專利名稱：：用磁共振波譜檢測疼痛及其成因的系統和方法
技術領域：
：本發明涉及一種用磁共振波譜(MRS)檢測疼痛及其成因的系統和方法。
背景技術：
：對于慢性疼痛的評估，受其性質和現有診斷技術都無法客觀量化疼痛本質相關的變化的限制。慢性疼痛給個人不僅帶了痛楚，而且還帶來了經濟方面的巨大影響。康復治療、工作能力下降以及其它活動能力和應變能力的下降，都給經濟帶來沖擊。同時，對于疼痛的評估及后續治療很大程度上都是基于病人的主觀陳述。慢性疼痛是最普遍但卻難以論述的情況之一。傳統上，它僅僅被認為是病變的一種癥狀。這種觀念很好地適用于劇疼情形，在此種情形中，治療是直接針對病變的，隨著病變的治愈，疼痛會得到解決。但這種觀念并不適用于慢性疼痛的情形。在慢性疼痛的情形下，持續的病變，如關節炎或神經損傷，會引起持續的疼痛，而且可能不能使用通常可行的方法去治療這種疼痛。更為困難的是，在很多情況下，并不能確定引起持續疼痛的病理。在這些情況下，特定的心理因素可能能夠作為抵觸治療的持續疼痛的解釋。雖然現在人們認識到疼痛的心理性起源是罕見的，如癔病或裝病，但人們也認識到心理性因素在任何疼痛中都扮演一個重要角色。疼痛由三個有區別的但又相互重疊的成因構成傷害感受性的，神經性的和心理性的。所有的這些會對人們的疼痛感覺和表現產生不同程度的影響。傷害感受性疼痛是最普遍的疼痛類型，它被認為是由病變的身體組織產生的信號。因此，盲腸炎，腎結石和關節炎中的關節發炎都會引起來自受損組織的增加的信號輸入，這被感覺為疼痛。盡管，這些輸入信號可能會被大腦和脊髓的生理過程修改(升高或降低)，但是基本上疼痛還是歸因于增加的信號輸入到達中樞神經系統。一個對象通常對會降低這些輸入的治療有所反應，如神經傳導阻滯，止痛，消炎或心理性的治療以提高抑制水平而由此降低輸入。區別于傷害感受性疼痛，第二種疼痛成因，神經性疼痛是由外周或中樞神經系統受損所致。在狹義上，這種疼痛發生在神經性機能紊亂特征出現的時候，如感官或運動神經受損這類的機能紊亂。它具有不同的特征，其通常被描述為---針刺感，電擊感，燒灼感或麻刺感。目前的成像技術很難檢測出病變。神經性疼痛通常對用于治療傷害感受性疼痛的措施反應很差，如神經阻塞，止痛，消炎、心理治療甚至切斷等療法。神經性疼痛對于降低神經損傷引起的輸入的療法反應較好，如從神經丘放電或通過麻醉提高中樞神經系統的抑制水平。第三種疼痛成因，心理性成因，它廣泛的作用于人們的疼痛經歷中。心理過程能夠以增加或減輕的方式影響疼痛的感受和疼痛的表達(功能喪失)。例如，在一場運動比賽中，許多運動員往往不會注意到或忽視突然的嚴重受傷，這種情況下，盡管受損組織有大量信號輸入，但疼痛和功能喪失都是最小的。相反的，情緒變化，如焦慮、沮喪或學習過程如避免恐懼，會加大疼痛感受及相關的功能喪失。雖然人們廣泛的認識了這些導致疼痛的過程，但目前仍特別難以測定三種疼痛成因中的每一個種對于人們表現的相關影響。令人沮喪的是，許多目前可行的治療依賴于精確測定疼痛表現的類型。如上所述，治療傷害感受性和神經病理性疼痛的方法是不同的，不在正確情況下使用則會幾乎不產生療效。心理性治療能對兩種疼痛都有效。但是常用的心理治療傾向于治理選擇性功能喪失和承受疼痛的能力，而不是改變疼痛感覺本身。但是，對于會受消極心理過程影響的人來說，認識到這點能有助直接找到這類問題而治療，勝于去尋找有可能相關性很小的傷害感受性的或神經性的病灶。因此，對疼痛最好的治療方案依賴于準確評估痛感的不同成因。目前的診斷技術不夠可靠，而且只能給出有限的信息。許多診斷技術不能準確識別引起傷害感受性、神經性的疼痛的源頭。甚至象椎間盤或脊髓的損害，即使能被證明，也極難作出是由于這種結構畸形導致疼痛的確信的結論。對于測定相關的心理性的成因同樣也是困難的。雖然有許多檢測能測出疼痛感覺、情緒、運動功能喪失和感受，但仍很難測定這些變化對于個人疼痛表現的影響程度。因此，一種能客觀準確地檢測各種因素對于個人疼痛的相關影響的系統和方法，有著巨大的需求。目前的儀器在很大程度上依賴于對象的主觀的陳述。一種能夠可靠檢測與疼痛感覺相關的變化的客觀方法能夠同時改進對疼痛的評估和治療。如果這種技術還能夠評測不同疼痛的相關成因(傷害感受性的、神經性的和心理性的)，這將會給疼痛醫學的帶來重大革命。一項研究指出，下背部疼痛與前皮層中葡萄糖的減少或丘腦中的葡萄糖下降相關。(Grachev，I.D.，Fredrickson，B.E.，andApkarian，A.V.慢性背疼痛中的異常腦化學一種活潑質子磁共質波譜的研究。Pain897-18，2000)。在此參考了這篇論文。另一研究指出在少數患有下背部疼痛和伴隨脊髓受傷的病例中，在腦部的某幾個區域里發生了生物化學變化。(專利，P.M.，etal.，脊髓受傷后發生慢性神經性疼痛的病人的丘腦的質子磁共振波譜，Am.J.神經系放射學.，23901-905，2002)。在此參考了這篇論文。但是，目前仍然沒有檢測疼痛成因或類型的客觀方法。
發明內容發現和表征慢性疼痛相關的生物化學變化，這會利于人們理解慢性疼痛的病理，同時也利于提供和疼痛表現相關的客觀檢測方法。磁共振波譜是一種常用于表征身體組織的化學性質的技術。它可以通過檢測組織樣本或組織完成表征，如檢測從身體切出的乳房或前列腺(活體外)的組織樣品和腦這種存在于人體中的組織(活體內)。神經波譜，能證明活體中與一定范圍病變相關的腦化學變化。因此，活體神經波譜具有表征一塊腦部區域化學性質的能力，而不需要切移組織或采用入侵式程序。它已被證明能有效診斷腦部腫瘤和感染。更多的近期工作表明，磁共振波譜還能檢測與腦功能紊亂相關的變化，如癲癇癥或誦讀困難癥。它甚至可以檢測與普通功能相關的腦部變化，如隨著眼部受光刺激引起葡萄糖的變化。因此，磁共振波譜給評估與疼痛相關的腦變化提供了一種具潛力的有用工具。這種腦變化可能是一種對感覺輸入性疼痛的反應的“普通的”變化，或者是一種對持續性疼痛如傷害感受性或神經性的疼痛的反應的“非普通”變化。它還可以檢測與心理性疼痛相關的變化。通過功能成像技術對腦的研究證明許多腦部區域與疼痛過程相關。這些腦部區域包括體覺腦皮層、前色帶腦皮層、額葉前部腦皮層、孤立腦皮層和丘腦。因此，在這些部位可檢測到與疼痛相關的生物化學變化。慢性疼痛可能與這一些部位的生物化學變化相關。其它疼痛狀態可能也會產生這些變化，慢性疼痛可能與神經衰退有關。根據本發明，人腦的神經波譜可以檢測到此人是否在正在經受疼痛及何種疼痛，同時還可能檢測出疼痛的強度；區分疼痛的成因(傷害感受性、神經性和心理性)；指出增加疼痛程度和引起疼痛的化學物種的差別；識別與疼痛和疼痛起源相關的生物化學機理。其檢測結果可用指導病人管理和監控病人情況。本發明所述的，檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法，包括從承受疼痛的對象腦中獲取波譜數據，將獲得的波譜數據與具有特征數值的參考數據進行比較，該特征數值與至少兩種不同的疼痛成因相關聯和相識別，用于檢測出對象所經受的至少一種疼痛成因。本發明還提供一種檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的裝置，包括一個從承受疼痛的對象腦中獲取波譜數據的磁共振分光計，一個存儲具有特征數值的參考數據存儲設備，該特征數值與至少兩種不同的疼痛成因相關聯和相識別，一個用于比較獲得的波譜數據和參考波譜數據的比較儀，用于檢測對象所經受的至少一種疼痛成因。本發明還提供一種檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛的方法，包括從承受疼痛的對象腦部獲取波譜數據，以判斷所選生物化學物質的濃度，比較獲取的生物化學物質濃度與參考生物化學物質濃度，通過它們的差別，指示傷害感受疼痛的存在。圖1為本發明所述的一種檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法的框圖。具體實施例方式一種檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法，包括從承受疼痛的對象腦中獲取波譜數據，將獲得的波譜數據與具有特征數值的參考數據進行比較，特征數值與至少兩種不同的疼痛成因相關聯和相識別，以檢測對象所經受的至少一種疼痛成因的存在。所述的兩種不同的疼痛成因為傷害感受性的，神經性的和心理性疼痛的成因中的至少兩種。所述的至少兩種不同的疼痛成因，最好包括傷害感受性的，神經性的和心理性的全部三種。所述比較步驟最好是包括將波譜數據與參考波譜數據比較，以判斷對象所經受的相關疼痛成因。本發明還提供一種檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的裝置，包括一個從承受疼痛的對象腦中獲取波譜數據的磁共振分光計，一個存儲具有特征數值的參考數據存儲設備，該特征數值與至少兩種不同的疼痛成因相關聯和相識別，一個用于比較獲得的波譜數據和參考波譜數據的比較儀，用于檢測對象所經受的至少一種疼痛成因。不同的疼痛成因，最好為傷害感受性的，神經性的和心理性的疼痛成因中的至少兩種。所述的不同的疼痛成因，它們最好是包括傷害感受性，神經性和心理性的疼痛成因中的全部三個。所述比較儀最好判定對象所受疼痛的每種因素的相關影響。本發明還提供一種檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，包括從承受疼痛的對象腦部獲取波譜數據，以判斷所選生物化學物質的濃度，比較獲取的生物化學物質濃度與參考生學化學物質濃度，通過它們的差別，指示傷害感受疼痛的存在。所述腦部區域可以是前腦皮層，所選生物化學物質可以是葡萄糖，所選的方向是增加。所選生物化學物質可以是γ-氨基丁酸，這里所選的方向是增加。所選生物化學物質可以是N-乙酰天冬氨酸(NNA)，這里所選的方向是減少。所選生物化學物質可以是膽堿，此處所選的變化方向是減少。根據本發明，進行了一項研究，此研究是關于判斷磁共振波譜是否可以用于識別不同的疼痛成因。研究內容包括患有下背痛疼和脊髓損傷的病人的額葉前部腦皮層、前色帶腦皮層和丘腦。研究結果是建立了能夠區分不同疼痛成因的模式。第一個模式是額葉前部腦皮層中的葡萄糖和抑制化學物γ-氨基丁酸的相對增長。第二個模式是額葉前部腦皮層中的葡萄糖和γ-氨基丁酸的相對減少。第三個模式是葡萄糖與γ-氨基丁酸相對小的及偶爾微小的變化，盡管是來自一個相似的疼痛報告時。這里觀察到的變化與Grachev等人所述的疼痛只與額葉前部葡萄糖的減少相關的觀點不一致。患疼痛的人們會表現出葡萄糖的增加或減少，因此變化的方向(增加或減少)不決定著疼痛的表現。發現表明發生葡萄糖增加或減少的人都可能疼痛，同時變化的方向指示疼痛的類型。進一步的兩組檢測揭示不同的模式。額葉前部葡萄糖增加的一組表現出N-乙酰天冬氨酸的相對高濃度和膽堿的相對低濃度。相反的，額葉前部葡萄糖減少的一組表現出N-乙酰天冬氨酸的相對低濃度和膽堿的相對高濃度。還能根據神經病學的判斷、成像及對治療的反應進一步分組。葡萄糖增加的一組表現疼痛，這種疼痛通常限于無輻射背部，及對背部結構的神經傳導阻滯反應。額葉前葡萄糖減少的一組具有神經性缺陷、神經根沖擊在成像和/或對神經性疼痛的治療有良性反應。因此，得出結論，兩組都有疼痛，兩組都有額葉前葡萄糖的變化，但變化的方向(增加或減少)與到達腦中的輸入的強度有關。那些沒有神經損傷和疼痛的組具有增加的輸入(通常發生于傷害感受性疼痛)，且伴隨有葡萄糖和γ-氨基丁酸的增加。那些有神經損傷和輸入損傷(通常發生于神經性疼痛)的群組，其額葉前葡萄糖和γ-氨基丁酸減少。因此，Grachev等人的發現中的差別的原因及他們提出疼痛是由葡萄糖減少引起的原因在于他們的大部分對象都患有下背疼痛，這種疼痛的本質基本上為神經性的。這可由事實證明，事實是所有他們的對象都患有腿部輻射的疼痛和大部分人經過椎間盤成疝和手術。進一步檢查第三組，這是額葉前部的葡萄糖或γ-氨基丁酸幾乎沒有或完全沒有變化的一組。幾乎所有的對象表現出情緒的變化，情緒與疼痛強烈程度線性相關。然而，那些葡萄糖或γ-氨基丁酸幾乎沒有變化的組的區別特征在于他們的情緒機能障礙與他們陳述的疼痛嚴重程度不成正比。可見這組人可能有疼痛，但心理成因在他們疼痛表現中起很大作用。還有另一個重要的發現。不光有疼痛的組中有葡萄糖的變化(負或正值)，且這些變化與疼痛烈度線性相關(可視類似評價visualanalogscore)。而且，很重要的一點是這種方法不僅可以區別不同的成因是否對疼痛有重要影響，它還能指示每種疼痛成因的相關影響及他們在疼痛表現中所起的作用。丘腦部分的神經波譜可以更高精度的識別疼痛的存在。一組有下背疼痛的對象(N＝31)與一組參照對象(N＝35)相比較，正如先前對一小部分脊髓損傷對象的研究，通過統計分類方法(SCS)分析的磁共振波譜能達到96％的精度。統計分類方法(SCS)是WallaceJC等人所述的基本類型。從通過線性判別分析來分類1H磁共振譜，這里的1H磁共振譜是從未治療及反復出現的卵巢癌的活組織切除物得到的。MagnResonMed1997；38569-76)或PCTWO01/28412A1(PCT/CA00/01238所提到的一種更強有力的類型)。其中多次交叉確認步驟，每次選用不同質子的頻譜。這些研究指出腦部區域的神經傳遞素和代謝物的濃度顯著的不同，這些腦部區域在是疼痛病人與參照對象的相比較時檢查，及在不同的疼痛情況下同時記錄疼痛的起源和強烈度。表1表示一組于患有下背疼痛病人和沒患背疼痛的參照的研究結果。采用六個部位及只采用清楚分光譜對靈敏度、特異性和精度進行檢測并產生以下結果<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="774">腦部解剖區域脆性敏感度特異性精度丘腦85％96％100％98％前色帶腦皮層額葉前部腦皮層</table></tables>通常可通過病人的陳述識別其正經受疼痛的身體部位。所述的診斷技術的價值在于一旦部位被識別，就可以檢測腦的反應，生物化學情況的變化可用于檢測不同疼痛成因的相關影響。這能給實踐者提供一種對于這些不同成因影響的客觀評估及管理的清晰方向。上述磁共振波譜能夠識別腦部位的相關濃度，同時說明神經性疼痛與特定腦部區域的抑制性化學物質γ-氨基丁酸的濃度減少有關。這表明化學物質的減少，與抑制物的減少及隨后的疼痛信號的擴大相關。這表明通過阻止化學物質的缺乏可有效的治療這種病情。因此，磁共振波譜可作為一種有用的診斷工具，用于判斷腦中特征化學物質的缺乏，同時可用這些信息指導有效治療。這也表明磁共振可用于監控治療。神經波譜的發展，如用于評估慢性疼痛的非入侵式、無疼式、診斷式測試，其通過提供一種客觀的疼痛指示，將對臨床實踐有巨大的影響。這將有益于評估慢性疼痛，以配合治療進程。本發明可以裝備圖中的系統，圖中表示一個分光計10用于獲取腦部位的光譜數據，一個比較儀/計算機14用于比較獲取的波譜數據和存儲器14中的參考波譜數據，以檢測被測對象一種或多種的疼痛成因。雖然已出示和描述本明的一種具體實施，但會產生技巧方面的改變，本發明是通過權利要求而非一種具體方式來定義的。權利要求1.一種檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法，包括從承受疼痛的對象腦中獲取波譜數據；以及將獲得的波譜數據與具有特征數值的參考數據進行比較，特征數值與至少兩種不同的疼痛成因相關聯和相識別，以檢測對象所經受的至少一種疼痛成因。2.根據權利要求1所述檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法，其特征在于所述的兩種不同的疼痛成因為傷害感受性的，神經性的和心理性疼痛的成因中的至少兩種。3.根據權利要求1所述檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法，其特征在于所述的至少兩種不同的疼痛成因，包括傷害感受的，神經性的和心理性的全部三種。4.根據權利要求1所述檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的方法，其特征在于所述比較步驟最好是包括將波譜數據與參考波譜數據比較，以判斷對象所經受的相關疼痛成因。5.一種檢測對象正在承受的疼痛的至少一種成因的裝置，包括一個磁共振分光計用于從承受疼痛的對象腦中獲取波譜數據；一個存儲設備以存儲具有特征數值的參考數據，特征數值與至少兩中不同的疼痛成因相關聯和識別；以及一個比較儀用于比較獲得的波譜數據和參考波譜數據，以檢測對象所經受的至少一種疼痛成因。6.根據權利要求5所述檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的裝置，其特征在于所述至少兩種不同的疼痛成因是指傷害感受性的，神經性的和心理性的疼痛成因中的至少兩種。7.根據權利要求5所述檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的裝置，其特征在于所述至少兩種不同的疼痛成因包括傷害感受性的，神經性的和心理性的疼痛成因中的全部三個。8.據權利要求5所述檢測對象承受的疼痛的至少一種成因的裝置，其特征在于所述比較儀判斷對象經受的每個疼痛成因的相關作用。9.一種檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，包括從承受疼痛的對象腦部位中獲取波譜數據，以及以判斷所選生化物的濃度，比較獲取的生化物濃度與參考生化物濃度，通過所選生化物濃度與相對的參考生化物濃度的差別，指示傷害感受疼痛的存在。10.根據權利要求9所述的檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，所述的腦部區域為額葉前部的腦皮層。11.根據權利要求9所述的檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，所選取的生物化學物質是葡萄糖，且所選擇的方向是增加。12.根據權利要求9所述的檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，所選取的生物化學物質是γ-氨基丁酸，且所選擇的方向是增加。13.根據權利要求9所述的檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，所選取的生物化學物質是N-乙酰天冬氨酸(NNA)，且所選擇的方向是減少。14.根據權利要求9所述的檢測對象是否在承受一種傷害感受性疼痛成因的方法，所選取的生物化學物質是膽堿，且所選擇的方向是增加。全文摘要一種識別不同疼痛(傷害感受性的(組織損傷)，神經性的(神經損傷)和心理性的)成因及它們對疼痛所起的作用的系統和方法，其中疼痛成因所起的作用是通過磁共振波譜(MRS)計量腦中或中樞神經系統中的特定的腦部區域的絕對和相對代謝物濃度而得到。該系統和方法可作為診斷工具，評估在疼痛經歷中不同方面的相關作用，也可以監控調整成因的干涉所引起的反應。文檔編號A61B5/00GK1843294SQ20051012444公開日2006年10月11日申請日期2005年11月11日優先權日2005年11月11日發明者悉達多·飛利浦·約翰,蒙得佛得·卡羅琳·E,伍得豪斯·圣安妮,斯坦韋爾·彼得,索莫加·拉莫得·L申請人:加拿大國家研究委員會,磁共振研究院