我国《中医药事业发展“十一五”规划》明确提出了推动中医药科学信息化、现代化,建设中医药科研人才,加快中医药国际化的发展目标。磁共振功能成像(fMRI)作为现代医学影像技术,已广泛用于医学基础和临床研究,并在探索中医药临床治疗的作用机制方面展现出非常重要的潜在应用价值,是推动中医药现代化、信息化发展的强大武器,然而,相关人才的匮乏限制了中医药领域fMRI研究的发展。近年来,新兴中医药信息学科的发展改变了这一局面。利用中医药信息学科的医工结合优势,推动fMRI技术在该学科建设,尤其是在相关科研中的应用,对推动中医药事业的发展具有重要的意义。
1目前中医药发展存在问题及对策
近年来,中医药作为一种重要辅助及补充医学,在逐步走向世界的同时也受到一些质疑。其主要原因之一是以目前现代科学研究方法难以提供足够的证据支持包括传统针灸经络理论在内的中医药理论。因此,在一定程度上成为限制中医药发展的瓶颈问题。随着计算机技术、医学影像技术及图像处理技术的发展,新技术在中医药基础及临床科研中的应用越来越广泛,推动了中医药科学的现代化发展。作为一种先进的生物医学影像技术,fMRI在探索中医药在临床疾病治疗中的作用机制方面展现了非常重要的潜在应用价值,但fMRI技术的复杂性要求从事该项研究的人员同时具备计算机信息科学及医药学基础知识,而我国传统医工分离的教育体制导致该领域人才匮乏。近年来,为实现中医药现代化和信息化目标,全国不少中医药院校逐步开设了中医药信息学专业。作为一门新兴的医工结合的交叉学科,中医药信息学将现代信息工程技术与传统的中医药科学密切关联,为培养符合中医药领域fMRI研究人才创造了条件。笔者认为,推动中医药信息学科建设、开展中医药领域fMRI研究,是利用现代科学技术和科研方法挖掘中医药宝库、研究中医药科学、解决制约传统医学发展瓶颈问题的关键所在。
2磁共振功能成像基本原理及其在科研中的应用
传统医学成像技术主要包括X线成像、超声成像、电子计算机X射线断层扫描技术(CT成像)、磁共振成像(MRI)及核医学成像,以往这些成像均以解剖成像为主,主要通过观察疾病引起的解剖形态变化来实现诊断和鉴别诊断目的。随着计算机技术的发展,医学影像技术逐步从之前单一解剖成像发展成为一种解剖成像与功能成像兼备的可用于临床疾病诊断治疗及基础和临床科研的技术手段,其中MRI技术的发展尤为突出。fMRI便是一种将功能与解剖成像、临床与科研影像相结合的成像新技术,为脑功能相关的基础和临床研究开拓了新的发展方向。
2.1基本原理
广义的fMRI技术包括弥散加权成像(DWI)、弥散张量成像(DTI)、灌注加权成像(PWI)、磁共振波谱分析(MRS)、磁共振波谱成像(MRSI)及血氧水平依赖成像(BOLD)等。不同的成像技术各有优势,在临床中有不同的应用。狭义的fMRI一般特指基于血氧水平信号变化强度的BOLD技术,其基本原理是人体大脑神经元活动导致大脑被激活的功能区局部血流动力学发生改变,引起血液中顺磁性氧合血红蛋白及抗磁性脱氧血红蛋白的比例改变,使局部磁场均匀度变化,进而引起BOLD信号改变。
2.2基础及临床研究中的应用
基于BOLD的fMRI技术无需注射对比剂,以其无创、无辐射损伤、高空间和时间分辨率、可在活体上重复进行等优点在脑功能基础及临床研究中具备独特的优势。目前,fMRI在基础科研中主要应用于运动、感觉(听觉、视觉、嗅觉)、语言、认知、记忆、智力、情绪、性格、决策、睡眠、意识、性别、发育、衰老、针刺、坐禅、睡眠等相关研究,尤其在认知神经科学领域取得丰硕成果。在临床研究中,fMRI技术主要应用于神经系统相关类疾病、各种成瘾性疾病、精神类疾病、药物应用、脑卒中及损伤后神经功能恢复、疼痛及癫痫等相关研究。值得关注的是,fMRI能从整体上探索各种诊疗方案对人体中枢神经系统的影响,恰好与中医将人体视为有机统一整体的理念相符。因此,fMRI在各种中医特色病种的研究中独具优势,在揭示中医治疗疾病的内在机制方面有广阔的应用前景。
3磁共振功能成像在中医药领域中的应用
近年来,fMRI广泛应用于基础科研及临床研究中,在中医药领域,由于fMRI实现了无损伤活体脑功能研究,可直观获取针刺时脑功能区激活状态的信息,使针刺作用机制的研究日趋深入。目前,国内外学者做了大量基于fMRI的针刺作用机理研究[1-5]。其范围主要涵盖真针刺与假针刺时中枢神经响应的区别、不同针刺手法中枢神经响应的区别、不同穴位中枢神经响应的区别、健康志愿者与处于不同疾病状态下患者的区别、针刺刺激与其他类型刺激的神经响应区别等。针刺作用的发挥与中枢神经系统的调控及调节机制密切相关,但对针刺通过中枢神经系统调控的具体作用机制,目前仍存在不同的学术观点。如哈佛Martinos生物医学图像研究中心的中医针灸研究团队的研究表明,针刺是通过大脑边缘系统、旁边缘系统、大脑皮层的负激活来发挥作用[6]。国内相关研究则表明,针刺刺激具有不同的时空特性,这种不同穴位的不同时空特性正是针刺治疗的关键影响因素,也是针刺穴位特异性的基础[7]。当然,关于针刺fMRI研究的方法学尚存在一些问题[8],有待进一步深入探讨。另外,fMRI在中医药其他领域也逐渐显现了巨大的潜在应用价值。如在中医药治疗的疗效观察、疗效评价及作用机制等方面的研究正在逐步开展。此外,国内一些研究机构也在探索将fMRI用于中医症候及证型的研究中。
4对中医药信息学科建设的意义
fMRI作为在中医药基础研究及临床研究中有重要应用价值的现代化医学影像技术,对中医药的信息化和现代化发展起到极为重要的作用。当然,fMRI研究的复杂性对从事fMRI研究的科研人员提出了较大的挑战,fMRI复杂的实验数据处理要求相关科研人员既要拥有扎实的计算机科学、信息科学等理工学科知识基础,同时还要求具备必要的医学知识。因此,fMRI研究的发展需要一批具备跨学科专业知识的复合型人才,但我国目前医工分离的教育体制导致这一类型人才极为缺乏。为此,不少中医院校近年来逐步开设了中医药信息学专业课程。
作为一门新兴的中医药学和信息科学的交叉学科[9-10],中医药信息学科立足于中医药信息化发展的需要,将计算机科学、信息科学与医学科学相结合,打破了以往医工分离的教育体制,客观上提供了将包括中医药科学在内的医学和信息工程学科切实有效融合的客观条件,为fMRI研究发展所需人才的培养创造了条件。目前,不少中医药院校附属医院放射科室已引进了MRI,具备了开展fMRI研究所需的实验数据采集和分析的设备条件,同时又有充足的研究所需的病源条件,对今后开展中医药相关的fMRI研究极为有利。因此,中医院校有必要充分发挥中医药信息学科的重要作用,合理设置中医药信息学专业,调整中医药信息学课程设置,为学生构建医工结合的基础知识体系[11]；同时,重视培养开展fMRI研究所需的人才,推动fMRI研究在中医药领域的应用和发展,逐步形成fMRI研究发展与中医药信息学科建设互相促进的局面。
5小结与展望
fMRI在中医药研究领域中具有非常重要的应用价值和发展前景,开展中医药fMRI研究,需要结合计算机科学、信息科学、现代医学及传统医学等多方面知识和基础条件,中医药信息学科所培养的专业人才理应成为开展该领域研究的主力军。笔者认为,为加快发展中医药领域的fMRI研究及推进中医药信息学科建设,国内中医院校应集中优势资源,着力从以下两个方面推进：①高度重视fMRI在中医药科研中的价值,加强人才培养,推进与相关附属医院或国内外科研机构的合作,发挥各自资源优势,建立各自的fMRI研究科研团队；②加强各科研团队之间的合作,力争形成科研合力,开展多中心合作,形成优势互补,集中解决研究过程中遇到的重大问题,充分发挥中医药信息学科的独特价值,推动中医药信息学的长远发展。通过发展fMRI研究队伍并推动中医药信息学科建设,实现利用现代科学技术和科研方法寻找突破口,解决中医药发展过程中的瓶颈问题,加快中医走向世界的步伐。
作者:武红利 单位:安徽中医药大学医药信息工程学院
