行比较，该特征数值与至少两种不同的疼痛成因相关联和相识别，用于检测出对象所经受的至少一种疼痛成因。

本发明还提供一种检测对象承受的疼痛的至少一种成因的装置，包括一个从承受疼痛的对象脑中获取波谱数据的磁共振分光计，一个存储具有特征数值的参考数据存储设备，该特征数值与至少两种不同的疼痛成因相关联和相识别，一个用于比较获得的波谱数据和参考波谱数据的比较仪，用于检测对象所经受的至少一种疼痛成因。

本发明还提供一种检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛的方法，包括从承受疼痛的对象脑部获取波谱数据，以判断所选生物化学物质的浓度，比较获取的生物化学物质浓度与参考生物化学物质浓度，通过它们的差别，指示伤害感受疼痛的存在。

附图说明

图1为本发明所述的一种检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法的框图。

具体实施方式

一种检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法，包括从承受疼痛的对象脑中获取波谱数据，将获得的波谱数据与具有特征数值的参考数据进行比较，特征数值与至少两种不同的疼痛成因相关联和相识别，以检测对象所经受的至少一种疼痛成因的存在。

所述的两种不同的疼痛成因为伤害感受性的，神经性的和心理性疼痛的成因中的至少两种。

所述的至少两种不同的疼痛成因，最好包括伤害感受性的，神经性的和心理性的全部三种。

所述比较步骤最好是包括将波谱数据与参考波谱数据比较，以判断对象所经受的相关疼痛成因。

本发明还提供一种检测对象承受的疼痛的至少一种成因的装置，包括一个从承受疼痛的对象脑中获取波谱数据的磁共振分光计，一个存储具有特征数值的参考数据存储设备，该特征数值与至少两种不同的疼痛成因相关联和相识别，一个用于比较获得的波谱数据和参考波谱数据的比较仪，用于检测对象所经受的至少一种疼痛成因。

不同的疼痛成因，最好为伤害感受性的，神经性的和心理性的疼痛成因中的至少两种。

所述的不同的疼痛成因，它们最好是包括伤害感受性，神经性和心理性的疼痛成因中的全部三个。

所述比较仪最好判定对象所受疼痛的每种因素的相关影响。

本发明还提供一种检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，包括从承受疼痛的对象脑部获取波谱数据，以判断所选生物化学物质的浓度，比较获取的生物化学物质浓度与参考生学化学物质浓度，通过它们的差别，指示伤害感受疼痛的存在。

所述脑部区域可以是前脑皮层，所选生物化学物质可以是葡萄糖，所选的方向是增加。

所选生物化学物质可以是γ-氨基丁酸，这里所选的方向是增加。

所选生物化学物质可以是N-乙酰天冬氨酸(NNA)，这里所选的方向是减少。

所选生物化学物质可以是胆碱，此处所选的变化方向是减少。

根据本发明，进行了一项研究，此研究是关于判断磁共振波谱是否可以用于识别不同的疼痛成因。研究内容包括患有下背痛疼和脊髓损伤的病人的额叶前部脑皮层、前色带脑皮层和丘脑。研究结果是建立了能够区分不同疼痛成因的模式。第一个模式是额叶前部脑皮层中的葡萄糖和抑制化学物γ-氨基丁酸的相对增长。第二个模式是额叶前部脑皮层中的葡萄糖和γ-氨基丁酸的相对减少。第三个模式是葡萄糖与γ-氨基丁酸相对小的及偶尔微小的变化，尽管是来自一个相似的疼痛报告时。

这里观察到的变化与Grachev等人所述的疼痛只与额叶前部葡萄糖的减少相关的观点不一致。患疼痛的人们会表现出葡萄糖的增加或减少，因此变化的方向(增加或减少)不决定着疼痛的表现。发现表明发生葡萄糖增加或减少的人都可能疼痛，同时变化的方向指示疼痛的类型。

进一步的两组检测揭示不同的模式。

额叶前部葡萄糖增加的一组表现出N-乙酰天冬氨酸的相对高浓度和胆碱的相对低浓度。相反的，额叶前部葡萄糖减少的一组表现出N-乙酰天冬氨酸的相对低浓度和胆碱的相对高浓度。还能根据神经病学的判断、成像及对治疗的反应进一步分组。

葡萄糖增加的一组表现疼痛，这种疼痛通常限于无辐射背部，及对背部结构的神经传导阻滞反应。额叶前葡萄糖减少的一组具有神经性缺陷、神经根冲击在成像和/或对神经性疼痛的治疗有良性反应。因此，得出结论，两组都有疼痛，两组都有额叶前葡萄糖的变化，但变化的方向(增加或减少)与到达脑中的输入的强度有关。

那些没有神经损伤和疼痛的组具有增加的输入(通常发生于伤害感受性疼痛)，且伴随有葡萄糖和γ-氨基丁酸的增加。那些有神经损伤和输入损伤(通常发生于神经性疼痛)的群组，其额叶前葡萄糖和γ-氨基丁酸减少。因此，Grachev等人的发现中的差别的原因及他们提出疼痛是由葡萄糖减少引起的原因在于：他们的大部分对象都患有下背疼痛，这种疼痛的本质基本上为神经性的。这可由事实证明，事实是所有他们的对象都患有腿部辐射的疼痛和大部分人经过椎间盘成疝和手术。

进一步检查第三组，这是额叶前部的葡萄糖或γ-氨基丁酸几乎没有或完全没有变化的一组。几乎所有的对象表现出情绪的变化，情绪与疼痛强烈程度线性相关。然而，那些葡萄糖或γ-氨基丁酸几乎没有变化的组的区别特征在于：他们的情绪机能障碍与他们陈述的疼痛严重程度不成正比。可见这组人可能有疼痛，但心理成因在他们疼痛表现中起很大作用。

还有另一个重要的发现。不光有疼痛的组中有葡萄糖的变化(负或正值)，且这些变化与疼痛烈度线性相关(可视类似评价visual analog score)。而且，很重要的一点是：这种方法不仅可以区别不同的成因是否对疼痛有重要影响，它还能指示每种疼痛成因的相关影响及他们在疼痛表现中所起的作用。

丘脑部分的神经波谱可以更高精度的识别疼痛的存在。一组有下背疼痛的对象(N＝31)与一组参照对象(N＝35)相比较，正如先前对一小部分脊髓损伤对象的研究，通过统计分类方法(SCS)分析的磁共振波谱能达到96％的精度。统计分类方法(SCS)是Wallace JC等人所述的基本类型。从通过线性判别分析来分类¹H磁共振谱，这里的¹H磁共振谱是从未治疗及反复出现的卵巢癌的活组织切除物得到的。Magn Reson Med1997：38：569-76)或PCT WO 01/28412 A1(PCT/CA00/01238所提到的一种更强有力的类型)。其中多次交叉确认步骤，每次选用不同质子的频谱。这些研究指出脑部区域的神经传递素和代谢物的浓度显著的不同，这些脑部区域在是疼痛病人与参照对象的相比较时检查，及在不同的疼痛情况下同时记录疼痛的起源和强烈度。

表1表示一组于患有下背疼痛病人和没患背疼痛的参照的研究结果。采用六个部位及只采用清楚分光谱对灵敏度、特异性和精度进行检测并产生以下结果：

脑部解剖区域	脆性	敏感度	特异性	精度
					丘脑	85％	96％	100％	98％
前色带脑皮层
					额叶前部脑皮层

通常可通过病人的陈述识别其正经受疼痛的身体部位。所述的诊断技术的价值在于：一旦部位被识别，就可以检测脑的反应，生物化学情况的变化可用于检测不同疼痛成因的相关影响。这能给实践者提供一种对于这些不同成因影响的客观评估及管理的清晰方向。

上述磁共振波谱能够识别脑部位的相关浓度，同时说明神经性疼痛与特定脑部区域的抑制性化学物质γ-氨基丁酸的浓度减少有关。这表明化学物质的减少，与抑制物的减少及随后的疼痛信号的扩大相关。这表明通过阻止化学物质的缺乏可有效的治疗这种病情。因此，磁共振波谱可作为一种有用的诊断工具，用于判断脑中特征化学物质的缺乏，同时可用这些信息指导有效治疗。这也表明磁共振可用于监控治疗。

神经波谱的发展，如用于评估慢性疼痛的非入侵式、无疼式、诊断式测试，其通过提供一种客观的疼痛指示，将对临床实践有巨大的影响。这将有益于评估慢性疼痛，以配合治疗进程。

本发明可以装备图中的系统，图中表示一个分光计10用于获取脑部位的光谱数据，一个比较仪/计算机14用于比较获取的波谱数据和存储器14中的参考波谱数据，以检测被测对象一种或多种的疼痛成因。

虽然已出示和描述本明的一种具体实施，但会产生技巧方面的改变，本发明是通过权利要求而非一种具体方式来定义的。

Claims (14)

1.一种检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法，包括：

从承受疼痛的对象脑中获取波谱数据；以及

将获得的波谱数据与具有特征数值的参考数据进行比较，特征数值与至少两种不同的疼痛成因相关联和相识别，以检测对象所经受的至少一种疼痛成因。

2.根据权利要求1所述检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法，其特征在于：所述的两种不同的疼痛成因为伤害感受性的，神经性的和心理性疼痛的成因中的至少两种。

3.根据权利要求1所述检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法，其特征在于：所述的至少两种不同的疼痛成因，包括伤害感受的，神经性的和心理性的全部三种。

4.根据权利要求1所述检测对象承受的疼痛的至少一种成因的方法，其特征在于：所述比较步骤最好是包括将波谱数据与参考波谱数据比较，以判断对象所经受的相关疼痛成因。

5.一种检测对象正在承受的疼痛的至少一种成因的装置，包括：

一个磁共振分光计用于从承受疼痛的对象脑中获取波谱数据；

一个存储设备以存储具有特征数值的参考数据，特征数值与至少两中不同的疼痛成因相关联和识别；以及

一个比较仪用于比较获得的波谱数据和参考波谱数据，以检测对象所经受的至少一种疼痛成因。

6.根据权利要求5所述检测对象承受的疼痛的至少一种成因的装置，其特征在于：所述至少两种不同的疼痛成因是指伤害感受性的，神经性的和心理性的疼痛成因中的至少两种。

7.根据权利要求5所述检测对象承受的疼痛的至少一种成因的装置，其特征在于：所述至少两种不同的疼痛成因包括伤害感受性的，神经性的和心理性的疼痛成因中的全部三个。

8.据权利要求5所述检测对象承受的疼痛的至少一种成因的装置，其特征在于：所述比较仪判断对象经受的每个疼痛成因的相关作用。

9.一种检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，包括：

从承受疼痛的对象脑部位中获取波谱数据，以及

以判断所选生化物的浓度，比较获取的生化物浓度与参考生化物浓度，通过所选生化物浓度与相对的参考生化物浓度的差别，指示伤害感受疼痛的存在。

10.根据权利要求9所述的检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，所述的脑部区域为额叶前部的脑皮层。

11.根据权利要求9所述的检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，所选取的生物化学物质是葡萄糖，且所选择的方向是增加。

12.根据权利要求9所述的检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，所选取的生物化学物质是γ-氨基丁酸，且所选择的方向是增加。

13.根据权利要求9所述的检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，所选取的生物化学物质是N-乙酰天冬氨酸(NNA)，且所选择的方向是减少。

14.根据权利要求9所述的检测对象是否在承受一种伤害感受性疼痛成因的方法，所选取的生物化学物质是胆碱，且所选择的方向是增加。