CRS-R結合腦電功率譜模型在脊髓電刺激治療慢性意識障礙患者中的臨床應用

引文格式：許淑慧，余亞楠，陳煊鋒，等.CRS-R結合腦電功率譜模型在脊髓電刺激治療慢性意識障礙患者中的臨床應用[J].南通大學學報（醫學版），2025，45（4）：309-314.

[關鍵詞]慢性意識障礙；脊髓電刺激；腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型；昏迷恢復量表-修訂版 [中圖分類號]R651.1+5 [文獻標志碼]A [文章編號] 1674-7887（2025）04-0309-06

Clinical application of the CRS-R combined with electroencephalogram power spectrum model in spinal cord stimulation for the treatment of chronic disorders of consciousness*

XUShuhui*，YU Yanan，CHEN Xuanfeng，HAO Yuxing，NI Lanchun，GONG Peipet*** （Department of Neurosurgery， Affiliated Hospital of NantongUniversity，Jiangsu 226001）

[Abstract]Objective：Toexploretheelectrophysiologicalandbehavioralevidenceofconsciousnessrecoveryinpatientswith prolongeddisordersofconsciousnes（pDOC）follwingspnalcordstimulation（SCS）treament，andtovalidatethclinicalutility of the electroencephalogrampowerspectrum（peak frequency）ABCDmodelfor predicting treatmentoutcomes preoperativelyand evaluating postoperativerecovery in pDOC patientsundergoingSCS surgery.Methods：A prospective study was conducted involving14 pDOC patientsadmited between June2024andFebruary2O25.Atwo-stage evaluationdesign was implemented： preoperativeassssments included thecoma recovery scale-revised（CRS-R）and electroencephalogram power spectrum（peak frequency）ABCDclasification.Afteronemonthofshort-term SCS treatment，all14 patientsunderwentidentical follow-up evaluations.Paired t -tests were used to compare changes in CRS-R scores before and after surgery， while synchronous analysis was performed on the dynamic evolutionof electroencephalogram power spectrum（peak frequency）ABCD classifications. Results：Among patients categorizedas type Borhigherbasedonthepreoperative electroencephalogram power spectrum（peak frequency）ABCDmodel，significantimprovementswerebservedinCRS-Rscoresattheonemonthpostoperativeaessent compared with preoperative assessment， with statistically significant differences（ Plt; 0.01）.Patients classifiedasminimallyconscious state（MCS）in the preoperative CRS-R assessment and typeB in the ABCD model demonstrated greater improvements in CRS-R scores one monthaftersurgerythanthose ina vegetative state（VS）orclasifiedastypeA.Conclusions：SCSeffectively improves the level ofconsciousness in pDOC patients.The ABCD model basedon electroencephalogram powerspectrum features notonlyquantitativelyevaluatesthedegreeofpostoperativeconsciousnessrecoverybutalsoprovidesreliabledecisionmaking support for preoperative planning.

[Key Words]prolonged disordersofconsciousnes;spinal cord stimulation; electroencephalogram power spectrum（peak frequency） ABCD model; coma recovery scale-revised

隨著顯微外科手術技術的革新、重癥監護體系的完善及高級生命支持技術的普及，顱腦損傷患者的存活率顯著提升，由此衍生的慢性意識障礙（pro-longed disorders of consciousness，pDOC）患者群體持續擴大。流行病學數據顯示，我國每年新增pDOC患者逾10萬例，其病因大致可分為創傷性（腦外傷）和非創傷性腦損傷（腦血管意外、缺血缺氧性腦病）。根據國際共識，pDOC依據意識保留程度可分為植物狀態（vegetative state，VS）和微小意識狀態（minimallyconsciousstate，MCS）。VS患者可自主睜眼，但只有反射性運動，即患者無意識跡象，但可表現出打哈欠或呻吟等運動。當患者出現可重復的意識信號時，證明患者進入MCS。根據患者能否進行語言處理，MCS可進一步細分為MCS-和 MCS+ 。MCS-患者表現出視覺追蹤和疼痛定位等初級反應， MCS+ 患者則表現高水平的行為反應（即重復遵囑、可理解的言語表達）。當患者能夠進行功能性的準確交流或充分運用兩種不同的物體時，則認為患者脫離了MCS，為脫離微小意識狀態（emergence from minimally conscious state，eMCS）[2-3]

在臨床評估體系方面，昏迷恢復量表-修訂版（comarecoveryscale-revised，CRS-R）為金標準，通過6個維度23項指標量化評估意識水平4。然而，pDOC患者中普遍存在的認知-運動分離現象常導致CRS-R評估失真，且不能識別意識的微小變化。為此，本團隊將CRS-R與腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型這種神經電生理評估相結合，綜合評估VS與MCS的診斷分型和意識障礙促醒藥物與非藥物干預的療效5；同時這種無創評估還可為腦深部電刺激（deepbrainstimulation，DBS）、脊髓電刺激（spinal cord stimula-tion，SCS）等神經調控促醒手術術前適應證的篩選提供生物標志物支持，可減少臨床誤診，提高預后判斷。

當前pDOC仍然缺乏明確且有效的治療措施，主要治療方案有藥物治療、高壓氧治療及神經調控治療等[7-]。神經調控中有重復經顱磁刺激（repetitivetranscranialmagneticstimulation，rTMS）[2]經顱直流電刺激（transcranial direct current stimulation， tDCS）[13]、經皮迷走神經電刺激（transcutaneousauricularvagusnervestimulation，taVNS）[4等無創調控治療方式。但這些治療的效果依然十分有限。近年來，短程高頸段脊髓電刺激術（high-cervical spinal cord stimulation，hcSCS）因其獨特的優勢備受關注：通過將電極植人 pDOC 患者 C_2～4 層面椎管內硬膜外，通過2＼～4周的電刺激可有效增強腦干網狀激活系統功能，直接參與丘腦-皮質神經環路的功能調制，同時增加腦血流量，改善腦代謝等，以此提高意識環路的興奮性。該術式有適應證廣、手術時間短、并發癥少、安全系數較高等優點[15-16]。

本研究將結合筆者臨床經驗，詳細介紹pDOC患者采用短程hcSCS的手術植入方法并創新性構建CRS-R聯合丘腦-皮質動力學評估體系，通過前瞻性分析hcSCS手術患者行為學和電生理轉化規律，旨在建立標準化hcSCS手術操作規范，驗證多模態評估模型對手術療效的預測效能以及揭示SCS促進意識恢復的可能的神經可塑性機制。

1對象與方法

1.1研究對象納入2024年6月—2025年2月南通大學附屬醫院收治的14例pDOC患者，其中男6例，女8例;年齡36＼～66歲，平均 （54.86±6.44） 歲；原發病因：腦出血4例，腦外傷10例。10例患者于術后 ?1 個月接受顱骨修補術，其中腦外傷8例，腦出血2例。本研究獲南通大學附屬醫院倫理委員會批準（批號：2024-L180），脊髓神經電刺激術獲南通大學附屬醫院關鍵、核心醫療技術支撐計劃（試行）。

1.2SCS手術及治療方案

1.2.1手術適應證（1）診斷為pDOC且符合MCS或VS。（2）患病時間 gt;3 個月，且連續4周以上意識無進行性提高或惡化者；外傷建議手術時間延至傷后6個月，且連續8周無意識改善者。（3）無嚴重并發癥及手術禁忌證者[7]。

1.2.2術前準備患者均進行術前常規檢查，如病史采集、常規實驗室檢查、頭顱CT及fMRI檢查、CRS-R評估、腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型采集，必要時完善頸、胸椎CT檢查及3D建模、PE-TCT等檢查。患者完善術前準備后，接受手術。

1.2.3治療方案行全身麻醉，取俯臥位，頸部前屈。選取 T_6～7 椎間隙為穿刺點，針尖突破黃韌帶后，在數字減影血管造影（digitalsubtractionangiography，DSA）正位透視下將電極經由穿刺針套沿正中線向患者頭頸方向移動到 C_2～4 水平硬脊膜外。如圖1所示，移動過程中，隨時通過旋轉電極尾端改變電極線頭端方向以確保電極位置居中并順利到達預定位置。到達樞椎齒狀突附近后用DSA側位透視檢查電極頭端位置，最后置于 C_2～4 水平硬脊膜外。

術后第2天通過頸部CT確認電極在位后開始進行電刺激治療，初始設置為統一模式，頻率為 5Hz 或 70Hz ，脈寬 120μs ，電壓 1.0～3.0V ，棍狀8觸電電極 0-1+2+ 。刺激模式為刺激 15min ，間隔 15min ，開機時間為 8：00-20：00^[18] 。測試電壓最初為 1.0V 并每日逐漸增加，當患者出現明顯肢體震顫或基于行為疼痛量表的疼痛跡象、心率 gt;140 次 /min 或當日自主睜眼時間減少時停止并回調至患者舒適水平，以確保患者耐受，連續刺激14d后將電極取出。

1.2.4評估方法術后1個月隨訪，在臨床醫師主導、模型工程師配合及患者家屬在場的情況下，對患者進行CRS-R評分、ABCD模型檢測及術后基本情況信息采集。由臨床醫師及模型工程師共同配合，確保患者未服用促醒等有可能影響腦電結果的藥物、如患者有癲癇，應服用抗癲癇藥物減少異常放電。盡可能保持患者頭皮及耳垂干燥清潔、排除衣服等靜電干擾。確保患者植入物處于關機狀態后，深壓患者斜方肌，以疼痛下的腦電作為背景，監測 C3，Cz，C4，P3，Pz，P4 導聯的腦電偽差，記錄 3min 腦電圖，程序自動篩選盡可能干凈的 1～4Hz 與 4～8Hz 頻段腦電信號。通過程序獨立成分分析排除上訴導聯的腦電偽差，選擇無明顯偽影的腦電片段 （gt;30s） 生成ABCD模型后，臨床醫師根據預定義頻帶的腦電功率譜峰值分型評估患者當前分型。A型：無峰值超過Delta范圍 （lt;4Hz） 提示腦電活動顯著抑制，丘腦-皮質環路功能嚴重受損;B型：Theta峰值 （4～8Hz） ，提示部分保留的皮質-丘腦振蕩同步性；C型：Theta峰值和Beta峰值 13～ 24Hz ，提示皮質興奮性提升及具有神經網絡重組潛力；D型：Alpha峰值 （8～13Hz） 和Beta峰值，提示高度活躍的皮質代謝狀態，即患者意識清醒。由不同的臨床醫師進行術前和術后1個月的CRS-R評估，兩個時間節點的評分次數 ?3 次，根據手術前后評分及模型檢測結果評估患者的治療效果。

注： A，T_7～8 穿刺硬膜外并置入導絲;B，矢狀位X線顯示SCS電極（紅色箭頭）上緣置入至 C₂ 上緣（藍色箭頭）；C，冠狀面顯示電極位于正中。箭頭為電極末端。

2結果

2.1可行性與安全性術前在排除繼發性腦積水、癲癇持續狀態等影響意識的情況后評估患者的意識狀態，其中VS6例，CRS-R評分2＼～7分，腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型為A＼～B型;MCS-型8例，CRS-R評分7＼～13分，腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型為A＼～B型（表1）。14例pDOC 患者均接受短程hcSCS治療，從術后到電極取出，未記錄到任何與短程hcSCS手術及術后相關的嚴重不良事件（如癲癇發作或顱內感染）。

2.2術后診斷及模型評價變化術后1個月CRS-R評分結果顯示，6例術前VS患者中1例進入MCS+，2 例進入MCS-，3例仍為VS狀態;8例術前MCS-患者中，2例轉為eMCS，2例進入 MCS+ ，4例維持MCS-，但CRS-R評分均有不同程度的提高（圖2）。腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型采集數據顯示，術前6例VS患者中A型4例、B型2例，術后2例A型患者上升為B型；8例MCS-患者中，術前A型2例、B型6例，術后1例A型患者升級為B型、3例B型升級為C型（圖3）。術后13例患者意識狀態得到不同程度的改善，其中3例脫離VS，提示即使處于VS狀態，仍有一部分意識恢復潛能。8例MCS-患者有2例eMCS，說明意識恢復情況較好，但其中1例C型患者雖然其CRS-R評分仍為MCS-，但其腦電功率譜顯示由B型升級為C型，提示未來該患者具有更好的意識恢復潛力。2例未脫離VS的患者術前腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型采集數據顯示為注：CRS-R評分的得分按聽覺、視覺、運動、言語、交流、喚醒度的順序列出。A型，術后仍為A型。總體來看，B型患者意識改善程度明顯優于A型患者。

注：A，14例患者在SCS術前、術后1個月的CRS-R評分 ^，∞Plt;0.000 1;B，14 例患者在術前、術后CRS-R各分組評分， ^*Plt;0.05 ^**Plt;0.001，ns，Pgt;0.05.

3討論

臨床醫師一直在傳統的藥物治療、高壓氧治療、神經調控中不斷摸索不同pDOC患者的治療方案。SCS作為神經調控領域的一個重要突破，正逐步改變pDOC治療規范。hcSCS在脊髓 C_2～4 節段施加電刺激，可增加腦內血流，改善腦代謝，并可能激活與意識相關的神經網絡，幫助恢復受損的大腦功能。對于pDOC患者，尤其是處于MCS狀態的患者，SCS可以激發其潛在的意識恢復能力，有助于提升患者的覺醒狀態和認知功能，雖然該治療方式仍在初期階段，但憑借其良好的治療效果，在臨床上得到越來越廣泛的使用。如何更加有效準確地評估患者的意識狀態，預測治療結果，評估手術價值是未來臨床研究的重要方向。

當前pDOC評估體系正經歷從單一行為量表向多模態整合的轉型，除了CRS-R評分外，頭顱fMRI、腦電圖、事件誘發電位、腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型等都已在臨床上得到應用。盡管CRS-R仍是意識評估的“金標準”，但該量表依賴臨床醫師根據患者表現出的臨床行為進行評分，這使得評估結果易受評分者主觀判斷或患者狀態的影響。特別是在認知-運動分離患者中其局限性尤為突出，單純依賴CRS-R可導致高達 30% 意識水平誤判的風險，而聯合腦電功率譜ABCD模型可使診斷準確率提升至89%^[20] 。即使CRS判定為VS狀態患者，但其ABCD分型 ?B 級的患者中，也有約 65% 患者表現出潛在的意識活動特征，經過SCS治療后意識狀態得到改善甚至脫離微小意識2，這一類患者往往是臨床忽視并放棄治療的部分，這一結果也印證了神經電生理檢查在意識評估中的補充價值。本研究發現CRS-R結合腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型，能更客觀準確地在術前有效評估患者的意識狀態、SCS手術促醒的成功率及術后評判患者的意識恢復情況。

值得注意的是，SCS療效存在顯著的意識狀態依賴性。本研究中，當患者CRS-R評分及分型同時提示患者處于VS狀態時，術后1個月CRS-R評分無明顯提升，表明患者的恢復潛能較低。CRS-R評分判斷患者處于VS狀態，但當模型顯示為B型時，患者仍有5＼～6分的提升，且少部分患者ABCD分型達到C型，這表明這類患者具有較大恢復潛能。評分表顯示處于MCS狀態患者，術后CRS-R評分提升高于VS患者。既往報道[17，2使用SCS治療pDOC的平均有效率為 31.8%～37% ，MCS患者有效率更高63.0%～64.5% ，VS/無反應覺醒綜合征患者僅 19% 230% ，與本研究結果一致。這種差異可能與丘腦-皮層環路完整性相關：ABCD分型 ?B 級患者通常保留部分前額葉-丘腦纖維束，這為SCS的神經調控提供了結構基礎。因此，將ABCD模型納人意識障礙術前評估體系，通過量化丘腦-皮質振蕩特征篩選潛在應答者，從而可將手術適應證擴展至CRS-R評分較低但保留神經可塑性的患者亞群。

本研究納人患者均為短時程SCS手術患者，短時程SCS不僅具有促醒的治療價值，同時具有診斷價值，手術是否有效在測試階段即可體現。Y.YANG等[22于2022年首次報道了1例VS患者在接受短程SCS治療后，于第21天意識狀態改善至MSC。W.HUANG等2的研究則顯示，在14例原發性腦干出血導致的意識障礙患者中，有10例在進行短程hc-SCS治療后，其CRS-R評分有所提高。本研究人組的14例患者中，有5例在刺激期內實現意識狀態升級，有6例出現ABCD分型升級。患者接受短時程SCS治療后意識狀態有改善患者，可推薦進一步接受長時程SCS治療。

刺激參數個體化優化至關重要，本研究患者治療頻率為 5Hz 或 70Hz ，脈寬 120μs ，電壓 1.0～3.0V ，根據患者耐受度調整電壓。Y.ZHUANG等[I5的研究證實了短時程SCS中 70Hz 的高頻刺激相較于 5Hz 低頻模式更能誘發持續神經網重組，并顯示出延遲效應。因此本研究過程中的程控參數也以 70Hz 為主。總之，術后刺激參數個體化設計及程控、植入時間的長短（長時程、短時程）應從患者基本情況出發，進行個性化討論與決策。

短時程及長時程SCS在刺激器放置位置、刺激頻率、脈寬與電壓、治療周期等方面均有差異。短時程SCS以微創、經濟、靈活為特點，適合早期干預和療效預測。長時程SCS則適用于已通過短時程治療確認有效性的患者，以實現持續促醒。短時程參數常使用高頻刺激，長時程則可能調整為低頻刺激，以維持長期療效及減少耐受性。短時程SCS電極后續移出，相較長時程SCS，感染風險更低。而長時程SCS因電極永久植入，出現感染、電極移位、硬件故障等風險相對較高。長時程SCS目前已廣泛應用于疼痛治療及昏迷促醒領域，而短時程SCS正處于新興領域，正在被進一步探索運用。

綜上所述，短時程SCS是意識障礙患者促醒的有效治療手段之一。MCS狀態患者通過短時程SCS手術促醒率較高，VS狀態患者術后促醒率較低，但ABCD模型提示為B型患者仍有一定意識恢復效果及促醒概率。術前CRS-R評估結合腦電功率譜（峰頻率）ABCD模型可有效預判手術效果，判斷患者短期恢復情況，指導進一步治療方案，幫助醫師篩選具有恢復潛能的VS狀態患者，擴大SCS治療pDOC患者的適應證，具有較大發展前景。

[參考文獻]

[1]JIANGJY，GAOGY，FENGJF，etal.Traumaticbrain injury inChina[J].Lancet Neurol，2019，18（3）：286-295.

[2]KONDZIELLA D， BENDER A， DISERENS K， et al. European Academy of Neurology guideline on the diagnosis of coma and other disorders of consciousnessJ].Eur JNeurol， 2020， 27（5）：741-756.

[3]EDLOW B L， CLAASSEN J， SCHIFF N D， et al. Recovery from disorders of consciousness： mechanisms， prognosis and emerging therapies[J]. Nat Rev Neurol， 2021，17（3）：135- 156.

[4]OWEN A M. Improving diagnosis and prognosis in disorders of consciousness[J]. Brain， 2020，143（4）：1050-1053.

[5]湯冉冉，王鑫，羅坤.失匹配負性電位聯合腦電功率譜峰 頻率ABCD模型對意識障礙患者預后的預測價值[J].現 代電生理學雜志，2024，31（1）：3-7.

[6]THIBAUT A， SCHIFF N， GIACINO J， et al. Therapeutic interventions in patientswith prolonged disorders ofconsciousness[J]. Lancet Neurol，2019，18（6）：600-614.

[7]WU X， XIE L， LEI J， et al. Acute traumatic coma awakening by right median nerve electrical stimulation： a randomised controlled trial[J]. Intensive Care Med，2023，49（6）： 633-644.

[8]DELARGY M， O’CONNOR R， MCCANN A， et al. An analysis of the effects of using Zolpidem and an innovative multimodal interdisciplinary team approach inprolonged disorders of consciousness（PDOC）[J]. Brain Inj， 2019，33（2）： 242-248.

[9]WAN X， ZHANG Y， LI Y， et al. An update on noninvasive neuromodulation in the treatment of patients with prolonged disorders of consciousness[J]. CNS Neurosci Ther，2024，30 （5）：e14757.

[10]黃永志，吳佳柔，徐敏鵬，等.慢性意識障礙相關顱內電 生理特征研究進展[J].生物醫學工程學雜志，2024，41 （4）：826-832.

[11]MAGEE WL. Music in the diagnosis，treatment and prognosis of people with prolonged disorders of consciousness[J]. Neuropsychol Rehabil， 2018， 28（8）：1331-1339.

[12]WANG L， WU Q， YANG Z， et al. Preliminary study of vagus nerve magnetic modulation in patients with prolonged disorders of consciousness[J]. Neuropsychiatr Dis Treat， 2022， 18：2171-2179.

[13]ALOI D， DELLA ROCCHETTA A I， DITCHFIELD A， et al.Therapeutic use of transcranial direct current stimulation in the rehabilitation of prolonged disorders of consciousness[J]. Front Neurol， 2021，12：632572.

[14]ZHOUL Y，PENG L J，LIUYF，et al. Transcutaneous auricular vagal nerve stimulation for consciousness recoveryin patients with prolonged disorders of consciousness （TAVREC）：study protocol for a multicenter，triple-blind， randomized controlled trial in China[J].BMJ Open，2024， 14（5）：e083888.

[15]ZHUANG Y，YANG Y，XUL， et al.Effects of short-term spinal cord stimulation on patients with prolonged disorder of consciousness： a pilot study[J]. Front Neurol，2022，13： 1026221.

[16]SCHIFF N D. Recovery of consciousness after brain injury： a mesocircuit hypothesis[J]. Trends Neurosci，2O10， 33（1）： 1-9.

[17]WU Y，XU Y Y，DENG H， et al. Spinal cord stimulation and deep brain stimulation for disorders of consciousness： a systematic review and individual patient data analysis of 608 cases[J]. Neurosurg Rev， 2023， 46（1）：200.

[18]王希，趙琳，張勇，等.短程高頸段脊髓電刺激術治療腦 損傷意識障礙患者10例[J].南京醫科大學學報（自然科 學版），2024，44（2）：242-246.

[19]王琪文，陳鑫，李忠海.脊髓電刺激對脊髓損傷后神經 功能恢復的作用及應用效果研究進展[J].中華創傷雜志， 2024，40（12）：1138-1144.

[20]BEN SALAH A，MAROIS C， SANGARE A，et al. EEG lexicality effect predicts clinical outcome in disorders of consciousness[J]. Ann Neurol， 2023， 93（4）：762-767.

[21]YANG Y， HE Q， XIA X， et al. Long-term functional prognosis and related factors of spinal cord stimulation in patients with disorders of consciousness[J]. CNS Neurosci Ther， 2022，28（8）：1249-1258.

[22]YANG Y，HEQ，HE J. Short-term spinal cord stimulation in treating disorders of consciousness monitored by restingstate fMRI and qEEG： The first case report[J].Front Neurol，2022，13：968932.

[23]HUANG W， CHEN Q，LIU L， et al. Clinical effect of shortterm spinal cord stimulation in the treatment of patients with primary brainstem hemorrhage-induced disorders of consciousness[J]. Front Neurol， 2023，14：1124871. [收稿日期]2025-04-20