引用本文： 高攀, 陳慧, 楊娟, 董為偉, 楊浩, 王健. 腦電功率譜分析方法用于無創顱內壓監測的可行性研究. 華西醫學, 2016, 31(2): 235-238. doi: 10.7507/1002-0179.20160064 復制
目前診斷顱內壓（ICP）升高主要通過有創方法如腦室造口引流術或腰椎穿刺測定，均存在一些不良反應或危險性[1-6]。近年來，文獻報道一些無創性ICP監測方法，包括經顱多普勒超聲、頸靜脈氧濃度監測等[7-10]，因準確性不夠，尚未常規應用于臨床。眾所周知，持續的腦電圖監測能在床旁及時提供腦功能變化的信息[11-12]。腦電功率譜分析方法能定量分析腦電圖不同頻率波間的相互關系，提供更準確的信息[13-14]，目前已用于評價個體意識水平或麻醉深度[15]。任何原因所致的ICP逐漸升高都會引起腦血流量（CBF）減少，從而引起腦組織代謝障礙和缺血性損害，最終導致意識水平下降[16]。既然腦電功率譜分析能用于意識水平評價，那么，它能否用于反映ICP的變化呢？
在前期動物實驗中，我們采用自體血制備的豬腦出血模型進行研究，發現中間頻率和delta比率兩個參數與ICP密切相關，由此推測通過腦電功率譜分析有可能間接反映ICP的變化。本研究對62例（70例次）中樞神經系統疾病患者進行了腦電功率譜分析，計算壓力指數（PI），并與腰椎穿刺測定的ICP比較，分析兩者的相關性，以探討腦電功率譜分析技術用于ICP監測的可行性。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
選擇2008年9月－2009年5月我院神經內科住院部患者62例（70例次）。其中男34例（54.8%），女28例（45.2%）；年齡9～74歲，平均（37.3±16.5）歲；結核性腦膜（腦）炎12例，病毒性腦炎8例，腦挫裂傷5例，化膿性腦膜炎5例，腦出血5例，蛛網膜下隙出血4例，腦梗死4例，特發性ICP增高1例，癲癇3例，腦腫瘤3例，顱神經炎3例，面癱皰疹2例，腦干腦炎1例，血管炎1例，上矢狀竇直竇靜脈血栓形成1例，其他（代謝性腦病、狼瘡等）4例。所有患者在檢查前3 d均未接受過麻醉劑、鎮靜劑及抗癲癇藥物的治療。本研究得到重慶醫科大學附屬第二醫院倫理委員會的批準。所有患者均要求簽署知情同意書。
1.2 方法
1.2.1 腦電信號采集
所有患者取平臥位，應用便攜式數字腦電圖儀（放大器類型UE-16B，北京中科新拓儀器有限責任公司）行腦電信號采集。按照國際10-20系統安放4個氯化銀表面電極（額極FP1、FP2；中顳極T3、T4），參考電極置于兩側耳垂（A1和A2）；安放電極的部位提前用乙醇脫脂處理并涂導電膏維持電阻＜5 000 Ω。濾波頻率為30 Hz，采樣率為1 000次/s，記錄時間通常為3 min。
1.2.2 腦電圖信號分析及PI計算
利用多種信號處理的方法包括數字濾波和小波變換等對各種干擾信號如工頻干擾、基線漂移、肌電干擾和眼動干擾等進行去除。基線平穩、無背景干擾和偽差的腦電圖用于分析。每段腦電圖持續時間為5 s。每例患者隨機選取20段符合要求的腦電圖進行功率譜分析。從腦電功率譜分析可得到各段頻率（delta、theta、alpha及beta）的功率百分比、中間頻率及delta比率等一些參數。其中各頻段的頻率范圍為0～4 Hz （delta）、4～8 Hz（theta）、8～13 Hz （alpha）和13～30 Hz （beta）；中間頻率表示該頻率的功率占腦電能量總功率的50%。delta比率是指delta功率與（alpha功率+beta功率）的比值。前期動物實驗中，我們發現與其他參數相比較，中間頻率和delta比率兩個參數與ICP關系更密切。在此基礎上，我們定義“PI”，由自行設計的軟件系統自動計算獲得。
1.2.3 ICP的測定
采用側臥位腰椎穿刺測壓方法，均在腦電信號采集后立即進行。ICP＞200 mm H2O（1 mm H2O=0.009 8 kPa）定義為顱內壓增高。
1.3 統計學方法
用SPSS 11.5統計軟件進行統計學處理。計量數據用均數±標準差表示，分析兩變量依存關系采用Spearman等級相關分析。檢驗水準α=0.05。
2 結果
62例患者的ICP為70～500 mm H2O，平均（239.74±116.25） mm H2O，52.9%的患者ICP增高。PI為0.02～0.85，平均0.29±0.20。取每例患者的ICP值與PI，制出散點圖（圖 1），行Spearman 等級相關分析顯示，二者呈負相關（rs=-0.849，P＜0.01）。將患者分為彌漫性腦損害組和局灶性腦損害組，分別行相關性分析，結果示兩組患者PI與ICP均呈負相關（rs=-0.815、-0.912，P值均＜0.01；圖 2、3）。另外，對1例良性ICP增高的患者和1例結核性腦炎的患者分別進行了5次隨訪（表 1），相關性分析顯示PI與ICP密切相關 （rs=-0.960、-0.997，P值均＜0.01）。
圖1
所有患者PI與ICP的相關性 (n=70，rs=-0.849，P＜0.01)? ?圖 2CNS彌散性病變患者PI與ICP的相關性(n=47，rs=-0.815，P＜0.01)? ?圖 3CNS局灶性病變患者PI與ICP的相關性(n=23，rs=-0.912，P＜0.01)
表1
1例良性顱內高壓患者（病例1）和1例結核性腦炎患者（病例2）的PI及ICP隨訪結果
3 討論
本研究中，我們對臨床中樞神經系統疾病患者進行腦電功率譜分析，利用自行研制的軟件計算PI，同時通過腰椎穿刺獲得ICP，結果發現PI與ICP之間存在良好的相關性，提示通過腦電功率譜分析能間接反映ICP的變化。
腦的功能和代謝依賴于腦血液的持續供給。為了維持腦組織正常的代謝和功能，CBF必須保持相對恒定。當ICP逐漸升高時，CBF自動調節功能出現障礙，CBF則隨灌注壓下降而減少[17]，此時腦組織將出現缺血缺氧性損害，腦細胞膜持續去極化，神經細胞產生興奮的能力降低，腦細胞內游離的鈣離子增多，啟動細胞凋亡，神經介質合成減少，三磷酸腺酐生成不足，酸中毒均加劇了腦細胞的損傷。腦損傷后神經元排列紊亂，興奮的同步化程度降低，因此腦電慢波成分增多，而當ICP升高至血壓相近水平時，將導致腦循環停止，腦電活動消失和腦死亡。因此，我們推測，ICP的變化會引起腦電功率譜的改變，通過采集腦電信號，分析腦電圖功率譜，就有可能得到與ICP關系密切的參數，通過這些參數的監測就可能及時反映ICP的變化。
我們對中樞神經系統彌漫性病變和局灶性病變分別進行了單獨分析，結果發現兩組患者ICP的變化均與PI之間均存在良好的相關性，提示盡管大腦局灶性病變本身對腦電活動會有一定影響，但PI本身可能是反映各種病理狀態下ICP變化比較敏感的指標。此外，我們對2例患者進行多次隨訪，結果也顯示PI與ICP相關性良好，提示PI有可能代替反復的腰椎穿刺，至少對于某些需要隨訪ICP的患者，如良性顱內高壓、術后腦積水等患者。且基于PI與ICP之間的良好相關性，在某些疾病如腦外傷，PI的持續監測可反映ICP的時實動態變化，有可能發現因顱內代償機制下降而導致的ICP異常變化，從而有助于指導治療決策[18-20]。本研究盡管在排除麻醉劑、鎮靜劑及抗癲癇藥物對腦電圖的影響后，我們發現中樞神經系統疾病患者的ICP與PI之間存在良好相關性，但要將腦電功率譜分析應用于臨床ICP測定為時尚早，因為腦電圖受很多因素的影響，除ICP外，其他因素包括疾病本身、酸堿和電解質失衡、溫度以及藥物等均可影響腦電活動，因此，如何利用腦電信號分析更有效地反映ICP尚需進一步研究。
本研究至少存在以下一些不足：① 通過腰椎穿刺測定的ICP與直接放置探頭所測定的ICP值之間可能不一致，尤其是在某些疾病條件下，如蛛網膜下隙出血或椎管狹窄導致腦脊液阻塞，此時腰椎穿刺獲得ICP可能并非真實的ICP。② PI與ICP之間可能呈某種曲線關系，而非簡單的直線相關[21]。兩者間的定量數學關系尚有待闡明。③ 本研究中僅采用少數幾個電極，因此獲取的腦電圖信息量有限，對PI值的計算結果肯定會產生影響。今后的研究需采用更多的電極數，以獲取更多的腦電圖信息進行分析。④ 我們僅采集了某一個時間點的腦電圖信號，以及同步獲得ICP值，因此無法證實PI的穩定性和重復性。采用顱內放置光導纖維探頭連續ICP測定，同時較長時間連續采集腦電圖可能有助于解決該問題。
綜上所述，本研究結果初步提示通過腦電功率譜分析能間接反映ICP的變化，值得進一步研究。
目前診斷顱內壓（ICP）升高主要通過有創方法如腦室造口引流術或腰椎穿刺測定，均存在一些不良反應或危險性[1-6]。近年來，文獻報道一些無創性ICP監測方法，包括經顱多普勒超聲、頸靜脈氧濃度監測等[7-10]，因準確性不夠，尚未常規應用于臨床。眾所周知，持續的腦電圖監測能在床旁及時提供腦功能變化的信息[11-12]。腦電功率譜分析方法能定量分析腦電圖不同頻率波間的相互關系，提供更準確的信息[13-14]，目前已用于評價個體意識水平或麻醉深度[15]。任何原因所致的ICP逐漸升高都會引起腦血流量（CBF）減少，從而引起腦組織代謝障礙和缺血性損害，最終導致意識水平下降[16]。既然腦電功率譜分析能用于意識水平評價，那么，它能否用于反映ICP的變化呢？
在前期動物實驗中，我們采用自體血制備的豬腦出血模型進行研究，發現中間頻率和delta比率兩個參數與ICP密切相關，由此推測通過腦電功率譜分析有可能間接反映ICP的變化。本研究對62例（70例次）中樞神經系統疾病患者進行了腦電功率譜分析，計算壓力指數（PI），并與腰椎穿刺測定的ICP比較，分析兩者的相關性，以探討腦電功率譜分析技術用于ICP監測的可行性。現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
選擇2008年9月－2009年5月我院神經內科住院部患者62例（70例次）。其中男34例（54.8%），女28例（45.2%）；年齡9～74歲，平均（37.3±16.5）歲；結核性腦膜（腦）炎12例，病毒性腦炎8例，腦挫裂傷5例，化膿性腦膜炎5例，腦出血5例，蛛網膜下隙出血4例，腦梗死4例，特發性ICP增高1例，癲癇3例，腦腫瘤3例，顱神經炎3例，面癱皰疹2例，腦干腦炎1例，血管炎1例，上矢狀竇直竇靜脈血栓形成1例，其他（代謝性腦病、狼瘡等）4例。所有患者在檢查前3 d均未接受過麻醉劑、鎮靜劑及抗癲癇藥物的治療。本研究得到重慶醫科大學附屬第二醫院倫理委員會的批準。所有患者均要求簽署知情同意書。
1.2 方法
1.2.1 腦電信號采集
所有患者取平臥位，應用便攜式數字腦電圖儀（放大器類型UE-16B，北京中科新拓儀器有限責任公司）行腦電信號采集。按照國際10-20系統安放4個氯化銀表面電極（額極FP1、FP2；中顳極T3、T4），參考電極置于兩側耳垂（A1和A2）；安放電極的部位提前用乙醇脫脂處理并涂導電膏維持電阻＜5 000 Ω。濾波頻率為30 Hz，采樣率為1 000次/s，記錄時間通常為3 min。
1.2.2 腦電圖信號分析及PI計算
利用多種信號處理的方法包括數字濾波和小波變換等對各種干擾信號如工頻干擾、基線漂移、肌電干擾和眼動干擾等進行去除。基線平穩、無背景干擾和偽差的腦電圖用于分析。每段腦電圖持續時間為5 s。每例患者隨機選取20段符合要求的腦電圖進行功率譜分析。從腦電功率譜分析可得到各段頻率（delta、theta、alpha及beta）的功率百分比、中間頻率及delta比率等一些參數。其中各頻段的頻率范圍為0～4 Hz （delta）、4～8 Hz（theta）、8～13 Hz （alpha）和13～30 Hz （beta）；中間頻率表示該頻率的功率占腦電能量總功率的50%。delta比率是指delta功率與（alpha功率+beta功率）的比值。前期動物實驗中，我們發現與其他參數相比較，中間頻率和delta比率兩個參數與ICP關系更密切。在此基礎上，我們定義“PI”，由自行設計的軟件系統自動計算獲得。
1.2.3 ICP的測定
采用側臥位腰椎穿刺測壓方法，均在腦電信號采集后立即進行。ICP＞200 mm H2O（1 mm H2O=0.009 8 kPa）定義為顱內壓增高。
1.3 統計學方法
用SPSS 11.5統計軟件進行統計學處理。計量數據用均數±標準差表示，分析兩變量依存關系采用Spearman等級相關分析。檢驗水準α=0.05。
2 結果
62例患者的ICP為70～500 mm H2O，平均（239.74±116.25） mm H2O，52.9%的患者ICP增高。PI為0.02～0.85，平均0.29±0.20。取每例患者的ICP值與PI，制出散點圖（圖 1），行Spearman 等級相關分析顯示，二者呈負相關（rs=-0.849，P＜0.01）。將患者分為彌漫性腦損害組和局灶性腦損害組，分別行相關性分析，結果示兩組患者PI與ICP均呈負相關（rs=-0.815、-0.912，P值均＜0.01；圖 2、3）。另外，對1例良性ICP增高的患者和1例結核性腦炎的患者分別進行了5次隨訪（表 1），相關性分析顯示PI與ICP密切相關 （rs=-0.960、-0.997，P值均＜0.01）。
圖1
所有患者PI與ICP的相關性 (n=70，rs=-0.849，P＜0.01)? ?圖 2CNS彌散性病變患者PI與ICP的相關性(n=47，rs=-0.815，P＜0.01)? ?圖 3CNS局灶性病變患者PI與ICP的相關性(n=23，rs=-0.912，P＜0.01)
表1
1例良性顱內高壓患者（病例1）和1例結核性腦炎患者（病例2）的PI及ICP隨訪結果
3 討論
本研究中，我們對臨床中樞神經系統疾病患者進行腦電功率譜分析，利用自行研制的軟件計算PI，同時通過腰椎穿刺獲得ICP，結果發現PI與ICP之間存在良好的相關性，提示通過腦電功率譜分析能間接反映ICP的變化。
腦的功能和代謝依賴于腦血液的持續供給。為了維持腦組織正常的代謝和功能，CBF必須保持相對恒定。當ICP逐漸升高時，CBF自動調節功能出現障礙，CBF則隨灌注壓下降而減少[17]，此時腦組織將出現缺血缺氧性損害，腦細胞膜持續去極化，神經細胞產生興奮的能力降低，腦細胞內游離的鈣離子增多，啟動細胞凋亡，神經介質合成減少，三磷酸腺酐生成不足，酸中毒均加劇了腦細胞的損傷。腦損傷后神經元排列紊亂，興奮的同步化程度降低，因此腦電慢波成分增多，而當ICP升高至血壓相近水平時，將導致腦循環停止，腦電活動消失和腦死亡。因此，我們推測，ICP的變化會引起腦電功率譜的改變，通過采集腦電信號，分析腦電圖功率譜，就有可能得到與ICP關系密切的參數，通過這些參數的監測就可能及時反映ICP的變化。
我們對中樞神經系統彌漫性病變和局灶性病變分別進行了單獨分析，結果發現兩組患者ICP的變化均與PI之間均存在良好的相關性，提示盡管大腦局灶性病變本身對腦電活動會有一定影響，但PI本身可能是反映各種病理狀態下ICP變化比較敏感的指標。此外，我們對2例患者進行多次隨訪，結果也顯示PI與ICP相關性良好，提示PI有可能代替反復的腰椎穿刺，至少對于某些需要隨訪ICP的患者，如良性顱內高壓、術后腦積水等患者。且基于PI與ICP之間的良好相關性，在某些疾病如腦外傷，PI的持續監測可反映ICP的時實動態變化，有可能發現因顱內代償機制下降而導致的ICP異常變化，從而有助于指導治療決策[18-20]。本研究盡管在排除麻醉劑、鎮靜劑及抗癲癇藥物對腦電圖的影響后，我們發現中樞神經系統疾病患者的ICP與PI之間存在良好相關性，但要將腦電功率譜分析應用于臨床ICP測定為時尚早，因為腦電圖受很多因素的影響，除ICP外，其他因素包括疾病本身、酸堿和電解質失衡、溫度以及藥物等均可影響腦電活動，因此，如何利用腦電信號分析更有效地反映ICP尚需進一步研究。
本研究至少存在以下一些不足：① 通過腰椎穿刺測定的ICP與直接放置探頭所測定的ICP值之間可能不一致，尤其是在某些疾病條件下，如蛛網膜下隙出血或椎管狹窄導致腦脊液阻塞，此時腰椎穿刺獲得ICP可能并非真實的ICP。② PI與ICP之間可能呈某種曲線關系，而非簡單的直線相關[21]。兩者間的定量數學關系尚有待闡明。③ 本研究中僅采用少數幾個電極，因此獲取的腦電圖信息量有限，對PI值的計算結果肯定會產生影響。今后的研究需采用更多的電極數，以獲取更多的腦電圖信息進行分析。④ 我們僅采集了某一個時間點的腦電圖信號，以及同步獲得ICP值，因此無法證實PI的穩定性和重復性。采用顱內放置光導纖維探頭連續ICP測定，同時較長時間連續采集腦電圖可能有助于解決該問題。
綜上所述，本研究結果初步提示通過腦電功率譜分析能間接反映ICP的變化，值得進一步研究。
