脑电图在创伤性脑损伤的临床应用

王健 刘劲芳

创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)在我国的发生率比世界上其他大多数国家高，这给个人、家庭和社会都带来了巨大的负担[1]。重型颅脑创伤病人的救治充满着挑战，其早期的评估和干预显得尤为重要。脑电图(electroencephalogram,EEG)检查是神经电生理检查项目之一，其能直接敏感地反映脑功能的状态，且可床旁实时监测。EEG主要来自皮层3～5层大锥体细胞的突触后电位，部分动作电位亦参与其中，记录脑神经细胞自发电活动。任何引起细胞代谢异常的因素均会导致神经细胞电活动改变，并且可以通过EEG反映出来。因而其在TBI病人的诊治和预后评估中发挥着重要作用。此外，基于EEG量化分析技术，同样在TBI后癫痫检测、意识评估等发挥着重要作用。

一、脑电图在颅脑创伤后癫痫的应用

颅脑创伤后癫痫(post-traumatic epilepsy,PTE)是颅脑创伤后严重并发症，可显著恶化原发脑损伤造成的损害，严重影响病人的生存质量[2]。创伤后癫痫发生率约为4%～53%[3]。颅脑创伤后意识丧失，异常的神经影像学表现包括颅骨骨折、中线移位、脑挫伤、硬膜下出血、颅内出血是癫痫发生的高危险因素[4]。癫痫不能仅仅通过病人临床表现来诊断，并且非惊厥性癫痫没有突出的躯体发作症状，这些均需持续脑电图监测来确诊。欧洲危重病医学会专家组建议，对于格拉斯哥昏迷量表(glasgow coma scale,GCS)≤8分的TBI病人通过EEG筛查非惊厥性癫痫(nonconvulsive seizures,NCSz)，特别是伴有大面积脑挫裂伤、颅内血肿、颅骨骨折以及贯通伤的病人[5]。美国临床神经生理学会共识小组建议采用连续脑电图用于诊断非惊厥性发作、非惊厥性癫痫持续状态和其他发作事件，且证据支持使用视频和定量EEG[6]。研究显示，振幅整合脑电和脑电光谱阵列图对于快速发现癫痫是一种非常有用的方法，具有较好的敏感性和特异性[7]。Siddiqui等[8]和Duncan等[9]相继报道采用大数据和机器学习方法有助于提高癫痫的探测和分类。此外，抗癫痫治疗过程中，脑电监测至关重要。Fung等[10]报道，惊厥性癫痫持续状态的患儿临床发作控制后，仍约有42%患儿呈现脑电图电发作。因此，脑电图对于抗癫痫药物滴定治疗是一项有用的监测。近年来，有学者试图通过分析脑电特征来寻找PTE发生的脑电标志物。研究显示，TBI大鼠脑电图出现病理性高频振荡，重复性高频振荡和频率在10～16 Hz阵发性节律性波，睡眠纺锤时间的减少可能反映PTE发生过程的不同阶段，是PTE发生可能的标志物[11]。这些发现在人类身上尚需要进一步研究。

二、脑电图在颅脑创伤后意识障碍的应用

随着重型颅脑创伤救治水平的提高，病人的死亡率明显下降。然而，随着病程的迁延，部分存活的病人陷入不同程度的意识障碍，包括昏迷、植物状态、最小意识状态。有些病人甚至长期处于这些状态之中。脑电图在脑损伤后昏迷病人预后评估中具有不可替代的作用。当EEG分级越高或出现恶性脑电图模式(α/θ昏迷、弥漫性小波幅无规律性的δ活动、低电压、等电位、脑电反应性消失)预示病人预后不良[12]。而EEG背景活动更接近于α频率，EEG熵指数越高，存在睡眠纺锤波和脑电反应性提示病人预后较好[13]。美国及欧洲专家共识均推荐采用脑电方法来评估病人意识[14-15]。此外，脑电图量化参数有助于预测TBI病人预后。研究显示，α功率、相对快θ功率变异为TBI病人预后提供重要参考价值，其预测重型脑损伤病人预后曲线下面积均超过0.8[16]。Haveman等[17]研究发现，联合量化脑电特征能较好地预测中-重度脑损伤病人预后，其模型在训练集预测病人预后不良曲线下面积达0.94。近些年来，随着脑网络，大数据，人工智能兴起，高密度脑电图和机器学习对于意识障碍病人的评估可能扮演着重要的角色。Chennu等[18]报道，慢性意识障碍病人与健康对照组相比，α频段额-顶部长程连接模式减弱，而δ和θ频段的连接更强、更广泛。与微意识状态(minimally conscious state,MCS)病人相比，无反应觉醒综合征(unresponsive wakefulness syndrome,UWS)病人大脑半球间额顶连通性下降，且边缘和颞顶枕区域功能拓扑发生改变[19]。此外，将机器学习或类似算法应用于脑电图能够检测到部分意识障碍病人对动作指令存在脑激活，即存在认知-运动分离，这种对指令有EEG响应的病人比没有这种模式的意识障碍病人更容易恢复。这可以帮助区分不同病人的意识状态[20-22]。

三、脑电图在颅内压评估和脑缺血检测中的应用

正常生理情况下，脑血流量与脑灌注压成正比，与脑血管阻力成反比。当颅内压升高时，会引起脑水肿加重和脑灌注压下降，最终导致脑缺血。脑电图对局部缺血缺氧非常敏感，能较好地反映脑损伤后脑血流量(cerebral blood flow,CBF)的变化。当CBF降低至25～35 ml/100 g/min,EEG快波频率逐渐消失，当CBF降低至17～18 ml/100 g/min,EEG波幅明显下降，慢波逐渐增加。这代表重要的缺血临界值，此时神经元开始失去跨膜转运的梯度，导致细胞坏死。当CBF持续降低至梗塞临界值(≤10～12 ml/100 g/min)，EEG变为低平，细胞损伤变为不可逆[23]。研究显示，在蛛网膜下腔出血的病人，定量脑电图α/δ功率比值、相对α变异度下降提示出现迟发性血管痉挛，并且比临床CT诊断迟发性脑缺血更早[24- 25]。这可辅助临床医师尽早发现脑缺血，为防止永久性神经损伤扩大机会窗。另外，研究发现，EEG和颅内压二者之间存在密切关系，未来可能开发一种基于EEG非侵入性方式测量颅内压的医疗设备[26-27]。

四、脑电图在颅脑创伤病人镇静深度监测的应用

镇痛镇静是神经重症病人治疗的重要组成部分，其目的和意义在于减轻病人的疼痛，消除病人焦虑和躁动，减少交感神经过度兴奋，降低氧代谢，改善脑组织对缺血的耐受性。另外，镇静治疗也是颅内高压的治疗、目标温度的管理和癫痫发作控制的重要治疗手段[28]。然而，过度镇静会导致延迟苏醒，低血压，肌肉萎缩，机械通气时间延长，增加感染、褥疮、血栓的风险，增加住院时间和医疗费用等问题。因此，重症病人应当使用有效和可靠的评估工具常规监测镇静深度，基于病人为中心的目标导向的滴定式的镇静[29-30]。目前的镇静药物多作用于中枢神经系统，通过多个环节对脑电图产生影响，EEG信号会随着镇静剂量的变化而变化。 脑电双频谱指数(bispectral index,BIS)是监测病人镇静水平的常用方式，已广泛应用于麻醉深度的监测。对于重型颅脑损伤的病人，BIS可以为药物滴定式控制癫痫持续状态和颅高压的控制提供参考。研究显示，BIS值对于维持稳定的镇静状态比较可靠，较深的镇静水平(BIS值为40～50)能使颅内压下降得更快[31]。Musialowicz 等[32]报道，采用连续脑电图和BIS监测难治性癫痫持续状态发现，当BIS值为30时脑电图诊断为爆发抑制的敏感性为99%，特异性为98%,BIS与EEG显著正相关。频谱熵是一种基于频域分析的计算方法，是将原始脑电图经过傅立叶变换得到的功率谱。研究显示,频谱熵可用于指导丙泊酚的镇静治疗，随着镇静深度的增加，频谱熵值下降[33]。Li等[34]报道，脑电微状态光谱分析能较好地反映丙泊酚诱导的镇静过程中脑部状态的变化，有望作为一种标志物。有学者报道各脑区δ频段的脑电功率可以反映脑损伤病人术后镇静深度的变化，其中双侧额部δ频段脑电功率值对临床镇静用药指导意义更大[35]。然而，现有的脑电设备监测镇静水平的准确性存在争议，在TBI病人应用价值有限。未来，采用去除伪迹连续EEG信号的采集，脑电网络分析，机器学习算法可能有助于我们找到精准镇静的标准[36]。

五、思考与展望

脑电图检查是神经医学非常重要的检查之一，是一项易获得且客观的检查。它能直接、敏感地反映脑功能状态，其在癫痫的探测、脑缺血的检测、预后的评估、颅内压的判断、镇静深度的评估中均发挥着重要作用。此外，脑电图还可以用于评估TBI病人认知功能。研究发现，经历过TBI的儿童在认知方面低于同龄儿童，EEG与认知表现之间似乎存在某种潜在关系[37]。Shah等[38]报道EEG上后头部表现为高的δ/α波段功率比值(delta-to-alpha frequency band power ratio,DAR)与创伤后精神错乱(post-traumatic confusional state,PTCS)严重程度显著相关，可能是PTCS标志物。目前脑电图正朝着医工结合方向发展，脑机接口作为当前神经工程领域中最活跃的研究方向之一。研究显示，采用脑电信号可以很好地控制机械手臂，有望恢复重度瘫痪病人的独立性和自主性[39]。其通过提取人脑自发脑电信号特征进行处理，转换为具体的控制命令，并根据使用者的意图执行。在生物医学、神经康复、智能机器人等领域具有广阔的应用前景。