量化脑电图对于PICU意识障碍患儿应用价值

刘 义 王文辉 赵 武

1 蚌埠医学院研究生院，安徽省蚌埠市 233000； 2 蚌埠医学院第一附属医院儿科

意识障碍是患儿对外界刺激失去反应、失去运动和感觉功能，仅保留自主神经系统功能的一种状态[1]。意识障碍患儿主要表现为嗜睡、意识模糊、昏睡和谵妄，严重者昏迷等[2]。临床上能够引起患儿意识障碍的病因极其复杂，包括颅内感染、颅内出血、中毒性疾病、急性脑血管病、代谢性脑病、心脏骤停、休克、癫痫持续状态、溺水等[2-3]。PICU中危重患儿面临各种神经损伤的高风险，包括癫痫发作、缺血、水肿、感染和颅内压升高，如果不治疗，可导致永久性神经功能障碍。尽管存在这些风险，但很少有技术可以持续监测大脑功能。而神经系统损伤临床表现及预后复杂多变，很难仅凭临床表现对患儿的意识障碍水平及脑功能进行准确判断。目前临床上对意识障碍患儿意识水平的评估方法主要依赖临床行为量表，没有经过专业培训的医生采用临床行为量表评估时，评分会造成高达40%左右的误诊率，该类方法客观性及准确性差，其结果易受评估人经验及接受培训程度的影响[4-5]。而在临床中的血清生化指标，如神经元特异性烯醇化酶 (Neuron-specific Enolase, NSE)和S100蛋白等作为一种客观检查指标，其主要适用于部分脑损伤急性期，随着疾病进展，这类指标的敏感性逐渐降低[4]。功能性神经成像技术，如fMRI及PET等在意识障碍脑功能判断中逐渐发挥重要作用，但其具有价格昂贵、仪器无法普及、无法床边实时监测等缺陷，不适合PICU危重患儿常规脑功能监测[4，6]。近年来，神经电生理技术在意识障碍脑功能监测等方面日益受到人们的广泛关注，其具有无创监测、费用低廉、可持续床旁检测以及良好的时间分辨率等极大优势[4，7]。持续床旁脑神经功能监测技术已经成为现在PICU意识障碍患儿脑神经功能监测和疾病预后判断的重要手段[4，7-8]。

1 脑电图(Electroencephalogram,EEG)

EEG是一种医学影像记录技术，它可以捕捉和测量神经元产生的脑电波信号。大脑的电活动可以通过放置在头部皮肤或头皮上不同位置的电极获得，并将其转换成一种称为脑电图的描记图[9]。EEG可以在床边连续监测，具有很好的空间分辨率及时间分辨率，对大脑的病理生理变化特别敏感，尤其对缺血缺氧异常敏感，可用于判断癫痫发作，敏感地发现脑功能变化，及时准确的判断病情转归，可作为早期预测昏迷患儿预后的判断指标，为患儿的治疗方案提供科学依据[7，10]。此外，连续脑电图监测还被用作神经外科手术过程(如颈动脉内膜切除术)中确定亚临床脑损伤的方法，并用于缺血检测、整体功能评估、药物滴定和预测[10]。当脑血流量发生变化时，皮质神经元的代谢和电活动均发生改变，EEG也随之改变。对于不明原因危重患儿，大脑会经历持续和动态的变化，及时对患儿进行神经功能评价至关重要。但是常规EEG无法长时间监测，随着意识障碍患儿病情进展，患儿的脑电波也在不断变化。因此，不利于临床医生及时发现患儿病情变化以及对于治疗效果的评估[7]。Frontera等[11]研究表明蛛网膜下腔出血(SAH)后迟发性脑血管痉挛引起的脑缺血说明早期发现可通过采取适当的干预治疗措施，比如血管成形术或者动脉内血管扩张剂治疗，可以避免永久性脑神经损伤的发生。只有当损伤在临床或影像学上变得明显时，系列神经学检查和影像学才能检测到延迟性脑缺血。在这种情况下，脑电图可能是一种有用的方法来检测和治疗缺血之前的损伤成为不可逆的。因此，持续床旁脑电监测对于PICU不明原因意识障碍患儿的病情评估及动态检测是非常重要的。但是常规脑电图需要受过专业培训的脑电图专家解读，不仅如此，报告还具有一定的主观性[10]。而量化脑电图(Quantitative electroencephalogram，qEEG)通过傅里叶变换，可以对原始脑电图的振幅、功率、频率和节律进行量化，从而生成数值、比率或百分比；图形化显示阵列或趋势；并设置报警阈值[10]。使其观察指标变得更加客观、易于解读。需要强调的是，在评估脑电图信号时，有大量的混杂因素需要考虑。而且，原始脑电图最终仍然是评估大脑功能的黄金标准[10]。任何基于qEEG的算法都应该包括原始EEG，供现场或远程熟悉EEG的工作人员查看[12]。因此，qEEG是在原始EEG基础上把某些可以量化的指标进行解析并单独显示出来，同步视频记录，不仅可以快速查看整个EEG监测过程，而且可以对癫痫、干扰等事件进行重点标注，在趋势图中任意地方点击即可显现相应的原始EEG[7]。

2 量化脑电图(Quantitative electroencephalogram,qEEG)

2.1 振幅整合脑电图(Amplitude-integrated EEG，aEEG) aEEG是量化脑电图中的观测指标之一。它是一种经过滤波和压缩的脑电图趋势，通过脑电信号振幅波进行脑电波分析，可用于各年龄段患者的脑功能长期监测[13]。aEEG趋势提供了关于大脑整体活动及其随时间变化的即时重要信息，包括睡眠觉醒周期的存在[13]。它具有操作简单、图形易于识别、信号稳定及可标注临床事件等优点[2，7，14]。aEEG通过观察脑电活动的振幅变动趋势，来反映脑电活动的状态，振幅高低与脑电活动呈正相关[7]。它可以提供患儿脑电的背景活动信息、爆发周期、睡眠活动的周期变化以及癫痫发作的行为事件等信息，跟传统脑电图具有较好的一致性[7，14]。aEEG现在已经广泛应用于新生儿领域，对于新生儿缺血缺氧性脑病、围产期窒息及窒息后脑损伤的病情早期识别、病情程度判断及预后都有一定作用，也可用于癫痫监测、早产儿脑成熟度判断、胆红素脑病预后评估等方面[7，14]。aEEG是一种有效评价患儿脑损伤程度及脑功能状态的客观指标。有研究[15]运用aEEG对于各种原因引起急性脑损伤后昏迷的患儿进行脑功能监测，发现良好的aEEG模式(如：连续正常电压)与良好的神经系统预后相关。不良的aEEG模式(如：持续低电压、爆发抑制、平坦波等)提示神经系统预后不良。然而，中间模式(不连续正常电压)对良好和不良结果的预测价值有限。因此，aEEG的不同模式对于急性脑损伤后昏迷患儿的预后具有一定的参考价值。Sugiyama等[16]研究不仅证实了aEEG对亚低温治疗心脏骤停后昏迷患儿的预后价值，表明爆发抑制和癫痫持续状态与不良预后相关，还发现连续正常电压模式(Continuous Normal Voltage，CNV)的恢复时间也是预后的预测因素，预测良好神经预后的最佳CNV恢复时间截止时间为23h，而延迟恢复正常aEEG模式则一般表明预后较差。但也并非完全如此，对刺激没有反应的α-昏迷与较差的神经系统预后有关，在经历α-昏迷的患儿中，aEEG描记可归类为CNV模式[15]。林正豪等[17]运用 aEEG在意识障碍患儿的预后预测方面做了较多研究，发现aEEG分级与昏迷患儿意识障碍程度呈正相关，动态监测aEEG可反映出患儿病情的演变规律，对判断患儿预后有较好的预测价值。朱玲[2]报道aEEG分级对PICU意识障碍患儿预后有很好的预测价值，与视频脑电图(vEEG)、格拉斯哥评分(Glasgow coma scale, GCS)比较无明显差异。aEEG比以前的脑电监测技术操作简单、结果简单明了、实时动态监测，更加适合临床医生对于结果的分析判断，可作为PICU常规脑功能监测。

2.2 频谱熵(Spectral Entropy，SP) SP是一种基于EEG采用非线性分析模型反映脑电信号的复杂性、随机性和不可预测性的一种脑电信号特征[18]。当信号中可以传递更多不同的信息时，信号的熵就会增加，特定消息的信息内容也会增加。因此，熵可以对脑电图所传递的信息进行量化[19]。一般来说，随机信号越多，熵值越高，如清醒大脑的脑电图，它处理和整合感觉输入，与麻醉或深度正相睡眠时的脑电图信号相比，其表现出更不规则的模式[20]。麻醉是一种药物引起的可逆的意识丧失，主要为了方便外科手术实施。近年来，熵值在麻醉中的应用广泛，可用于量化麻醉深度，从而为麻醉医生提供精准麻醉的一种客观指标[20]。在麻醉过程中，熵值越高表明脑电信号越活跃，提示麻醉程度低，随着麻醉深度增加，脑功能被抑制，脑电图信号变得规则，熵值减小[21]。熵指数能很好地反映脑损伤程度，熵指数高低与脑损伤程度呈负相关，即熵指数越高脑损伤程度越轻，熵指数越低脑损伤程度越重[22]。例如，脑功能损害是脓毒性休克损害之一，会伴随意识水平降低，SP也显著降低[18]。脑电图数据的非线性分析已经成功地与意识障碍患儿的不同意识水平相关[19，21]。局部脑电图熵和基于熵的定向相互作用测量已被证明与意识障碍中的临床意识水平有关[19]。陈璇等[21]运用SP评估患儿意识障碍水平的研究中，发现它可以判断患儿意识障碍程度，动态检测患儿病情变化，对于预后评估有较好的应用价值。但目前，频谱熵主要应用于手术中麻醉药物镇静麻醉程度，对于意识障碍程度及预后预测报道相对少见。

2.3 相对频带能量(Relative Band Power，RBP) 相对频带能量是以百分比的形式将脑电波中的β波(蓝色，14～40Hz)、α波(绿色，8～13Hz)、θ波(黄色，4～7Hz)、δ波(红色，0.5～3Hz)呈现出来，便于观察各时间段不同脑电波活动的比重，虽然失去波幅信息，但反映了EEG频率内容的变化，具有简单、形象、直观的优点，临床医生易于解读[23]。大脑能够敏锐地觉察到脑组织是否有缺血、缺氧，当大脑血流供应停止30s左右，脑组织就会产生代谢变化，达到1min时，大脑神经元功能活动停止，超过5min以上脑细胞就会梗死。而未经专业培训的临床医生对于常规脑电图的判断存在困难、并且存在偏倚。因此，找寻一种客观、易于临床医生动态观察的EEG参数非常重要。而量化脑电图中的RBP不仅可用于定量反映脑电波的分布、比例与波幅变化，而且其异常率高于EEG[23]。通过国内外一些研究表明，随着脑部血流量的减少，大脑皮质下脑电会相应出现快频率波减少(β波和α波)、慢频率波增多(θ波)、更慢频率波增加(δ波)、最后EEG出现抑制，此时会出现神经元不可逆性损伤[18，23-24]。因此，RBP对于缺血性脑病而出现的意识障碍时病情程度的判断具有一定价值。而RBP相比于aEEG、SP及AV这3个指标，它对于脓毒性休克相关性脑病所致意识障碍敏感性最高，更具有价值[18]。陈燕伟等[25]运用定量脑电图监测重型脑创伤后意识障碍患儿的预后研究中发现θ波及δ波所占比重如果较β波和α波越多，意味着脑损伤程度越重。而意识障碍程度与脑损伤程度成正相关，预示着患儿的不良预后。RBP在麻醉药物镇静程度方面也有一定研究。麻醉剂主要通过减少和阻断中枢神经系统神经元的突触活动，而中枢神经系统是脑电波的主要来源，从而影响脑电图的变化。在闭着眼睛的警戒状态下，脑电图保持活跃，通常表现为明显的α波。服用催眠药物后，患儿进入镇静状态，脑电图显示β波增加。Jahanseir等[26]研究表明，不仅熵值可以检测麻醉镇静深度，相对频带能量结合熵值形成的一个新的观测指标在监测麻醉深度与脑电双频指数(Bispectral Index，BIS) 无明显差异。

2.4 α变异(Alpha Variability，AV) 定量脑电图功率分析技术是通过计算机的辅助对原始脑电图脑电波信息进行处理和转化，使脑组织中的脑电波变为肉眼可见的α、β、θ、δ频段电波变化直观显现出来[27]。这是对传统脑电图的改进和补充，能够对各频段脑波功率信息进行定量分析。大脑功能变化就能够通过脑电图直观反映出来。而定量脑电图中α变异是指α频率 (8～13Hz)比总频率(0．5～30Hz)的百分数[18]。它主要通过脑电的波幅和频率进行性变化检测脑皮层细胞缺血缺氧性变化，反映大脑血流量的变化[28]和神经元损伤程度及预后[10，28]。Vespa等[29]通过持续脑电图检测动脉瘤破裂蛛网膜下腔出血患儿的研究表明，当缺血后脑血管痉挛时，相对α变异会明显下降，这一指标较经颅多普勒超声提前约2.9d发现血管痉挛，并随着血管痉挛的消退而改善。而且相比较于原始EEG，α变异具有易于识别的优点。脑损伤是脓毒性休克发生多脏器损伤后的并发症之一。对于脓毒性休克导致的相关性脑病引起患儿脑血流改变时，96%的患儿α变异也随之降低[18]。国外有研究表明[30]，持续脑电图监测中的α变异监测是一种敏感、特异的预后判断方法，可在损伤后3d内提示中度至重度脑外伤患儿的预后。而且，其敏感性及准确性较GCS评分更高。因此，α变异对于脓毒性休克及缺血性脑病及外伤性脑损伤等疾病引起的意识障碍评价其脑功能及预后有一定价值。

意识障碍患儿往往病情危重，正确评估患儿脑功能状态仅靠临床表现及GCS评分等临床量表，具有一定主观性及偏移。因此，及时进行神经功能监测有助于临床医生对患儿病情严重程度的判断，而且还可以依据脑电监测结果调整治疗措施，纠正可逆性神经功能损伤，对于改善患儿预后至关重要。