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近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

閱讀:566      發(fā)布時(shí)間:2024-11-1
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前言

近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展
近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

腦組織耗氧量巨大,,成人腦的重量只占體重的2%,,但安靜狀態(tài)下其血流量約占心輸出量的15%,耗氧量約占全身耗氧量20%,,據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,,缺血缺氧在腦損傷致死的人群中的比例高達(dá)90%在臨床工作中,,為了實(shí)現(xiàn)腦保護(hù),,急需能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測腦組織血運(yùn)和氧合狀況的技術(shù),。

近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

近紅外光譜技術(shù)(NIRS)是近年來發(fā)展迅速的一種檢測技術(shù)。它可以測量局部組織氧飽和度(rSO2),,以評(píng)估腦組織氧合狀況,。本文就其監(jiān)測的原理以及在神經(jīng)外科腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

 

近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展
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近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用的基本原理

近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展
近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

 

近紅外光譜技術(shù)是一種連續(xù)實(shí)時(shí)的光學(xué)檢測方法,。近紅外光波長在700~1000nm之間,,對人體組織(如頭皮、顱骨等)有良好的穿透性而較少被散射,。近紅外光在顱內(nèi)的主要吸收體是氧合血紅蛋白(HbO2)和還原血紅蛋白(Hb),,二者具有不同的吸收譜,因此我們可以用光學(xué)方法將二者加以區(qū)分,。

當(dāng)近紅外光入射進(jìn)人體組織后,,組織中的兩種血紅蛋白便會(huì)對其產(chǎn)生吸收作用。我們測量從組織中出射的光強(qiáng),,根據(jù)修正Beer-Lambert定律,,便可得到局部組織血氧飽和度。腦組織中存在大量的微細(xì)血管,,其中動(dòng)脈血量約占20%,,毛細(xì)血管血量約占5%,其余約75%皆為靜脈血量,。因此,,rSO2其實(shí)是局部腦組織中動(dòng)、靜脈血氧飽和度的加權(quán)平均,,更接近于靜脈血氧飽和度,,可以反映腦氧供給與消耗的動(dòng)態(tài)平衡狀況。

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由于該檢測技術(shù)不依賴于動(dòng)脈的搏動(dòng),,所以在低血壓,、深低溫、脈搏微弱甚至心臟停止跳動(dòng)的情況下,,我們都可以正常測量腦氧參數(shù),。


 

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臨床應(yīng)用

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1. 顱腦損傷治療中NIRS腦氧監(jiān)測的應(yīng)用


 

目前,臨床上常用動(dòng)脈血氧飽和度(SaO2),、經(jīng)皮血氧飽和度(SpO2)或顱內(nèi)壓監(jiān)測等措施來間接反映大腦氧合狀況,,但是前二者僅能體現(xiàn)全身氧的供應(yīng)情況,無法體現(xiàn)局部腦組織的氧合狀況,,而顱內(nèi)壓監(jiān)測為有創(chuàng)操作,,在我國接受度較差。通過NIRS開展的腦組織氧飽和度(rSO2)監(jiān)測,研究發(fā)現(xiàn)rSO2與頸靜脈血氧飽和度(SjvO2),、腦組織氧分壓(PbtO2)之間呈顯著相關(guān),,且較后二者更加安全、準(zhǔn)確,。連續(xù)監(jiān)測rSO2的動(dòng)態(tài)變化可以全面反映腦氧代謝狀況,。顱內(nèi)壓輕、中度增高時(shí),,腦氧代謝指標(biāo)無顯著變化,,但對重度顱內(nèi)壓升高者發(fā)生顯著變化。Kampfl等按照顱內(nèi)壓(ICP)25mmHg的標(biāo)準(zhǔn)將65例重型顱腦外傷患者分為A,、B兩組,,結(jié)果發(fā)現(xiàn)B組的rSO2顯著低于A組,而且在給予一段時(shí)間的高流量氧吸入后,,A組rSO2有顯著增高,,B組則未觀察到該變化,提示ICP與rSO2之間顯著負(fù)相關(guān),。

 

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另亦有研究表明,,rSO2與ICP呈負(fù)相關(guān),與腦灌注壓(CPP)呈正相關(guān),。一般認(rèn)為,,顱腦外傷后CPP應(yīng)維持于60~70mmHg以上,否則腦的灌注將受明顯影響,。Dunham等對4例重型顱腦創(chuàng)傷患者進(jìn)行了持續(xù)6d的腦氧飽和度和腦灌注壓監(jiān)測,,提出腦氧飽和度和腦灌注壓顯著相關(guān),當(dāng)下降至55%以下時(shí),,68.2%的時(shí)間CPP70mmHg,,仍有可能存在腦缺氧(rSO2低于55%)。然而,,當(dāng)腦灌注壓>70mmHg時(shí),,96.4%的時(shí)間rSO2值>75%,提示當(dāng)大腦氧飽和度值>75%時(shí),,醫(yī)務(wù)人員可推測腦灌注壓在正常范圍內(nèi),,無須再進(jìn)行有創(chuàng)的灌注壓監(jiān)測。這一研究提示NIRS可能成為替代顱內(nèi)壓監(jiān)測的無創(chuàng)方法,。

2. 腦血管疾病治療中NIRS腦氧監(jiān)測的應(yīng)用


 

 

Zweifel等發(fā)現(xiàn)rSO2升高與血管痙攣緩解,、臨床癥狀改善相一致,通過動(dòng)脈成像觀察到動(dòng)脈痙攣與同側(cè)的rSO2下降顯著相關(guān),,而且痙攣程度增加(尤其是血管直徑減少75%以上時(shí)),則同側(cè)rSO2大幅降低,表明NIRS可以同步檢測到繼發(fā)于血管痙攣的腦氧降低,,具有很好的靈敏性,。McCormick等讓7名自愿受試者吸入低氧濃度混合氣體(FiO2=7%)造成短暫性缺氧,同時(shí)嚴(yán)密監(jiān)測EEG、SaO2,、SpO2,、rSO2各項(xiàng)指標(biāo)變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn)腦血氧飽和度的下降與吸入氧濃度的改變幾乎同時(shí)發(fā)生,,且rSO2下降比EEG產(chǎn)生變化提早約2分鐘,,證明NIRS能在其它監(jiān)測參數(shù)尚在正常范圍時(shí)便能更早地檢測出腦缺氧,更具靈敏性,。Taussky等通過對1287例患者(包括蛛網(wǎng)膜下腔出血,、缺血性腦卒中、腦出血)同時(shí)使用NIRS和CT灌注成像技術(shù),,分別檢測患者腦氧飽和度和局部腦血流量,,二者具有良好相關(guān)性,表明NIRS可作為一種有效的,、非侵入的,、可在重癥監(jiān)護(hù)病房床旁實(shí)時(shí)監(jiān)測的腦氧監(jiān)測手段。

近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展

頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)(CEA)可以解除單側(cè)頸動(dòng)脈系統(tǒng)的短暫性腦缺血,,消除引起短暫性腦缺血發(fā)生的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊和潰瘍,。在行頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)時(shí),經(jīng)常需要夾閉單側(cè)頸動(dòng)脈,,術(shù)中夾閉頸動(dòng)脈時(shí)確保腦區(qū)的血供非常重要,盡管顱底動(dòng)脈Willis環(huán)可以提供側(cè)支循環(huán)供氧,,仍需對側(cè)支循環(huán)的血流是否充足進(jìn)行連續(xù)的評(píng)價(jià)和監(jiān)測。相比于其他腦氧監(jiān)測手段,,NIRS可以更簡便,、無創(chuàng)傷、連續(xù)地實(shí)施rSO2監(jiān)測,,能有效地預(yù)防CEA相關(guān)的圍手術(shù)期腦血管意外甚至死亡,,是CEA術(shù)中預(yù)測腦缺血缺氧的有效手段。研究發(fā)現(xiàn)CEA患者圍手術(shù)期rSO2,、認(rèn)知功能及體感誘發(fā)電位變化對比rSO2與體感誘發(fā)電位在CEA術(shù)中的監(jiān)測意義,,發(fā)現(xiàn)圍手術(shù)期患者并未發(fā)生認(rèn)知功能障礙,且腦區(qū)血流灌注再通時(shí),,rSO2要比體感誘發(fā)電位變化更明顯,,非常有利于圍術(shù)期觀察腦區(qū)的血供再通狀況,是CEA圍術(shù)期簡單有效的監(jiān)測手段,。一般認(rèn)為,,rSO2下降相對值>12%提示腦缺血,,警示臨床醫(yī)師做出相應(yīng)的藥理和生理干預(yù)。

 

3. 腦腫瘤治療中NIRS技術(shù)的應(yīng)用


 

 

目前,,手術(shù)聯(lián)合放化療仍然是治療膠質(zhì)瘤和腦膜瘤等主要腦部腫瘤的最有效治療方式,,而腦腫瘤手術(shù)中腦功能區(qū)的識(shí)別是手術(shù)成敗的關(guān)鍵。腦功能區(qū)激活時(shí)氧合血紅蛋白濃度快速升高,,同時(shí)脫氧血紅蛋白濃度緩慢低幅下降,,監(jiān)測兩種氧合狀態(tài)血紅蛋白變化即可獲知腦功能活動(dòng)區(qū)域,這一原理被稱為血氧水平依賴法(BOLD)方法,。目前,,除核磁共振功能成像技術(shù)外,NIRS技術(shù)同樣可以利用該原理實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)實(shí)時(shí)的腦功能區(qū)監(jiān)測,。FujiwaraN等使用NIRS及功能核磁技術(shù)同時(shí)監(jiān)測腦腫瘤患者瘤周皮層時(shí)發(fā)現(xiàn),,受腫瘤病灶影響,瘤周腦功能區(qū)激活時(shí)血紅蛋白濃度變化模式異常,,單用功能核磁技術(shù)不能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)腦功能區(qū),,造成假陰性錯(cuò)誤。

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與功能核磁技術(shù)相比,,NIRS技術(shù)具有更高的時(shí)間分辨率,,更自由的應(yīng)用環(huán)境,更少的患者活動(dòng)限制,,更低廉的應(yīng)用成本,。更重要的是,相較于功能核磁技術(shù)僅僅監(jiān)測脫氧血紅蛋白濃度的局限性,,NIRS可同時(shí)監(jiān)測脫氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白,,如果聯(lián)合應(yīng)用NIRS技術(shù)和功能核磁技術(shù),可大大降低功能核磁監(jiān)測的假陰性錯(cuò)誤發(fā)生率,。此外,,NIRS技術(shù)不僅可對腦功能區(qū)進(jìn)行定位,同時(shí)可通過監(jiān)測腫瘤血氧飽和度特征,,直接進(jìn)行腫瘤輔助識(shí)別,。其主要機(jī)理在于腫瘤結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性,瘤體血管動(dòng)靜脈比例與正常組織存在一定差異,,造成了瘤體氧飽和度異常,。

4. 利用NIRS進(jìn)行腦血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測的應(yīng)用


 

穩(wěn)定的腦灌注壓是腦血流量恒定的決定因素,而腦血流量恒定則是維持正常腦功能的基礎(chǔ),。近紅外光譜技術(shù)檢測腦血流動(dòng)力學(xué)是腦功能監(jiān)測領(lǐng)域的最新進(jìn)展,,它可以由氧合血紅蛋白(△CHbO2)和還原血紅蛋白(△CHb)含量變化量計(jì)算出△CHbD(△CHbD=△CHbO2-△CHb),△CHbD能間接反映腦血流量的變化量,。NIRS床邊實(shí)時(shí)監(jiān)測腦血流量(CBF)變化為腦血管自主調(diào)節(jié)和血流動(dòng)力學(xué)的研究提供了新的機(jī)遇,。近年來,,NIRS已廣泛應(yīng)用于神經(jīng)外科血管疾病和顱腦外傷領(lǐng)域,并通過實(shí)驗(yàn)和臨床驗(yàn)證其能準(zhǔn)確反映大腦血流動(dòng)力學(xué)變化,。

 

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CooperJ.A等對7只新生小豬實(shí)施頸動(dòng)脈夾閉實(shí)驗(yàn)過程中,,利用NIRS監(jiān)測△CHbD,,并同時(shí)監(jiān)測大腦血流量(CBF),,發(fā)現(xiàn)二者變化趨勢一致,具有良好相關(guān)性(R2=0.907),。目前,,多普勒超聲技術(shù)是國內(nèi)外臨床公認(rèn)反映大腦血流動(dòng)力學(xué)和血管自主調(diào)節(jié)功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”,Budohoski,K.P等在實(shí)時(shí)監(jiān)測患者平均動(dòng)脈血壓的動(dòng)態(tài)變化下,,聯(lián)合應(yīng)用NIRS和TCD技術(shù)監(jiān)測大腦血流量變化,,可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測和防治蛛網(wǎng)膜下腔出血患者發(fā)生遲發(fā)性腦缺血。

 

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總結(jié)

近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展
近紅外光譜技術(shù)在神經(jīng)外科患者腦氧和血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用研究進(jìn)展
終上所述,,NIRS是一項(xiàng)很有前景的神經(jīng)重癥監(jiān)測工具,。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的腦氧飽和度監(jiān)測對于神經(jīng)外科患者,,尤其是腦血流自動(dòng)調(diào)節(jié)功能受損的重癥患者,,可指導(dǎo)選擇有效的治療措施,判斷患者預(yù)后具有重要價(jià)值,。

 

博聯(lián)眾科腦組織氧飽和度監(jiān)測儀MOC200,,擁有完整主參數(shù)及相關(guān)子參數(shù)指標(biāo),采用先進(jìn)的NIRS技術(shù),,可從實(shí)時(shí)變化趨勢,、相對變化量、AUC(去飽和度狀態(tài)下深度及時(shí)間)三個(gè)維度,,連續(xù),、實(shí)時(shí)、無創(chuàng)監(jiān)測患者腦組織氧供與氧耗之間的平衡狀態(tài),,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并干預(yù)rSO2異常情況,,減少患者腦氧異常導(dǎo)致的腦損傷,減少住院時(shí)間,,提高患者預(yù)后,。

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