腦損傷后意識障礙病人腦電圖監測的研究進展

摘要" 總結腦損傷后意識障礙病人的腦電圖變化以及腦電圖結合其他監測方法的研究進展，并展望未來腦電圖監測技術在腦損傷后意識障礙病人中的應用。評估腦損傷后意識障礙病人的意識水平具有重要意義，目前多種監測評估方法都不太滿意。腦電圖作為一種腦功能監測的重要手段，具有無創、動態、簡單實用的優點，在危重病人腦部疾病的診斷、監測和預后方面具有非常重要的作用。

關鍵詞" 腦損傷；意識障礙；腦電圖；昏迷；腦功能評估；綜述

doi：10.12102/j.issn.1672-1349.2024.19.014

意識是一個多方面的概念，既包括覺醒，即由腦干調節的警覺狀態，也包括意識內容，即對任何想法、感覺或情緒的主觀體驗。嚴重腦損傷后，部分病人可能出現不同程度的意識障礙（disturbance of consciousness，DOC），如昏迷、無反應覺醒綜合征（unresponsive wakefulness syndrome，UWS）、最低意識狀態（minimally conscious state，MCS）。昏迷是指病人的意識完全喪失，既不能被喚醒，缺乏覺醒-睡眠周期，也不能對外界刺激作出反應的狀態，是一種以覺醒度改變為主的嚴重意識障礙。UWS和MCS病人則存在不同程度的覺醒和意識內容的障礙。如何準確判斷意識障礙病人目前的意識狀態及其動態變化，一直是困擾神經科醫師的難題。目前用于診斷疾病的影像學技術［如頭顱CT、磁共振成像（MRI）］對意識評估相對不足。臨床診斷和評估病人病情主要基于行為量表，如昏迷恢復量表修訂版（Coma Recovery Scale-revised，CRS-R），但存在較高的誤診率，即使是UWS與MCS之間也很難識別。由于MCS病人比UWS病人具有更大的神經功能恢復潛力，因此，準確地評估有利于臨床醫生對意識障礙病人進行準確有效的治療。

腦電圖（electroencephalogram，EEG）能通過記錄大腦皮層神經細胞的突觸后電位反映腦細微結構的動態變化和功能的改變，確定病人大腦皮質-丘腦通路是否完整來判斷腦部的損傷程度。通過EEG也能夠顯示CT、MRI等難以描述的腦功能異常狀態，其顯示異常的嚴重程度也與格拉斯哥昏迷量表評分和預后有良好的相關性。Rossetti等［1］研究表明，EEG在昏

基金項目" 山西省自然科學基金面上項目（No.202003021211060）

作者單位" 1.山西醫科大學附屬第五臨床醫學院（太原 030012）；2.山西省人民醫院（太原 030012）

通訊作者" 張剛利，E-mail：Zhanggangli1973@163.com

引用信息" 屈楠，張剛利.腦損傷后意識障礙病人腦電圖監測的研究進展［J］.中西醫結合心腦血管病雜志，2024，22（19）：3539-3543.

迷病人的覺醒預判中非常重要。作為一種非侵入性的皮層電活動監測方法，EEG對昏迷病人非常適用，是臨床醫生評估意識障礙病人意識狀態的重要方法。現就近年來EEG在腦損傷意識障礙病人病情評估中的研究進展進行綜述。

1" 意識障礙病人的靜息EEG表現

EEG能反映大腦神經元群自發性、節律性的腦電活動。正常人最主要的腦電背景頻率是處于后頭部的α節律；當正常人處于閉眼、睡眠等生理性抑制狀態時，也可多見廣泛性稍低波幅的β節律；在睡眠狀態時可見一些δ節律等。而對于意識障礙病人，EEG的多種成分都會出現變化。通常病情嚴重的意識障礙病人在EEG中會表現出θ或δ腦電波形的普遍減慢，并伴有癲癇樣活動、暴發抑制和α-昏迷模式等異常。當腦組織出現輕度缺血時，在EEG上可見α節律和β節律逐漸減慢，隨后θ波、δ 波逐漸增加［2］，同時也可能出現癲癇樣放電。比如一側性節律性δ活動，散發性癲癇樣放電，一側性周期樣放電或全面性周期樣放電［3］。缺血加重后，EEG背景甚至出現彌散衰減，暴發-衰減或暴發-抑制等圖型［4］。除此之外，腦電反應性（electroencephalogram reactivity，EEG-R）的喪失和EEG不連續或完全抑制則是嚴重腦病的特征，常與不良預后有關［5］。

Westhall等［6］根據美國臨床神經生理學學會提出的術語對昏迷病人的EEG進行標準化解讀，將EEG分為高度惡性EEG（抑制、周期性放電抑制、爆發-抑制）、惡性（癲癇樣放電、癲癇發作或癲癇持續狀態、低電壓＜20 μV，病理或無反應性背景）和良性（無惡性特征）。Westhall等［6］將此標準應用于心臟驟停后昏迷病人的EEG解讀后表明，EEG模式為任意1項高度惡性EEG或者任意2項惡性EEG，都提示預后不良，特異性分別為100%和96%。但是此標準中的良性EEG特征在檢測良好預后方面的敏感性有限。因此，Fenter等［7］將此標準進行改良，將EEG中出現的不連續、低電壓或前后波幅反轉歸為良性EEG特征，發現采用改良的EEG標準能更精準地識別出可能達到良好結果的病人，但此標準能否適用其他類型意識障礙病人的預后評估仍有待研究。

隨著昏迷病人病情的發展，意識障礙病人EEG也會隨著病人病情的變化而改變，并且發病不同時期記錄的EEG對病人的預后價值也不同。因此，EEG檢查的時機至關重要。為了評估危重病人腦電模式的恢復，有指南指出至少需要進行2次腦電監測（第1次在腦損傷后24 h進行，第2次在腦損傷后48～72 h進行）或進行連續腦電監測，以正確評估意識障礙病人的預后［8］。

2" 意識障礙病人睡眠相關EEG的改變

睡眠是人類最重要的生理特征之一。正常的睡眠結構和睡眠紡錘波的出現需要皮質及皮質下結構的參與。美國睡眠醫學協會將人的睡眠分為兩個階段：非快速眼動睡眠（non rapid eye movement，NREM）和快速眼動睡眠（rapid eye movement，REM）。與清醒病人相比，MCS病人夜間正常睡眠減少，白天嗜睡［9］，而UWS病人的睡眠周期受損更嚴重，睡眠階段僅在白天出現［10］。在睡眠階段，紡錘波的存在可表明丘腦功能完整性，慢波和REM睡眠的出現提示腦干功能完好，而睡眠模式的晝夜節律則提示下丘腦功能的完整。與正常人相比，意識障礙病人會出現晝夜節律嚴重受損以及正常睡眠和清醒間隔的中斷導致睡眠碎片化，這些變化尤其會出現在MCS及UWS病人中［11-14］。而為了獲得更好的結果，必須記錄48～72 h的EEG或多導睡眠圖（polysomnogram，PSG）以獲得用于分析的腦電數據［12］。

目前，意識障礙病人的睡眠特征仍存在爭議且并未得到充分研究。在MCS病人的NREM2和慢波睡眠（SWS）階段中能觀察到紡錘波和不規則的睡眠-覺醒周期，這在UWS病人中很少觀察到［15］。Mertel等［10］對32例意識障礙病人的睡眠模式進行研究時發現，88%的MCS病人及56%的UWS病人存在REM睡眠。62%的UWS病人和21%的MCS病人不存在紡錘波。所有的UWS病人沒有表現出晝夜睡眠節律，關于意識障礙病人睡眠特征的研究目前仍較少。但已有研究表明，K-復合體、慢波震蕩和REM睡眠是意識障礙病人潛在預后良好的睡眠因素［13，16］。

而在昏迷病人中，觀察到的睡眠EEG的NREM睡眠特征與病人意識損傷嚴重程度相關，同時也可作為一項獨立指標預測急性昏迷病人的意識恢復［17］。研究表明，病人從昏迷向良好預后的演變與病人重新睜眼和晝夜節律的重新出現有關［15］。Arnaldi等［13］研究發現，結構化睡眠可以早期預測昏迷病人有良好的預后，這種預測因素甚至比病人的臨床表現和年齡因素更加有效。因此，正常睡眠-覺醒周期的重新出現對昏迷病人的恢復具有重要意義。此外，在昏迷病人中可監測到一種多存在于額葉區、中央區、頂葉區且常伴有頂尖波出現的12～14 Hz的紡錘形節律，稱“紡錘型昏迷”［18］。紡錘型昏迷病人的預后主要與病變損傷部位有關，當伴有明顯的腦干功能異常時往往提示預后不良。在一項針對44例重型顱腦損傷意識障礙病人的研究中，出現紡錘形昏迷的病人與沒有這些特征的對照組病人相比表現出了更高的行為反應性［19］。因此，紡錘形昏迷的出現可能是昏迷病人良好預后的標志之一。

最近，歐洲神經病學學會［20］基于睡眠模式以及使用人工智能（AI）對EEG進行分析后發布了《歐洲神經病學學會昏迷和其他意識障礙診斷指南》，提示SWS或NREM的存在可能比睡眠紡錘波更能準確鑒別UWS和MCS。在MCS病人中，其睡眠模式具有與健康病人相似的神經生理學特征、EEG、眼電圖（EOG）和肌肉緊張度的晝夜變化。而UWS病人僅表現出睜眼和閉眼的EEG/行為體征。因此，分析意識障礙病人的睡眠模式能更好地區分UWS和MCS［21］。此外，由于重型腦損傷病人EEG和PSG模式與正常人不同，因此，有必要進行研究以確定意識障礙病人睡眠和EEG/PSG模式的具體標準。

鑒于在昏迷病人中清醒恢復和睡眠組織之間已被證明可能存在聯系，改善睡眠節律障礙的治療方法可能會對此類病人有良好的效果。莫達非尼是一種用于輔助治療阻塞性睡眠呼吸暫停的中樞神經系統興奮劑，目前已證明可能對昏迷病人殘余認知功能的改善產生積極影響［22］。還有一些研究建議使用食欲素激動劑，食欲素是一種改善晝夜節律調節并減少日常過度嗜睡的下丘腦神經肽，可能有助于促進昏迷病人的覺醒［23］。

3" 意識障礙病人的定量腦電圖（QEEG）指標

隨著計算機技術的發展，目前通過計算機將原始EEG形所顯示的功率、幅度、復雜性和信號間關系轉化為數字信號進行分析，形成量化參數來判斷其是否與病人的意識水平相關，即QEEG。使用QEEG分析和解讀比醫生直接讀取EEG圖形更加簡便和易于掌握，并可能提高預測病人昏迷后恢復的能力［24-25］。一項研究通過聯合低頻功率、腦電復雜性進行評估，準確地將33%被定義為UWS的病人重新分類為MCS。另一項基于數據驅動的研究利用機器學習從268例意識障礙病人中提取了EEG特征，如頻譜密度、排列熵和功率譜密度，對UWS和MCS病人進行了更準確的分類。可見與傳統EEG相比，QEEG可以更準確地評估意識障礙病人的意識狀態，鑒于QEEG在臨床方面顯示出了良好的應用前景，未來可以更多地應用于意識障礙病人的意識評估與監測。

4" 意識障礙病人與外部刺激相關的EEG變化

在外部力量的刺激下，大腦活動可能會發生變化，這些變化可以用EEG記錄下來，這就是EEG-R。EEG-R可以提示感覺神經傳導通路的完整性。研究表明，EEG-R能早期且準確地評估神經系統功能的恢復，已被作為評估預后的標志物之一［26］。記錄到EEG-R提示病人預后相對較好。對于這種外部刺激造成的大腦變化中，UWS病人只能顯示初級皮層的激活，通常只能激活初級聽覺皮層以響應簡單的聽覺刺激。MCS病人則能表現出包括額頂葉皮質在內的高階區域的功能激活［27］。Marino等［28］對50例意識障礙病人進行意識功能評估，結果提示部分高階區域的功能激活也可能出現在部分初次被評估為UWS的病人中，與MCS組相似，這些病人顯示出相對更好的功能結果，隨著病情的發展最終過渡到了MCS。最近，Bouchereau等［29］對116例重度腦損傷病人的研究也表明，早期EEG-R的定量指標與重型顱腦損傷病人清醒及3個月意識水平獨立相關。因此，EEG-R在意識障礙病人的恢復過程中有重要的指示作用。

在《心臟驟停后腦電圖反應性檢測的國際共識》中，有專家根據以往施加給病人刺激類型、重復刺激次數和持續時間的經驗第1次提出了檢查EEG-R測試方法的實施標準［30］，具體標準：按順序給予拍手、呼叫病人姓名、按壓病人甲床來施加刺激，也可額外擠壓斜方肌或摩擦胸骨。每種刺激至少重復3次，且每次刺激的持續時間至少為5 s。需排除肌電活動、軀體運動反應和眨眼偽差干擾的節律性或周期性放電。監測時使用國際10-20系統至少16個電極、電阻阻抗低于5 kΩ來記錄EEG-R。此方法適用于各種類型所致的昏迷病人。各種刺激所引起的EEG反應可能表現為陣發性高波幅的慢波信號爆發、廣泛性低波幅去同步化快波或頂尖波等波形，監測過程中EEG變化至少重復出現2次，即認為存在EEG-R。在監測過程中使用標準的EEG-R刺激方法可以保證EEG-R對意識障礙病人意識評估的準確性、有效性和實用性。

5" EEG結合其他監測方法的應用

目前，國際上多建議采取多模式監測技術來評估意識障礙病人的結果［31］。這種多模式方法應該包括臨床檢查、電生理學、影像學等的參數。其中任何一項監測技術都能夠在一定程度上對病人進行預后評估。EEG在這些監測中也是不可或缺的一部分。由于病人腦損傷部位的不同，使用不同的監測方法能反映不同的損傷部位和損傷程度。

雙側軀體感覺誘發電位（spinal somatosensory evoked potential，SSEP）可以反映丘腦和皮質的聯系，主要監測指標為N20，是在腕部刺激正中神經，在頭皮記錄到的軀體感覺皮質最早出現的電活動。SSEP的缺失是昏迷病人預后不良的有力指標。Glimmerveen等［32］通過對619例心臟驟停后昏迷病人進行EEG和SSEP研究時發現，所有具有連續性正常電壓（＞20 mV）且EEG背景頻率＞8 Hz的意識障礙病人都保留了N20反應，其余情況下的EEG模式與SSEP的存在均無相關性。因此，EEG背景模式不能預測SSEP是否存在。EEG模式和SSEP之間的差異可能反映了丘腦皮層或錐體間突觸的不同損傷。因此，將SSEP與EEG聯合使用可以增加意識障礙病人不良結果預測的敏感度。

腦干聽覺誘發電位（brainstem auditory evoked potentials，BAEP）能夠反映意識障礙病人腦干-聽覺通路的完整性。P300是一種BAEP成分，在異常刺激后300 ms左右出現。P300可以分為早期的P300a和P300b。P300a是從額葉腦區測量的，已被證明存在于UWS和MCS病人中［33］。而P300b位于頂葉腦區，與認知處理和注意力相關［34］。P300a的潛伏期已被證明僅在MCS病人中按照通過不同聲音的復雜性（正弦音調、受試者名字等）被調制，表明其在檢測意識方面有一定作用［35］。而振動觸覺和聽覺刺激則已被證明可在單個意識障礙病人中誘發不同的P300b反應［33］。

目前認為，信息的整合和分化是大腦復雜的神經活動模式及意識出現的基礎［36］。大腦網絡的整合能力也可以通過結合EEG和經顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）來評估。通過結合這些技術，可以使用大腦的有效連接性來量化大腦對磁刺激的反應，得出一種稱為擾動復雜性指數（perturbational complexity index，PCI）的測量方法，該指數與大腦網絡的綜合能力有關。這項措施已被證明可以成功區分有意識和無意識病人，并區分因睡眠和麻醉而改變的意識狀態［37］。一項針對81例意識障礙病人的研究顯示，基于PCI的MCS病人分類成功率為94.7%［38］。盡管TMS-EEG技術具有很高的靈敏度，但目前用于臨床的研究還相對較少，需進一步進行研究。

6" 小" 結

EEG可以敏感、無創、實時地評價神經重癥昏迷病人的腦功能和預測預后。使用多種監測方法可獲得更多有關殘余意識程度的信息。綜合運用EEG以及各種監測指標進行腦功能評價以使其更為準確地反映病人的腦功能變化，對病人的意識障礙程度做出更精準的判斷。但EEG及其他各項電生理檢測均存在局限性，因此，尋找最佳的監測指標組合和監測時相以達到最佳的敏感性和特異度仍需進一步研究。

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（收稿日期：2024-03-18）

（本文編輯郭懷印）