脑电图反应性定量分析对颅脑外伤后昏迷患者预后评估的研究

卢培刚 梁媛 赵彤 李博

脑电图反应性定量分析对颅脑外伤后昏迷患者预后评估的研究

卢培刚 梁媛 赵彤 李博

目的研究重型颅脑外伤后昏迷患者脑电图（EEG）反应性，探讨EEG反应性定量分析在准确评估重型颅脑外伤后昏迷患者预后中的作用。方法选取自济南军区总医院神经外科2013年3月至2014年6月符合纳入标准的66例重型颅脑外伤后昏迷患者进行EEG反应性检查，并观察分析随时间推移EEG反应性绝对功率变化百分比，比较其差异。结果（1）痛刺激引起的EEG反应性的阳性率（44%～56%）高于声刺激（10.17%～16.67%）和光刺激（0%～13.33%）的阳性率，差异有统计学意义（P＜0.05）。（2）EEG反应性对患者预后预测的准确度分别为：入院时77.27%，1周76.27%，2周86.53%，3周91.11%，4周88.89%。（3）EEG反应性的定量研究证实，各监测时间点绝对功率变化百分比呈持续阳性的脑外伤后昏迷患者，其预后良好率为82.6%；呈持续阴性的脑外伤后昏迷患者，其预后不良率为100%；在监测时间段EEG反应性由阴转阳的脑外伤后昏迷患者，其预后良好率为62.5%；而监测时间段EEG反应性由阳转阴的脑外伤后昏迷患者，其预后不良率为92.9%。结论EEG反应性及定量分析可作为预测颅脑外伤后昏迷患者预后的重要手段，对临床重型颅脑外伤后昏迷患者预后的评估具有具体指导意义。

脑电图反应性；颅脑外伤；昏迷；脑电图定量分析

随着交通事故等意外事件的逐年增多及重症医学的快速发展，存活的严重脑损伤后昏迷患者不断增多。维持此类患者生存的支持治疗费用昂贵，给社会造成极大负担，给患者家庭带来沉重精神和经济压力，并引发一系列伦理、法律等问题。因此，准确的预后判断及有效的促醒治疗是目前神经创伤领域亟待解决的医学难题。目前临床最常用的脑功能评估手段包括临床观察、影像学检查、血清生化标志物检测及神经电生理学监测。然而，临床行为学评估尚缺乏一定的客观性与准确性，影像学检查及血清生化标志物检测有效性和特异性有限，其均大大制约了脑外伤昏迷患者预后的准确评估。近些年来，神经电生理学监测逐渐用于昏迷患者的预后评估，其具有时间分辨率高，且可连续监测及定量分析的特点[1,2]。本研究选取自济南军区总医院神经外科2013年3月至2014年6月符合纳入标准的66例重型颅脑外伤后昏迷患者在伤后72 h内、1周、2周、3周及4周进行脑电图（electroencephalograph，EEG）动态监测，并对EEG反应性进行定量分析，旨在验证EEG反应性对外伤后昏迷患者预后的评估作用，为实际临床工作提供具体实验数据。

资料与方法

一、一般资料

选取自2013年3月至2014年6月收治于济南军区总医院神经外科66例重型颅脑外伤性昏迷患者，做头颅CT或MRI检查和临床神经系统检查确诊为颅脑损伤。纳入标准：（1）GCS≤8分；（2）发病48 h内入院。排除标准：（1）意识清醒患者（GCS评分＞8分）；（2）评定前24 h使用抗癫痫及镇静药物；（3）存在可能影响脑功能判断的因素（如麻醉、低温、休克等）；（4）非颅脑外伤后昏迷患者；（5）非中枢神经系统缘故导致的死亡；（6）出现显著的干扰伪迹；（7）有严重心、肺、肝、肾并发症；（8）合并肿瘤、血管畸形、凝血障碍的患者；（9）病程中伴有多次持续癫痫发作；（10）年龄＜18岁或＞80岁。

二、实验设计

在患者入院时（伤后72h内）、入院约1周（6～8d）、2周（13～15 d）、3周（20～22 d）、4周（28～30 d）时分别对昏迷患者作EEG检查，每次检查时进行GCS评分和意识状态评定。在此过程中患者清醒则停止做EEG监测。于伤后6个月时结束患者随访，并根据GOS评分对患者进行分级。与大多数研究一致，结果分为预后良好（GOS 3～5分）与预后不良（GOS 1～ 2分）。

三、实验方法

采用美国尼高力128通道台式长程视频监护脑电图仪，按照国际10～20系统安放盘状电极，用弹力帽固定，放置电极包括FP1、2，F3、4，C3、4，P3、4，O1、2，F7、8，T3、4，T5、6，Fz点为参考电极，Fpz点为接地电极。滤波通道0.5～30 Hz，时间常数0.3，走纸速度3 cm/s。实验时患者平卧于监护室病床上。视患者合作情况，每次EEG检查时间为6～24 h。在脑电信号平稳时对患者行疼痛、声音、光刺激，刺激方法为先后给予痛刺激（针刺双侧合谷穴）、声音刺激（在患者耳边大声呼唤患者姓名1 min）和光刺激（依次为 2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、25、30、1、3 Hz的光，刺激时长10 s，间隔时长10 s）。当一种刺激引起EEG的变化恢复后方可给予下一种刺激 （间隔时间＞5 min）。观察脑电图变化情况，所有监测脑电信号在示波器上实时显示，并将此脑电信号全部存于磁盘。此后由模数转换（A/D）、快速傅立叶转换，将每个电极所处的不同频率以功率来表示并转换为定量化的数据。分析时间点包括：做EEG反应性测试刺激前及刺激后EEG发生变化时，EEG一直无明显变化的在刺激后10 s时。定量分析时选择刺激前30 s内、EEG发生变化时30 s内无伪迹，并且能代表脑电背景活动的脑电信号采样，采样时间4 s，各点共采4次。采用快速傅立叶转换分别进行功率谱分析，得出16个脑区各频段的绝对功率，频段划分：δ（0.5～3.5 Hz）、θ（4.0～7.5 Hz）、α1（8～10.5 Hz）、α2（11～13 Hz）、β1（14～20 Hz）、β2（20～30 Hz）。观测指标：（1）EEG目测反应性；（2）目测EEG反应性预测准确率的计算，真阴性：指标良好且预后良好，假阴性：指标良好而预后不良，真阳性：指标不良且预后不良，假阳性：指标不良而预后良好，预后评估准确度＝（真阴性+真阳性）/总例数；（3）外源性刺激引起的EEG各频段绝对功率变化百分比。绝对功率变化百分比=刺激后频段绝对功率－刺激前相应频段绝对功率/刺激前相应频段绝对功率[3]。

四、统计学方法

对入院时EEG反应性结果进行χ2检验，验证其对预后的评估作用。采用SPSS13.0软件对EEG不同频段绝对功率变化百分比进行方差分析，在预后良好与预后不良组之间，比较各频段绝对功率变化百分比，观察各频段绝对功率的变化规律。确定绝对功率变化百分比与患者预后的相关性。

结果

一、不同刺激所引起的EEG反应性结果比较

给予疼痛、声音及光刺激引起的EEG反应性结果见表1。经过χ2检验后得出痛刺激引起EEG反应性阳性率（44%～56%）高于声刺激（10.17%～16.17%）及光刺激（0%～13.33%），差异具有统计学意义（P< 0.05），声刺激与光刺激之间差异无统计学意义（P> 0.05）。（注：在声刺激及光刺激时EEG反应性阳性的病例在痛刺激时反应性均为阳性）。

表1 三种刺激引起脑电图反应性结果比较（例）

二、EEG反应性结果与预后关系分析

不同监测时间点EEG反应性目测结果与外伤半年后预后关系分析见表2。并根据预测准确率计算公式计算其预测准确率。经四格表χ2检验，预后良好组与预后不良组间的反应性间的差异有统计学意义（P<0.05）。不同监测时间的EEG反应性预测准确率不同，伤后3周时预测准确率最高（91.11%），然后依次是4周 （88.89%）、2周 （86.53%）、72 h内（77.27%）、1周（76.27%）。

三、EEG反应性定量分析与预后关系分析

选择痛刺激δ频段，绘制出EEG反应性绝对功率变化百分比随时间的变化趋势，根据分析得出四组代表性变化趋势：（1）各时间点EEG反应性一直阳性组 （A组）；（2）EEG反应性由阴转为阳性组（B组）；（3）各时间点EEG反应性一直阴性组（C组）；（4）EEG反应性由阳转阴组（D组）（图1）。进一步通过对δ频段EEG反应性的定量研究证实，各监测时间点绝对功率变化百分比呈持续阳性的脑外伤后昏迷患者，其预后良好率为82.6%；呈持续阴性的脑外伤后昏迷患者，其预后不良率为100%；在监测时间段EEG反应性由阴转阳的脑外伤后昏迷患者，其预后良好率为62.5%；而监测时间段EEG反应性由阳转阴的脑外伤后昏迷患者，其预后不良率为92.9%，具体内容见表3。

讨论

昏迷是意识障碍中最严重的觉醒障碍，可定义为不能执行指令、不能说话、或疼痛刺激时不能睁眼。近年来随着车辆交通及城市建设的发展，交通事故和高处坠落导致颅脑损伤性昏迷患者的数量显著增高，给社会及家庭都带来了沉重的经济和心理压力。因此，昏迷患者预后的准确评估便显得十分重要和有意义。

现在临床最常用的脑功能评估技术有：（1）临床观察，包括GCS昏迷评分、脑干反射等。GCS评分是最常用、最简单易行的脑功能评估方式，但其存在问题是不够客观、准确，主观性较强，而且不能很好地反应脑干及大脑皮层功能；对脑干损伤本身即存在言语、运动及脑干反射障碍的患者以及气管切开、亚低温治疗、眼睑水肿等患者，评价不全面[4]。（2）生化标志物、血清神经元特异性烯醇酶、S100蛋白、vW因子抗原等。血清神经元特异性烯醇酶技术对意识障碍患者有一定的预测作用，但是其有效性和特异性均有限[5,6]。（3）其他，包括MRI、CT等影像学检查及经颅多普勒超声检查脑血管情况等。虽然神经影像技术有了飞跃性发展，但也只是对颅内器质性病变的诊断能力大幅提高，而不能对患者的预后做出估计。近些年来，神经电生理学监测逐渐用于昏迷患者的预后评估，其中EEG记录可以从时间和空间序列反应神经元网络的电活动状态。能够揭示CT、MRI、血管造影等难以显示的异常状况。并且EEG监测有如下优点：安全、经济、能连续、动态、实时床旁监测等[7]。在既往对昏迷患者预后评估的研究中发现，外源性刺激引起的EEG反应性是一个重要的指标[8-11]。虽然就脑外伤而言，关于EEG反应性的研究较多[12-14]，但是对EEG反应性进行动态监测的相对较少，同时对其进行定量分析的研究则更少。本研究以颅脑外伤后昏迷患者为研究对象，行EEG动态监测，并对EEG反应性进行定量分析，旨在验证EEG反应性对外伤后昏迷患者预后评估的准确性，为实际临床工作提供具体实验数据。

表2 脑电图反应性目测结果对昏迷患者预后的预测作用

图1 脑电图反应性δ频段绝对功率变化百分比时间趋势图

表3 动态脑电图反应性结果（δ）与预后的关系

首先，本研究证实痛刺激所引起的EEG反应性阳性率高于声音刺激和光刺激所引起的EEG反应性阳性率，差异具有统计学意义。随后，通过对脑外伤后昏迷患者EEG反应性的动态监测，发现伤后不同时间点EEG反应性对预后预测的准确率不同，伤后3周时预测准确率最高（91.11%）。分析此结果出现原因主要还是和脑损伤后病情发展过程相关，脑损伤后由于及时治疗，脑水肿于伤后48～72 h达高峰，而含有蛋白质的水肿液的吸收多在伤后7 d以后。3周时大多患者水肿较前明显减轻，继而颅内压也会较前下降，趋于正常，病情趋于稳定，此时间点EEG反应性预测的准确度也最高。

常规EEG一直沿用目测分析法，这种分析方法使得脑电活动中所包含的丰富特征和信息无法提取，从而使EEG检查难以满足临床和研究的需要。并且其分析结果中不可避免的会有分析者的主观成分。定量EEG是利用计算机技术和数学将原始脑电图数量化而得到的，能够将波幅随时间变化的脑电波变换为脑电功率随频率变化的数字化信号，从而提供直观的量化的参数，能在可逆阶段检测出中枢神经系统的异常和功能障碍，并且能突出在目测原始EEG时难以发现的某些特征。本研究对EEG反应性定量分析结果表明EEG反应性定量分析可以预测预后：预后良好组的EEG反应性绝对功率变化百分比明显高于预后不良组，表明外源性刺激引起EEG各频段绝对功率均降低的预后好，降低程度越大，预后越好，反之亦然。更为有意义的是，本研究通过对痛刺激δ频段EEG反应性绝对功率百分比的时间变化趋势进行分析，总结归纳出四组代表性变化趋势，并对该四种变化趋势的预后评估进行了定量分析，此将对外伤后昏迷患者整体的预后评估具有实际的临床指导意义。

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Evaluation of quantitative electroencephalographic reactivity in prognosis of coma patients after craniocerebral trauma

Lu Peigang,Liang Yuan,Zhao Tong,Li Bo. Department of Neurosurgery,Ji’nan Military General Hospital of Chinese People’s Liberation Army,Ji’nan 250031,China

ObjectiveTo assessed electroencephalographic(EEG)reactivity of patients with trauma coma to make quantitative analysis of EEG reactivity.To explore the role of quantitative analysis of EEG reactivity on the evaluation for prognosis of patients with trauma coma.MethodsSixty-six patients with trauma coma were selected for this study that was in line with the standard of study in 2013 March to 2014 June in Department of Neurosurgery of Ji’nan Military General Hospital of Chinese people′s Liberation Army.EEG reactivity of these patients were recorded on admission,a week,two weeks,three weeks and 4 weeks after trauma.Then,the changes in percentage of absolute power for EEG reactivity were analyzed quantitatively in different groups.Results(1)Pain-induced percentage of reactivity was higher(44%-56%)than auditory reactivity(10.17%-16.67%)and visual reactivity(0%-13.33%)(P<0.05).(2)The prognosis of patients with EEG reactivity of the accuracy of prediction is respectively:77.27%on admission,1 week 76.27%,2 weeks 86.53%,3 weeks 91.11%,4 weeks 88.89%.(3)The rate for well prognosis in trauma coma patients displaying positive percentage changes in absolute power for EEG reactivity during the whole recording duration was 82.6%,while,the rate for poor prognosis in trauma coma patients displaying negative percentage changes during the whole recording duration was 100%.The rate for well prognosis for those patients displaying dynamic(from negative to positive)percentage was 62.5%,while,the rate for poor prognosis for those patients displaying dynamic(from positive to negative)percentage was 92.9%.ConclusionEEG reactivity andits quantitative analysis is an important method for the evaluation on prognosis of patients with trauma coma.

Electroencephalographic reactivity; Craniocerebral injury; Coma; Electroencephalographic quantitative analysis

2016-05-16）

（本文编辑：张丽）

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2017.01.006

国家自然科学基金（81471214）；济南军区总医院院长基金（ZD201405）

250031济南，济南军区总医院神经外科

卢培刚，Email：pgl912@126.com

卢培刚,梁媛,赵彤,等.脑电图反应性定量分析对颅脑外伤后昏迷患者预后评估的研究[J/CD].中华神经创伤外科电子杂志,2017,3(1):021-025.