圍手術期腦血流灌注的常用監測方法及進展

胡裕，韓陽東，王寧，蘇振波

(吉林大學中日聯誼醫院麻醉科，長春 130033)

隨著現代社會人們工作壓力大，生活不節制，激素藥物濫用，特別是我國社會老齡化[1](2018年末≥65周歲人口16 658萬人，占總人口的11.9%)，腦血管疾病患者呈爆發式增長。2018年中國腦卒中防治報告指出40歲以上腦卒中患病人數已達1 242 萬[2]，腦血管疾病已成為我國人口死亡的首位因素[3]，同時腦血管疾病手術、合并腦血管疾病的非腦血管疾病手術在臨床逐漸增多，圍手術期對腦血流監測的需求日益增加。維持大腦灌注是防治這些脆弱腦功能患者圍手術期中樞神經合并癥的一個重要目標，而腦血流監測是必要前提。腦血流量一般用單位時間內單位重量腦組織的血液灌注量表示，根據泊肅葉定律可知，腦血流量與腦灌注壓呈正相關，與腦血管管徑呈負相關，因此腦血管疾病、平均動脈壓、顱內壓等均影響腦血流灌注[4]。近兩個世紀以來產生了多種腦血流監測方法，現按發展歷史介紹各種監測方法，希望能為臨床提供可靠的參考資料。

1 惰性擴散示蹤劑法

19世紀人們就已經開始腦血流的研究，但多年來均是一些間接性研究，第一次成功進行人體腦血流測量是Kety和Schmidt使用低濃度的氧化亞氮吸入，利用Fick原理測得[4]。Fick原理是單位時間器官攝取的物質的量等于通過該器官的血流量與該物質的動靜脈濃度差的乘積，要求這些物質是惰性可擴散的。后來又引入了放射性惰性氣體85Kr和133Xe 從而更加推動了腦血流的研究。雖然此方法可定量測量腦血流,但由于操作繁雜，耗時較長且有放射性、氣體栓塞風險、不能即時監測等弊端逐漸被人們摒棄。近年來人們將超極化129Xe用作腦血流示蹤劑與磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)相結合來探索正常和異常腦灌注。目前有實驗研究使用低氣壓的淬火氣體異丁烯以增強超極化129Xe MRI監測腦血流的效用[5]。惰性擴散示蹤劑法可用于術前篩查和一些臨床試驗。

2 CT

2.1CT在腦血流監測中的原理及應用 CT的問世對腦血管疾病診斷技術有里程碑式的意義。CT是根據人體不同組織對X線的吸收系數不同，利用X線對人體進行掃描，然后由探測器接收透過人體組織的X線，經過計算機的一系列處理最終獲得重建圖像。與普通X線檢查圖像不同，CT是斷層影像。創傷性腦出血或有腦出血風險的患者初始評估首選影像學檢查是CT，其可以定位出血灶，確定顱內高壓的早期跡象等[6]。隨著技術的發展出現了CT血管造影、CT灌注成像技術，均可用來獲取腦灌注圖像，對腦血管疾病的診斷、評估更加準確。特別是CT灌注成像技術已用于腦梗死、腦缺血的診斷，蛛網膜下腔出血后血管痙攣的評估，腦血管狹窄患者腦血管儲備和腦外傷后腦灌注的評估。

2.2CT在腦血流監測中的研究 CT成像技術可以快速、準確地診斷腦血管疾病，但由于其具有電離輻射、設備昂貴且需要專業技師操作等不足限制了在臨床上的廣泛使用。因CT灌注成像技術涉及患者的高輻射劑量，近年來人們開發了具有投影視圖共享的低劑量CT灌注成像技術，有研究認為在不影響成像質量和速度的情況下可降低約75%的輻射劑量[7]。近年人們提出了專門針對個體人腦的4D CT數字體模，用于研究腦實質灌注，具有一定的臨床應用價值[8]。CT一般用于術前診斷、評估，也可用于介入術中。

3 正電子發射斷層掃描

3.1正電子發射斷層掃描(positron emission tomography,PET)在腦血流監測中的原理及應用 PET特別是具有15O標記水的PET被認為是量化腦血流量的金標準。將能發射正電子的放射性核素標記到參與人體組織血流或代謝的化合物上(水和葡萄糖等)，再將這些能發射正電子的放射性核素標記過的化合物注射到體內，通過探測器在不同時間、不同角度探測放射性核素產生的光子傳入計算機形成圖像，這些圖像經過一系列處理得出區域血流情況。PET提供腦灌注和新陳代謝的定量測量，能定量測量腦血流量、腦血容量，具有較高的空間分辨率[9]。PET不僅可以進行腦血流成像還可進行腦功能成像。根據PET研究腦血流灌注低于20 mL/(min·100 g)腦組織可發生局部腦氧耗和腦能量代謝改變，出現腦功能損害的神經癥狀。腦血流灌注低于11 mL/(min·100 g)腦組織發生腦結構的破壞，因此，PET可以對腦血管疾病進行預后評估和提前干預，也可以為腦血管疾病病理生理研究提供更加準確的方法。

3.2PET在腦血流監測中的研究進展 PET技術分辨率高、精確度高，不僅能定量測定腦血流量，還能獲得腦代謝方面的參數，且所用的放色性核素都是人體所需的基本元素。其不足之處是PET雖然為腦血流測定的金標準，但價格昂貴，一般不會作為首選檢查；需要專門的技師操作，基層醫院沒有相關的設備，不能普遍使用。近年來研究者將PET與MRI相結合創造出一種用于定量腦血流量的混合PET/MRI無創方法來彌補PET的有創性[10]。PET定量測量腦血量和腦代謝的值使用不同的示蹤劑，為避免前一種示蹤劑對PET數據的干擾通常需要間隔約1 h，近年來應用基于發射的衰減校正來縮短檢查周期[11]。PET可用于術前診斷、預后評估、腦血管疾病病理生理研究。

4 MRI

4.1MRI技術在腦血流監測中的原理及應用 MRI用于腦血流測量有2種不同的技術，均可提供腦血流量的定量評估。一種是動態磁敏對比MRI技術，并非完全無創，需要注射外源性造影劑。該方法可以繪制出高時間和空間的分辨率的腦血流圖像。通過一系列復雜的專業算法最終求得腦血量速度、腦血流量等血流動力參數。另一種是動脈自旋標記技術，其使用患者自身動脈血中質子作為內源性示蹤劑，可以無創地對血流進行定量成像。使用動脈自旋標記技術可進行多次重復血流測量，因為磁性標記水的信號相對快速的衰減，允許動態測量[12]。與對急性缺血不敏感的常規MRI不同，動態磁敏感對比MRI可用于急性缺血的早期檢測、腦血栓栓塞以及溶栓后相關腦區的灌注評估。動脈自旋標記技術可用于腦血管反應性檢查，評價大腦動脈血管疾病的血管儲備，還可用于研究偏頭痛患者的腦血流動力學，以及慢性神經變性疾病(阿爾茨海默病)的灌注評估。

4.2MRI在腦血流監測中的研究進展 MRI具有非侵入性、無輻射、精確、能對腦血流量定性定量評估等優點，不足之處是設備費用昂貴，一般基層醫院沒有配備，技術要求高，需要有專門技師操作，不適合術中使用。發生腦血管疾病時局部的腦血細胞比容會發生變化，局部腦血細胞比容的測量方法多是侵入性的，近年來有學者提出了一種無創地用MRI測量局部腦血細胞比容的新方法[13]。MRI中用灌注-擴散不匹配方法評估永久死亡腦組織和可存活腦組織的有效性受到質疑，人們引入了23Na-MRI方案[14]。有學者提出聯合MRI和擴散參數可預測急性缺血性腦缺血再灌注后實質出血[15]。MRI技術可用于腦血管疾病的術前診斷、術后治療效果的評估。

5 頸靜脈球血氧飽和度監測

頸靜脈球血氧飽和度(jugular bulb venous oxygen saturation,SjvO2)通過頸靜脈插管連續監測腦組織靜脈回流血氧飽和度變化，是最早的腦氧監測方法。SjvO2的正常值為55%～75%，有證據表明，較低的SjvO2與較差的腦功能預后有關，腦缺血的閾值是持續10 min SjvO2低于50%[16]。SjvO2低可能是由于發熱或癲癇引起的腦氧耗增加，也可能是由于腦血管痙攣或低血壓引起的腦血流量降低。SjvO2高可能是由于大腦的良性充血或腦代謝需求減少。SjvO2檢測最常用于監測創傷性腦出血或蛛網膜下腔出血腦血管痙攣患者的腦灌注減少。該技術有侵入性，難以識別導管放置的合適位置，容易形成血栓影響讀數，SjvO2反映的是全腦的氧供情況，可能錯過一些重要腦區的氧供變化情況，存在假陰性的結果。近年來有研究認為SjvO2與嚴重創傷性腦損傷的響應性總評分相關，可作為嚴重創傷性腦損傷的獨立死亡率預測因子[17]。有研究使用近紅外腦血氧儀替代SvjO2監測[18]。SvjO2主要用于術中腦血氧飽和度的監測，防止腦灌注不足。

6 近紅外光譜技術

6.1近紅外光譜(near infrared spectroscopy,NIRS)技術在腦血流監測中的原理 NIRS監測技術是目前唯一非侵入式的床旁腦血氧監測技術，也是臨床上使用最廣泛的腦血氧監測方法。其原理是近紅外光(波長700～950 nm)能穿透頭皮、顱骨及腦組織達數厘米。光在組織中會發生透射和散色，體內有色物質的透射光量根據氧濃度而變化，并且每種物質的光吸收特性不同，體內可測量的有色物質是血紅蛋白和細胞色素，每種都具有不同的吸收帶。近紅外光譜儀可通過檢測入射光和透射光的強度，經Beer-Lanbert定律換算得出氧合血紅蛋白和去氧化血紅蛋白的濃度，還可通過血氧飽和度的變化與氧合血紅蛋白和去氧化血紅蛋白的濃度變化推算出腦血流量和腦血容量[19]。

6.2NIRS技術在心臟手術中的應用 NIRS于1985年被引入臨床實踐，用于評估早產兒的大腦氧合情況[20]，經過不斷改進現已應用于各種手術麻醉中的監測。在心臟手術中，將NIRS監測與現有的術前危險評分標準相結合有助于制訂出更有利的醫療方案。術前低腦血氧飽和度預示著顯著的體循環功能受損，患者處于依靠生理代償機制維持腦血流的極限。在心臟和胸主動脈大血管手術中，腦血氧飽和度值低于50%或較基礎值下降20%表示大腦對缺氧的耐受性下降，需要及時干預。心臟手術術中腦血氧飽和度低發生術后并發癥的風險較高，如術后認知功能障礙，呼吸衰竭，心肌梗死和再次手術[21]。

6.3NIRS技術在非心臟手術中的應用 由于耗材費用問題NIRS監測在臨床非心臟手術中沒有普遍使用。頸動脈內膜切除術中使用NIRS監測能及時指導頸動脈插管，有效地防止頸動脈內膜手術后腦卒中的發生，降低患者術后死亡率和致殘率。沙灘椅位較其他體位更容易發生腦灌注不足，在沙灘椅位手術中NIRS監測能及時發現腦血氧飽和度降低，指導麻醉師進行術中管理的調整。在小兒外科手術中通常使用平均動脈壓來預估腦灌注，但小兒腦血流的自動調節閾值范圍還未確定，因此小兒患者可能有腦缺血和充血損傷的風險[22-23]，若新生兒存在嚴重的生理紊亂，最終可導致神經損傷[24]，NIRS監測為小兒患者腦灌注監測提供了可能。在單肺通氣的胸科手術中，Tang等[25]觀察發現單肺通氣胸科手術術后早期腦血氧飽和度低與術后認知功能障礙有關，即使是短暫的腦血氧飽和度低于65%的患者意識障礙發生率也會增加2倍，而且腦血氧飽和度降低基礎值25%以上的患者住院時間明顯延長。

6.4NIRS在腦血流監測中的研究進展 NIRS監測具有簡單、無創、即時、連續、真實、穩定，不受低溫、低血壓甚至循環停止影響的優點，使NIRS技術有廣泛的臨床應用前景。但患者的年齡、血紅蛋白水平、監測電極放置的位置會對腦血氧飽和度產生影響。顱外組織、顱外循環可能會干擾腦血氧飽和度的監測。由于個體基礎差異，NIRS監測無法確定腦組織缺氧的絕對閾值，當前臨床所使用的設備只能監測腦氧的相對變化，腦血氧飽和度監測屬于趨勢性指標，不能診斷病因，僅具有警示作用[26]。針對腦血氧飽和度監測進行臨床決策時需要充分考慮各種相關因素。近年來NIRS在早產新生兒中得到廣泛應用[27]。NIRS技術已被證明在醫學領域包括分析工具、治療技術和診斷方法中有廣泛應用[28]。目前已開發出一種功能性NIRS技術用于精神分裂癥的研究[29]。NIRS監測用于可能存在腦灌注不足患者的術前評估、術中監測、術后重癥監護病房監護。

7 經顱多普勒

7.1經顱多普勒(transcranial Doppler,TCD)在腦血流監測中的原理 TCD于1982年被引入臨床，其原理是相控陣探頭發出超聲波束穿過顱骨薄弱處(顳窗、頜下窗、眶窗、枕下窗，顱骨的較薄區域稱為聲學窗)經血管中流動的紅細胞反射回來，其頻率變化(多普勒頻移)與血流速度成正比，由此可估計腦血流的速度[30]。TCD通過血流速度的快慢來評價血流狀況，大腦動脈在相同情況下腦血管的內徑相對固定，根據腦血流速度的快慢即可推斷出腦的灌注情況。使用TCD無法直接測量腦血流量的實際量，但可以通過血流速度的變化程度推斷血流量變化。

7.2TCD在腦血流監測中的應用 TCD在大腦病變的早期階段和慢性腦血管疾病的隨訪期間均發揮重要作用。TCD可用于急性缺血性腦卒中的診斷和預后評估。TCD可以檢測急性大動脈閉塞，其敏感性、特異性、陽性率高[31]，連續的TCD監測可以追蹤溶栓前后動脈閉塞的過程[32]。TCD可用于術中監測，血管舒縮功能的評估，并評估由右向左心臟分流引起的腦微栓塞。TCD可在體外循環，頸動脈內膜切除術和頸動脈支架術期間監測腦循環和栓塞。早期TCD篩查加上預防性輸血可明顯減少鐮狀細胞病患兒腦卒中。TCD在癡呆研究中也有顯著的效用[33]。

7.3TCD在腦血流監測中的研究進展 TCD有方便、快捷、無創、安全、價格低廉、操作簡單并能實時監測病理生理下腦血流的變化情況、測量結果可重復等優點，但其測量結果受探頭放置位置、患者顱骨密度、操作者熟練程度、血流信號強弱的影響，而且有部分老年女性測量窗口為盲窗或顱骨造成超聲波的過度衰減無法檢測到血流信號。TCD測量也僅限于大的基底動脈，只能提供全腦而非局部的腦血流速度情況。近年來有學者通過Meta分析表明，TCD是高度準確的腦死亡確認手段[34]。TCD在神經臨床護理的常規監測中發揮越來越重要的作用[35]。近年來研發出一種新型自動TCD系統[36]，將有助于TCD擴展到更多的臨床應用。未來TCD可能為一項麻醉常規監測方法，實時監測腦血流的變化情況提高麻醉安全性，特別是對一些腦功能脆弱的患者具有重要意義。TCD可用于腦血管疾病的術前診斷和預后評估，術中監測防止腦灌注不足，術后評價治療效果。

8 神經電生理監測

8.1神經電生理監測方法在腦血流監測中的原理及應用 定量腦電圖是在腦電圖的基礎上將原始腦電信號輸入電腦通過數模轉換和傅里葉轉換最終將腦電信號轉化為一種能夠定量的二維腦電波圖像，可根據定量腦電圖的參數來檢測腦功能障礙的原因。如在蛛網膜下腔出血的患者中，隨著腦血管痙攣引起腦血量減少，定量腦電圖參數α趨勢變異性百分比急劇下降，隨著腦血管痙攣的緩解而恢復正常。Rathakrishnan等[37]報道，α趨勢變異有助于區分蛛網膜下腔出血后遲發性腦缺血和腦血管痙攣。定量腦電圖可用于輕度創傷性腦損傷的診斷和預后評估[38]。定量腦電圖定位不精確，較難判別細微的異常。將定量腦電圖與顱腦模式圖相結合制成腦電地形圖可用于缺血性腦血管病的早期診斷和預后評價[39]。腦電地形圖定位更加準確而且直觀醒目，較定量腦電圖能提供更多的信息，但定量腦電圖與腦電地形圖均需要專業人員進行分析。為了更方便解讀將定量腦電圖簡化為腦電雙頻指數。腦電雙頻指數可監測術中、術后腦灌注是否充足，腦電雙頻指數異常降低或突然降低均可能是因為腦灌注不足[40]。

8.2神經電生理監測在腦血流監測中的進展 神經電生理監測的優點是無創、簡單、連續、即時，相對價廉，有腦缺血病史或有腦缺血風險因素的患者能在很大程度上受益。其監測靈敏度較腦血氧飽和度差，定量腦電圖和腦地形圖需要專業醫師分析。腦電雙頻指數監測區域是單側的額葉皮質，大腦其他腦區容易出現假陰性，且腦電雙頻指數受患者、麻醉劑、手術器械(電刀)的影響。有研究認為定量腦電圖可能是預測輕度認知功能障礙發展為路易斯癡呆的有力工具[41]。目前通過定量腦電信號源的定位可以研究慢性疼痛的病理生理[42]。神經電生理監測術前可作為腦血管疾病的輔助診斷，術中監測腦功能和防止腦灌注不足。

9 展 望

惰性氣體示蹤劑法僅用于一些腦血流灌注的研究和其他監測方法聯合應用。CT、PET、 MRI不適合動態連續的腦血流監測，無法用于一般術中和病房對患者實時監測，但由于其精確性高仍是臨床上無法替代的檢查手段。大型醫院已開展介入手術，使得這些影像學技術在腦血管疾病治療中具有廣闊的應用前景。SjvO2監測有被近紅外腦血氧儀取代的趨勢。NIRS監測不僅用于腦血管疾病手術的監測，一些有腦血流灌注不足風險的患者和手術均將受益，但需要不斷地改進。TCD監測未來可能用于老年患者麻醉的腦保護。定量腦電圖、腦電地形圖、腦電雙頻指數因簡單、實用，未來可能從腦電圖中提取出更有價值的監測指標。總之，圍手術期腦血流監測將隨著腦血管疾病的發病率和手術量的增加而受到臨床醫師的重視，綜合采用各種方法，相互補充、取長補短，提高監測的敏感性和特異性，保障患者在圍手術期的安全。