TW201938109A - 用以評估認知功能障礙之生物標記及方法 - Google Patents

Abstract

一種用以評估輕微認知功能障礙之標記及方法，係透過於一受測者腦上貼附一近紅外光譜裝置，並對該受測者進行一外來刺激源之測驗，同時利用該近紅外光譜裝置偵測該受測者之前額葉血氧濃度變化，進一步運算分析以產生一結果報告，藉由含氧血以及缺氧血之變化，用於評估該受測者是否具有認知功能障礙，以達到及早發現及早治療。

Description

用以評估認知功能障礙之標記及方法

本發明係有關一種用以評估認知功能障礙之標記及方法，尤指透過一近紅外線裝置取得大腦含氧血與缺氧血紅素濃度變化，經過分析評斷患者是否有認知功能障礙。

現今社會人口結構的快速高齡化，失智症人口隨之快速增加，失智症的相關議題也備受重視，而失智症目前尚無痊癒之方法，失智症的照護因此成為一大挑戰，不止給家人造成許多困擾，也形成社會的負擔；雖然目前尚未有藥物能完全治癒失智症，但仍能針對致病原因提供藥物以延緩患者的惡化速度，尤其在發病早期更為有療效，因此如何能在失智症早期檢測出來，就成了現今失智症一個重要議題。

失智症主要可分為兩大類型，「退化性失智症」與「血管性失智症」，可依照腦部病變來源進行區別，前者是因神經細胞本體的退化，而後者則因腦血管的梗塞或出血，導致腦細胞因血液供應不足而受損甚至死亡，不過這兩種失智常混合存在。而曾有過腦中風的患者，因腦中風造成腦部血液循環不良，導致腦細胞死亡，會進一步導致智力減退。經統計發現，曾有過腦中風的患者在五年內約有20% - 40%的機會罹患失智症，不論是哪種類型腦中風，只要中風次數或損害位置足夠嚴重，都可能會導致失智症的發生或是加重其原有之失智。

又有研究發現，失智症患者因腦血管受損，使得血管灌流、氧氣代謝率等功能性生理參數相較於健康族群有減少的趨勢，血管反應性被視為失智症的重要影響因子。此外，人腦前額葉係負責認知功能與人格的判斷力，而具有認知功能障礙或失智症早期之患者，容易發現大腦的微血管有病變，且血管功能在額葉的受損較為嚴重，導致患者的專注能力與執行功能下降，因此可以作為一種診斷，幫助醫師及早發現失智症。

紅外光光譜術是一種能監測組織血氧變化的習知光學技術，其原理是利用組織中不同物質對光有不同吸收係數(μ_a )的特性，來獲得局部組織的血氧變化。而近紅外光光譜術(near-infrared spectroscopy, NIRS)係利用一種非侵入式光學檢測方法，常用於監測大腦組織血氧變化並量化為組織功能性參數。

輕度認知功能障礙(Mild Cognitive Impairment, MCI)，係指介於失智症及智能不佳之間的一種認知功能之疾患，患者一般生活沒有問題，但記憶力下降的幅度超過正常標準。臨床上對於輕度認知功能障礙的篩檢，多以量表測驗作為診斷標準，如簡短智能測驗(mini-mental state examination, MMSE)、威斯康辛卡片分類測驗(Wisconsin card sorting test, WCST)、認知功能障礙篩檢量表(cognitive abilities screening instrument, CASI)和臨床失智症評估量表(clinical dementia rating, CDR)，該等測量表係用來檢測受測者的專注能力與執行功能，令受測者透過外來刺激，將其轉換成決策的能力。其中威斯康辛卡片分類測驗針對「額葉皮質受損」的受測者有高度的敏感性(sensitivity)，此外，額葉皮質相較於大腦其他區域受老化的影響較快速，所以威斯康辛卡片分類測驗也常用於大腦老化的研究。

近年來有研究指出，認知功能與神經血管耦合反應(neurovascular coupling response, NVC response) 具有高度的正相關性，當神經活化導致氧氣消耗增加時，透過神經血管耦合反應，使得神經周遭血管的血液灌流增加來補充氧氣消耗，量測時其含氧血濃度變化會上升。若當神經血管耦合反應受損，認知功能就會出現障礙，但研究結果顯示，不論受測者是否具有認知功能障礙，其含氧血濃度變化皆會上升，因此無法由此診斷出患者是否有認知功能障礙。

本發明之目的，在於提供一種用以評估認知功能障礙之方法，在短時間經過簡單測試俾能診斷出患者是否有認知功能障礙。

為達上述之目的，其技術手段在於該用以評估認知功能障礙之方法，包括以下步驟：

步驟1：將一近紅外光譜裝置貼附於受試者腦上；

步驟2：要求該受測者閉上眼睛並放鬆維持1分鐘，作為血氧變化的基準值；

步驟3：對該受測者進行一外來刺激源之測驗；

步驟4：該受測者再度閉上眼睛並放鬆維持2分鐘，即完成測驗；

步驟5：在該受測者測驗同時，該近紅外光譜裝置將一腦部前額葉之血氧變化訊號，透過有線或無線方式即時傳送至一運算中心進行數據儲存與分析；

步驟6：分析結果，當受測者左右前額葉之含氧血以及缺氧血濃度皆上升，即評估為具有認知功能障礙。

上述評估方式操作簡單快速、耗時短，又不需要受測者做過多的困難的測驗，而且受測者完成前述步驟後，其結果可即時產生，降低受測者或受測家屬等待結果時的忐忑心情，在本發明如此快速的診斷結果下另可達到及早發現及早治療的效果。

本發明之另一目的，在於提供一種評估認知功能障礙之標記，俾能透過該標記，提早診斷出受測者是否有失智症之可能性。

為達上述之目的，其技術手段在於透過該近紅外光譜裝置檢測受刺激之該受測者，於受測時腦部前額葉之血氧變化訊號，當受測者左右前額葉之含氧血以及缺氧血濃度變化皆上升時，表示掌管認知的左右前額葉皆受損，即該受測者具有認知功能障礙。

為便於 貴審查委員能對本發明之技術手段及運作過程有更進一步之認識與瞭解，茲舉例配合圖式，詳細說明如下。

實施例一

本實施例欲利用一簡短智能測驗(在本實施例為「威斯康辛卡片分類測驗 (WCST)」)做為對受測者腦部的刺激，並透過近紅外光譜術偵測一受測者左右腦前額葉血氧濃度的變化。

本實施依受測者的臨床診斷及簡短智能測驗 (MMSE，該測驗分數低於25分表示該受測者具有認知功能障礙) 將受測者分為以下4組：一對照組1：為未中風之受測者且認知功能正常、一對照組2：曾中風之受測者且認知功能正常、實驗組1：未中風但具有認知功能障礙之受測者及實驗組2：曾中風並具有認知功能障礙之受測者。

請參閱1至3圖所示，於本實施例中首先將一近紅外光譜裝置30貼附於一受試者20腦上，其中該近紅外光譜裝置30上具有複數對可發射不同近紅外線波長之LED光源31以及一光感測器32，該等光源31需對著該受測者20之前額，即前額葉部分，請參閱第3圖所示之Fq1、Fq2位置，進而量測左前額葉與右前額葉的血氧濃度變化，並產生一腦部前額葉之血氧濃度變化訊號33，透過該光感測器32利用有線或無線方式傳送至一運算中心40進行數據儲存與分析，取樣頻率最高可設定至50 Hz。

該等LED光源31於本實施例中係採用3對，每對LED光源31皆可發射兩種不同波長的近紅外光，在人體組織中，650nm至950nm波段的光主要吸收來自血液中的含氧血紅素及缺氧血紅素，因此本實施例分別使用760 nm與850 nm波段的光，而三對LED光源31與光感測器32的距離，由內至外分別為30 mm、35 mm、40 mm。

測驗流程分為三個階段：

1. 休息階段：要求該受測者20閉上眼睛並放鬆維持1分鐘，作為血氧變化的基準值。

2.測驗階段：對該受測者20進行一刺激源10測驗，測驗時間因受測者及刺激源而異。

3.恢復階段：該受測者20再度閉上眼睛並放鬆維持2分鐘，即完成測驗。

每位該受測者20測驗所發生的血氧濃度變化數值，為測驗階段的血氧濃度值減去休息階段的血氧濃度值，並分別將左右額葉的血氧濃度變化皆記錄下來。

請參閱第4圖所示，不論受測者是否曾中風或具有認知功能障礙，其含氧血濃度變化都上升。

請參閱第5圖所示，認知功能正常的受測者(即對照組1)，在腦部受刺激時雖然耗氧量增加，但由於血流供應量亦大增，因此缺氧血濃度變化不論左、右前額葉，缺氧血度變化都下降；而具有認知功能障礙的受測者，如實驗組1、2，缺氧血濃度變化不論左、右前額葉，都是上升。如此顯示，具有認知功能障礙者，在腦部受刺激時雖然耗氧量增加，但由於血流供應量增加的功能失全，因此腦前額葉中的缺氧血濃度會上升。

請再參閱第5圖所示，在對照組2的結果進一步證實左、右前額葉缺氧血濃度變化若均上升即為判斷受測者是否具有認知功能障礙的指標；第5圖之對照組2為曾腦中風但是在簡短智能測驗顯示認知正常的受測者，因腦中風發生時患者的腦部造成損傷，從外觀無法確定為左前額葉還是右腦前額葉受損，在本實施例中對照組2的左前額葉缺氧血濃度變化上升，顯示左前額葉血流供應量增加的功能已經受損，但是右前額葉缺氧血濃度變化正常，表示受測者仍可透過右前額葉思考及辨識，因此在簡短智能測驗結果顯示該等受測者不具有認知功能障礙。

進一步可以利用此裝置來評估受測者大腦經刺激後，左右前額葉之含氧血濃度及缺氧血濃度之變化及其衍生之各種參數，作為受測者是否具有認知功能障礙之診斷指標，以達到早期發現早期治療。

實施例二

請參閱第1至3圖所示，本發明之一種用以評估認知功能障礙之標記及方法，係包含：該刺激源10、該近紅外光譜裝置30以及接收該近紅外光譜裝置30訊號並產生結果之該運算單元40。

評估認知功能障礙之方法包括：

步驟1：於該受測者20頭部貼附該近紅外光譜裝置30；

步驟2：讓該受測者20接受該刺激源10測驗進行認知功能障礙測試，於本實施例中係採用威斯康辛卡片分類測驗(Wisconsin card sorting test, WCST)，此時該近紅外光譜裝置30進行該受測者20腦部前額葉之血氧濃度變化偵測，並產生一腦部前額葉之血氧變化訊號33；

步驟3：該運算單元40接收該近紅外光譜裝置30所偵測到該血氧變化訊號33，並將其訊號分別依含氧血以及缺氧血濃度變化量化為一結果報告50；以及

步驟4：該結果報告50中含氧血濃度變化為控制組，當受測者含氧血濃度變化上升，即表示此次操作正常，接著判讀缺氧血濃度變化，若左右前額葉之缺氧血濃度變化皆上升，即判斷該受測者有認知功能障礙 (請參閱第4、5圖所示)，進一步可搭配認知測驗結果做診斷評估。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧刺激源

20‧‧‧受測者

30‧‧‧近紅外光譜裝置

31‧‧‧LED光源

32‧‧‧光感測器

33‧‧‧血氧變化訊號

40‧‧‧運算單元

50‧‧‧結果報告

第1圖為本發明之操作示意圖。

第2圖為本發明之近紅外光譜裝置示意圖。

第3圖為本發明之近紅外光譜裝置貼附位置示意圖。

第4圖為本發明之含氧血變化結果。

第5圖為本發明之缺氧血變化結果。

Claims (10)

1. 一種用以評估認知功能障礙之方法，包括下列步驟： 步驟1：於一受測者頭部貼附一近紅外光譜裝置進行該受測者腦部前額葉之血氧濃度偵測； 步驟2：要求該受測者放鬆，作為血氧濃度變化的基準值； 步驟3：讓該受測者進行測試，即對大腦施予一刺激源； 步驟4：測試完後請該受測者再度放鬆，該近紅外光譜裝置在整個過程中將偵測到之腦部前額葉血氧變化訊號傳送至一運算中心；以及 步驟5： 該運算單元分析左右腦前額葉之含氧血濃度變化與缺氧血濃度變化，並產生一結果報告，來評估該受測者是否有認知功能障礙。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用以評估認知功能障礙之方法，其中評估方法係為該結果報告中受測者之左右前額葉含氧血濃度變化上升，以及左右前額葉缺氧血濃度上升，即判斷該受測者具有認知功能障礙。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用以評估認知功能障礙之方法，其中該近紅外光譜裝置上具有複數對可發射不同近紅外線波長之LED光源以及一光感測器，該等LED光源利用紅外線得以檢測腦部組織的含氧血以及缺氧血濃度變化值，並傳送至該運算中心。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用以評估認知功能障礙之方法，其中該等LED光源，每對皆可發射兩種不同波長的近紅外光，分別為760 nm與850 nm。
5. 如申請專利範圍第4項所述之用以評估認知功能障礙之方法，其中三對LED光源與光感測器的距離，由內至外分別為30 mm、35 mm、40 mm。
6. 一種用以評估認知功能障礙之標記，係為一受測者大腦受刺激前後左右前額葉之含氧血與缺氧血濃度變化皆上升，即為判斷該受測者具有認知功能障礙之標記。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用以評估認知功能障礙之標記，其中該標記係透過以下步驟檢測： 步驟1：於一該受測者頭部貼附一近紅外光譜裝置進行該受測者腦部前額葉之血氧濃度偵測； 步驟2：要求該受測者放鬆，作為血氧濃度變化的基準值； 步驟3：讓該受測者進行測試，即對大腦施予一刺激源； 步驟4：測試完後請該受測者再度放鬆，而該近紅外光譜裝置在整個過程中將偵測到之腦部前額葉血氧變化訊號傳送至一運算中心；以及 步驟5： 該運算單元分析左右腦前額葉之含氧血濃度變化與缺氧血濃度變化，並產生一具有評估認知功能障礙標記之結果報告，來評估該受測者是否有認知功能障礙。
8. 如申請專利範圍第7項所述之用以評估認知功能障礙之標記，其中該近紅外光譜裝置上具有複數對可發射不同近紅外線波長之LED光源以及一光感測器，該等LED光源利用紅外線得以檢測腦部組織的含氧血以及缺氧血濃度變化值，並傳送至該運算單元。
9. 如申請專利範圍第8項所述之用以評估認知功能障礙之標記，其中該等LED光源，每對皆可發射兩種不同波長的近紅外光，分別為760 nm與850 nm。
10. 如申請專利範圍第9項所述之用以評估認知功能障礙之標記，其中三對LED光源與光感測器的距離，由內至外分別為30 mm、35 mm、40 mm。