术中神经生理监测在脊柱畸形矫形手术中的应用进展

荣荣 王诗军 王宇 李淳德

（北京大学第一医院骨科，北京 100034）

目前，在脊柱畸形矫形手术中，神经功能损伤的发生率在0.01%～0.05%[1]。有文献报道，在脊柱侧凸后路矫形手术中，神经功能损害的发生率约为0.25%～3.2%[2]。唤醒试验具有便于操作和直接得出准确结果的特点，自七十年代以来被视为评估术中脊髓损伤的“金标准”[3]，但因其存在无法评估脊髓感觉功能、不能持续监测术中神经功能等不足[4]，单独或常规应用唤醒试验监测术中脊髓功能已不能满足现代脊柱手术的需求。术中神经功能监测有助于术者及早发现神经功能并发症，对于并发神经损伤高风险的脊柱矫形手术，应用术中神经生理监测（intraoperative neurophysiological monitoring,IONM）有时在脊柱畸形矫形手术中是不可或缺的[5]。技术的进步使得IONM的实用性及精确性得到发展与提升。本文回顾了在脊柱畸形矫形手术中应用IONM的电生理学方法的基本原理及进展，包括运动诱发电位（motor evoked potentials,MEP）、体感诱发电位（somatosensory evoked potentials,SEP）、以及多模式术中监测（multimodal intraoperative monitoring,MIOM）[6]。本文将对运动诱发电位、体感诱发电位及多模式术中监测在脊柱畸形矫形手术中应用的研究动态及前景进行综述。

1 IONM概述

IONM运用生理学技术评估神经完整性。IONM已尝试用于减少术中神经损伤，识别术野中重要神经结构，从而避免术中重要神经结构的严重损伤[7]。IONM的目标是在涉及脊髓操作的手术中对脊髓功能提供实时的评估。IONM有多种形式，每一种都有其特定的应用，术中需采用多种模式进行监测。

2 SEP术中监测

SEP术中监测方法包括皮层体感诱发电位（cortical somatosensory evoked potentials,CSEP）、脊髓体感诱发电位（spinal somatosensory evoked potentials,SSEP）、棘间刺激和记录、感觉运动混合电位和脊髓刺激肌肉记录等。其中，CSEP和SSEP较为常用。CSEP为无创性监测，通过刺激正中神经（median nerve SEP,MNSEP）和胫后神经（posterior tibial SEP,PTSEP）进行记录，在一定程度上反映了特异躯体感觉传入通路、脑干、脊髓及脑皮质的机能状态。SSEP是在硬膜外置导管电极直接刺激脊髓或马尾神经，避开对周围神经的刺激，对周围神经病变或不易获得SEP记录的患者可采用这种技术。SEP作为IONM的主要形式，对皮质感觉区的记录可以提供术中神经功能的重要信息，并作为MEP的补充用于手术中。然而，SSEP仅检测脊髓后索的上行感觉传导通路，存在无法监测术中运动神经束损伤的不足。尽管有这些局限性，SSEP仍存在以下优势：①对术中患者刺激小；②较易被量化；③与MEP相比平均间歇变异性较低[8]。

2.1 SEP监测在脊柱畸形矫形手术中的应用

SEP最早用于脊柱畸形手术中监测脊髓功能。侧凸研究协会（Scoliosis Research Society,SRS）认为术中SEP作为一项早期监测技术，能够预警脊柱畸形矫形术中的神经功能损伤[9]。SEP是通过监测脊髓小脑束和脊髓丘脑束的传导反映脊髓的完整性，间接反映脊柱手术中医源性神经损伤的风险。CSEP监测是对机械性或血管源性脊髓损伤进行早期预警，对神经损伤高风险的操作进行提示，预防术中出现医源性脊髓损伤。此外，SSEP可以发现神经轴特定区域的损伤，可用于颅内病变、脊髓病变和脊柱侧凸等疾病的术中监测。近年来，SEP监测在神经和脊柱外科手术中已得到广泛的应用，是判断脊髓损伤程度较可靠的客观指标之一，容易获得有效监护波形[10]。

2.2 SEP术中监测方法

麻醉完成后开始SEP监测，同时记录双侧正中、胫后神经体感诱发电位，上肢外周刺激电极置于腕横纹上正中神经干处，刺激正中神经；下肢外周刺激电极置于双侧内踝后方，刺激胫后神经。采用方波刺激，波宽0.2～0.3 ms，强度30～40 mA，频率2.3 Hz，叠加200～300次。记录电极置于Cz，参考电极置于FPz（国际10～20系统）[11]，刺激强度以能引起拇指或足趾跖曲1.0 cm为宜，刺激强度在监测过程中保持恒定。在麻醉后、皮肤切开前、切口暴露至椎板时分别记录SEP，并以暴露到椎板时的SEP波幅和潜伏期为基线，作为术中P40波幅变化的参照。

2.3 麻醉对SEP监测的影响

随着IONM在脊柱矫形手术中的应用，术者越来越关注麻醉药物对SEP监测的影响。术中应用的麻醉药物主要有静脉麻醉药物和吸入性麻醉药物。在常用的静脉麻醉药物中，苯二氮卓类药物会使SEP波幅轻度降低、丙泊酚会使SEP波幅逐步降低及潜伏期延长、巴比妥类药物会使SEP波幅降低及潜伏期延长[12]，阿片类药物会使SEP潜伏期轻度延长[13]，氯胺酮会使SEP波幅增强[14]，不同剂量的依托咪酯会使SEP波幅显著增强，因此在SEP监测的麻醉诱导时可使用依托咪酯[12]。右旋美托咪啶对SEP的波幅和潜伏期没有明显抑制作用，并因其良好的术中镇静作用，可降低麻醉药的用量，从而减少药物的蓄积，加快苏醒时间[15]。在吸入性麻醉药物中，对SEP监测的影响呈剂量相关性变化，笑气和卤化类吸入麻醉药物联合应用时，对SEP的抑制作用更强，使SEP波幅显著降低[12]。SEP监测中应用肌松药，可增强信号清晰度。然而，如果同时记录MEP，肌松药会降低CMAPs。因此，在IONM中选择优化的麻醉方案，使用对SEP监测影响小的麻醉药物，以获得有效的监测记录。

2.4 SEP的警报标准及波幅改变的影响因素

有学者[7]建议SEP监测以麻醉诱导后患者处于手术体位时检测到的波幅及潜伏期为基线，术中神经损伤的“报警标准”是：与基线对比，术中监测到SEP波幅降低50%和（或）潜伏期延长10%。也有学者[16]以切口暴露到椎板时检测到的波幅及潜伏期为基线，与基线对比，术中监测到SEP波幅下降50%或潜伏期延长10%作为“报警阈值”。SEP的预警易受多种因素影响，低血压、低体温、低碳酸血症、低氧血症、贫血，甚至特殊的麻醉药物都能影响SEP信号[17]；同时，术野中的脑脊液、冲洗液可传导电流引起的电刺激及冷热对脊髓神经的刺激，会影响SEP信号[18]；另外，SEP监测易受手术室环境的影响，术中应用其它电子设备产生的干扰，也会使SEP监测信号产生偏差[19]。因此，在SEP监测中，应排除以上影响因素，提高SEP监测的准确性。

2.5 SEP在脊髓手术监测中的局限性

虽然SEP监测是IONM中最常用的模式，但单独应用时仍存在多种局限性。因为SEP反映了脊髓后索内侧丘系传导束的完整性并具有良好的可信度[20]，却不能反映皮质脊髓束的传导功能，仅间接反映了运动传导的完整性，对运动功能的监测可能出现假阴性结果[21]。Schwartz等[21]报道在脊柱侧凸矫形手术中，SEP对运动功能监测的敏感性为43%，特异性为100%。同时，SEP监测需要叠加一定时间，可能延迟5 min或更久才监测到急性神经损伤的发生，影响对损伤神经操作的及时判断。在一项运用SSEP与MEPs的2004例对照研究中发现，SSEP信号改变平均滞后于MEPs 16min，其中1例患者监测报警延迟达33min[17]。

3 MEP术中监测

在IONM中，经颅电刺激（transcranial electrical stimulation,TES）是用5～7个序列脉冲与＞200 Hz的高频通过刺激皮质脊髓束而产生MEP[22]。TES对硬膜外D波的监测，可选择性的评估皮质脊髓束的完整性。对麻醉后患者，TES是通过叠加刺激突触后电位来产生动作电位；经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation,TMS）是磁脉脉冲经感应电流刺激脑组织，引出间接波（I波）。TES比TMS更实用，主要是由于TES比TMS对麻醉耐受性更好[23]。MEP监测是一项检查神经系统运动功能的无创方法，通过刺激运动皮质来观察皮质脊髓束的传导，可以较特异的反映脊髓的运动传导功能。MEP通过对皮层或皮层下刺激并在肌肉进行记录，可大致判断皮层下运动纤维并对运动皮质进行定位监测。基于刺激和记录的部位，MEP进一步分为神经源性MEP（D或I波）和肌源性MEP（transcranial motor evoked potential,Tc-MEP）。神经源性MEP，是将电极针插入硬脑膜直接刺激脊髓，电刺激会不可避免的激活感觉神经束，产生可逆的周围神经感觉电位[24]，目前较少使用。Tc-MEP监测是经颅电刺激运动皮层引出动作电位，因电位容易产生和记录，是目前较广泛接受的监测方式。

3.1 MEP监测在脊柱畸形矫形手术中的应用

在脊柱畸形矫形手术中，脊髓损伤的多种机制包括牵张、局部缺血、神经压迫等[25]。因脊髓前角细胞对缺血更为敏感，在脊柱矫形手术中MEP较SEP监测更为灵敏，利于医师及时停止可能损伤神经的手术操作[26]。Tc-MEP作为一种更普及的方法用于监测皮质脊髓束的活动[27]和预测脊柱矫形术后患者的运动功能障碍[28]。Tc-MEP对运动传导通路的监测更实用且易于操作，具有更高的可靠性及有效性[29]。MEP在监测脊髓运动通路的完整性时可预测术后运动功能[30]，Tc-MEP可提供术中神经功能实时的反馈并具有良好的适应性。医师在进行脊柱畸形矫形手术时一个重要的目标就是保护术前的神经功能[31,32]，对神经传导功能的实时反馈有助于降低术中脊髓损伤的发生率。

3.2 MEP术中监测方法

麻醉完成后开始MEP的初次刺激及记录，监测过程持续到关闭切口为止。采用针式单极电极针，针式刺激电极置于C3、C4（国际10-20系统）[11]，记录电极置于双下肢拇展肌，记录外周肌源性运动复合电位（compound muscle action potentials,CMAPs）。刺激参数为5～7个成串方波脉冲，刺激持续0.5 ms，以2.0 ms间隔交替刺激，刺激电压从100 V开始，逐次增加25 V，直到获得符合要求的基线波形（50µV），最大刺激电压＜600 V。记录电刺激后的CMAPs波幅。在监测过程中，需尽量应用同样的刺激电压并且不要超过最大刺激电压。

3.3 麻醉对MEP监测的影响

3.4 MEP的警报标准及波幅改变的多种原因

MEP监测是通过观察CMAPs的变化进行诊断。应用不同的阳性判断标准时，其监测的敏感性及特异性存在差异。一种常用的报警标准是“全”和“无“的标准[37]，其理论基础认为MEP可直接反映脊髓的完整性。但该标准的应用，对未出现神经功能障碍的脊髓损伤存在漏报，敏感性下降，假阴性率增加。Horiuichi等[38]报道在动脉瘤手术中应用“全”和“无“的MEP诊断标准，其特异性为97%，而敏感性为62.5%，但该标准在脊柱畸形矫形手术中的应用尚无

MEP监测及记录，都受麻醉类型及麻醉深度的显著影响。目前常用的麻醉方式是全静脉麻醉，常用药物是阿片类及丙泊酚混合物，具有容易达到麻醉深度、代谢快、便于产生MEP波幅的特点[33]，但大剂量的丙泊酚仍会干扰MEP的产生。由于对吸入麻醉剂的高度敏感性，少量吸入或卤化麻醉剂可显著干扰或消除MEP波幅[22]。因此，不推荐其作为MEP监测中常规麻醉药。另外，MEP记录的CMAPs是通过神经肌肉接头传导的，术中应用肌松剂（神经肌肉阻滞剂）会显著的影响MEP的波幅[34]。有报道[35]认为，静脉麻醉药物比吸入麻醉药物，如笑气对α运动神经元兴奋性的干扰要小。因此，MEP监测的过程中要严格遵守全静脉麻醉的标准方案。

此外，有2种方式用于评估神经肌肉阻滞的程度：①将应用肌松剂前后的外周运动神经的CMAPs波形进行对比；②以2 Hz的频率给外周神经以4个超大的电刺激，称为4连击（train of four,TOF）。当产生超过1～2次肢体震颤后，即可监测到MEP波形[23]；当应用TOF产生次数较多肢体震颤时，MEP的产生率更高。这对术前运动功能障碍无法测得MEP波形的患者相当重要[36]。相关文献报道。

另外，MEP的波幅具有高度间歇变异性[39]。这种变异性使波幅改变时很难设定明确阳性值作为神经损伤的报警信号，原因可能是不同大脑锥体细胞及脊髓运动神经元的激活。有学者建议MEP监测时，对潜在的术中神经损伤应用不同报警标准来克服这一局限性。报警标准包括MEP波幅的消失[28]、MEP波幅的改变[40]、MEP刺激阈值的增加[41]、既有MEP波幅的改变也有MEP刺激阈值的增加[42]，但目前对波幅改变的范围尚未有统一的认识。Hyun等[43]以波幅降低50%为MEP诊断标准，敏感性100%，特异性35%，假阳性率增加。Acharya等[44]以波幅降低80%或更多、刺激阈值增加100 V、或与1个或多个电极的基线比较其潜伏期延长10%，作为MEP诊断标准，敏感性100%，特异性96.6%，阴性预测值100%，阳性预测值33.3%。目前，MEP诊断的最佳报警标准仍存在争议[41]。

此外，受麻醉的影响，判断MEP监测结果时不能太依赖于手术开始时的基线波幅[45]。随着麻醉深度的增加，出现下运动神经元抑制，可能引起诱发电位的减弱或消失，此时有必要增加脉冲量或刺激强度以记录CMAPs波幅[46]。随着全身系统性参数的变化，手术开始时记录的基线波幅可能不适合手术后期。术中MEP波幅有高度的试验变异性[47]，即使轻微的平均动脉压下降都能影响MEP波幅甚至引发报警[48-50]。术中应每隔10～20 min记录MEP波幅，建议在其它手术设备应用较少时进行，此外，在任何神经损伤高风险的操作（椎弓根钉置入、脊髓牵张、去旋转、截骨）后应立即进行，并将相关操作前后的MEP波幅变化进行对比，判断有无脊髓损伤的发生。

3.5 MEP监测中的安全性问题

在MEP监测中，必须严格遵守用电安全和防止感染这一原则。尤其要考虑MEP监测时输出电的风险。应注意头皮灼伤、心律失常、电刺激导致身体震颤造成的舌或口唇的咬伤、癫痫等不良反应的发生。TES-MEP最大的不良反应是高强度电刺激经头皮输入，使患者不自主的上下颌剧烈咬合，造成舌或口唇的咬伤、下颌骨骨折。术前在患者口中填塞纱布卷可预防口唇咬伤的发生。TcMEPs的禁忌证包括颅骨缺损、心脏起搏器、癫痫、以及任何植入体内的电装置[51]。因为对于心脏起搏器、人工耳蜗或其它植入体内的电装置，在高强度电刺激人体时可能造成装置功能受损。一些学者把癫痫列为禁忌证，因为电刺激该类患者比普通人更易诱发癫痫发作。在MEP监测中，应用5～7个成串方波脉冲，刺激电压自100 V起，逐次增加25 V，最大刺激电压＜600 V[11]，可有效避免电刺激伤等相关并发症，保证监测过程的安全。

4 多模式术中监测的意义

多模式术中监测是将2种或以上IONM模式进行结合的监测模式，以个体化方案的优势弥补单模式监测局限性带来的不足。SEP与MEP为基础的多模式术中监测，在脊柱侧凸手术中既能监测上行感觉传导通路也能监测下行运动传导通路。在SEP持续监测的同时提高MEP对术中神经损伤的探测能力。多模式术中监测较单模式监测有以下优势：①对于术前存在神经功能损伤的患者，SEP可提高术中神经功能监测的检出率[52]；②SEP和MEP联合应用有利于降低假阳性率/假阴性率以及避免术后神经功能障碍的发生[49]，并可互相排除因手术室环境、麻醉药物、电极脱落等因素造成的单模式监测假阳性结果；③随着这些监测模式的进展，术中神经监测的敏感性及特异性不断提高，从而使患者获益[51,54-55]。

5 IONM团队及术中监测指标的作用

IONM团队由手术医师，神经生理学医师，麻醉师及监测技师组成[56]。神经生理学医师应具有临床神经生理学的基础与经验，包括深入了解诱发电位、脑电图、肌电图的知识及神经传导应用研究，能够解释脊柱手术中电生理监测的波幅变化，分辨及减少伪影，识别峰值，培训技师及整合多种监测模式。

另外，Acharya等[44]认为，在IONM中应根据监测指标执行标准操作规程，包括术中对报警的界定，报警后及时采取纠正措施，从而降低术中脊髓损伤的概率，减少神经功能并发症的发生。在进行神经损伤高风险操作时出现的报警，若操作停止后监测波形恢复，而监测指标中其余参数正常，应考虑该操作为引发报警的原因。在常规监测过程中出现报警，团队中各人需评估所有参数并恢复IONM波形，恢复波形对应的操作则是引起报警的原因。如果在采取所有纠正措施30 min后IONM报警仍持续，进行唤醒试验。如果唤醒试验阴性，IONM波形在较短间隔后规律出现，手术可以继续进行。如果唤醒试验阳性，IONM团队认为报警原因一致，手术需要终止。

在脊柱手术中，根据术中监测指标将唤醒试验和神经生理监测相结合，可减少医源性脊髓损伤并发症的发生。唤醒试验能直接观察患者下肢运动功能，是术中神经功能损伤判断的“金标准”[3]。虽然唤醒试验易于操作且预测术后神经损伤的可信度较高，但单独应用仍存在局限性：①需要患者在麻醉半清醒状态下配合完成，不适用于儿童、聋哑人、智力缺陷的患者；②试验过程需要等候一定时间，不能持续监测术中神经功能，可能减慢受损神经功能的恢复；③使血压升高可能掩盖矫形造成的脊髓局部缺血情况，出现假阴性试验结果和术后迟发神经功能障碍[57]；④仅能用四肢远端的肢体活动评估脊髓运动功能，无法评估脊髓感觉功能[58]。因此，应结合手术过程中，全身性或局部性因素及IONM监测结果综合分析唤醒试验的结果。

6 小结

在脊柱畸形矫形手术中，一旦发生脊髓损伤，常造成严重的家庭和社会问题。如何有效的进行神经功能监测，对预测术中医源性神经功能损害有重要意义。对神经功能正常的患者，SEP、MEP与MIOM是安全有效的实时监测系统，在监测指标的指导下可系统性的分析报警的潜在原因并采取治疗措施。在脊柱畸形矫形手术前预先制定合理化监测方案将有助于IONM的精准化，这对减少脊柱畸形矫形手术中神经损伤事件的发生尤为重要。

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