腦電圖在創(chuàng)傷性腦損傷的臨床應(yīng)用

王健 劉勁芳

創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury,TBI)在我國的發(fā)生率比世界上其他大多數(shù)國家高，這給個人、家庭和社會都帶來了巨大的負(fù)擔(dān)[1]。重型顱腦創(chuàng)傷病人的救治充滿著挑戰(zhàn)，其早期的評估和干預(yù)顯得尤為重要。腦電圖(electroencephalogram,EEG)檢查是神經(jīng)電生理檢查項(xiàng)目之一，其能直接敏感地反映腦功能的狀態(tài)，且可床旁實(shí)時監(jiān)測。EEG主要來自皮層3～5層大錐體細(xì)胞的突觸后電位，部分動作電位亦參與其中，記錄腦神經(jīng)細(xì)胞自發(fā)電活動。任何引起細(xì)胞代謝異常的因素均會導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞電活動改變，并且可以通過EEG反映出來。因而其在TBI病人的診治和預(yù)后評估中發(fā)揮著重要作用。此外，基于EEG量化分析技術(shù)，同樣在TBI后癲癇檢測、意識評估等發(fā)揮著重要作用。

一、腦電圖在顱腦創(chuàng)傷后癲癇的應(yīng)用

顱腦創(chuàng)傷后癲癇(post-traumatic epilepsy,PTE)是顱腦創(chuàng)傷后嚴(yán)重并發(fā)癥，可顯著惡化原發(fā)腦損傷造成的損害，嚴(yán)重影響病人的生存質(zhì)量[2]。創(chuàng)傷后癲癇發(fā)生率約為4%～53%[3]。顱腦創(chuàng)傷后意識喪失，異常的神經(jīng)影像學(xué)表現(xiàn)包括顱骨骨折、中線移位、腦挫傷、硬膜下出血、顱內(nèi)出血是癲癇發(fā)生的高危險因素[4]。癲癇不能僅僅通過病人臨床表現(xiàn)來診斷，并且非驚厥性癲癇沒有突出的軀體發(fā)作癥狀，這些均需持續(xù)腦電圖監(jiān)測來確診。歐洲危重病醫(yī)學(xué)會專家組建議，對于格拉斯哥昏迷量表(glasgow coma scale,GCS)≤8分的TBI病人通過EEG篩查非驚厥性癲癇(nonconvulsive seizures,NCSz)，特別是伴有大面積腦挫裂傷、顱內(nèi)血腫、顱骨骨折以及貫通傷的病人[5]。美國臨床神經(jīng)生理學(xué)會共識小組建議采用連續(xù)腦電圖用于診斷非驚厥性發(fā)作、非驚厥性癲癇持續(xù)狀態(tài)和其他發(fā)作事件，且證據(jù)支持使用視頻和定量EEG[6]。研究顯示，振幅整合腦電和腦電光譜陣列圖對于快速發(fā)現(xiàn)癲癇是一種非常有用的方法，具有較好的敏感性和特異性[7]。Siddiqui等[8]和Duncan等[9]相繼報道采用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)方法有助于提高癲癇的探測和分類。此外，抗癲癇治療過程中，腦電監(jiān)測至關(guān)重要。Fung等[10]報道，驚厥性癲癇持續(xù)狀態(tài)的患兒臨床發(fā)作控制后，仍約有42%患兒呈現(xiàn)腦電圖電發(fā)作。因此，腦電圖對于抗癲癇藥物滴定治療是一項(xiàng)有用的監(jiān)測。近年來，有學(xué)者試圖通過分析腦電特征來尋找PTE發(fā)生的腦電標(biāo)志物。研究顯示，TBI大鼠腦電圖出現(xiàn)病理性高頻振蕩，重復(fù)性高頻振蕩和頻率在10～16 Hz陣發(fā)性節(jié)律性波，睡眠紡錘時間的減少可能反映PTE發(fā)生過程的不同階段，是PTE發(fā)生可能的標(biāo)志物[11]。這些發(fā)現(xiàn)在人類身上尚需要進(jìn)一步研究。

二、腦電圖在顱腦創(chuàng)傷后意識障礙的應(yīng)用

隨著重型顱腦創(chuàng)傷救治水平的提高，病人的死亡率明顯下降。然而，隨著病程的遷延，部分存活的病人陷入不同程度的意識障礙，包括昏迷、植物狀態(tài)、最小意識狀態(tài)。有些病人甚至長期處于這些狀態(tài)之中。腦電圖在腦損傷后昏迷病人預(yù)后評估中具有不可替代的作用。當(dāng)EEG分級越高或出現(xiàn)惡性腦電圖模式(α/θ昏迷、彌漫性小波幅無規(guī)律性的δ活動、低電壓、等電位、腦電反應(yīng)性消失)預(yù)示病人預(yù)后不良[12]。而EEG背景活動更接近于α頻率，EEG熵指數(shù)越高，存在睡眠紡錘波和腦電反應(yīng)性提示病人預(yù)后較好[13]。美國及歐洲專家共識均推薦采用腦電方法來評估病人意識[14-15]。此外，腦電圖量化參數(shù)有助于預(yù)測TBI病人預(yù)后。研究顯示，α功率、相對快θ功率變異為TBI病人預(yù)后提供重要參考價值，其預(yù)測重型腦損傷病人預(yù)后曲線下面積均超過0.8[16]。Haveman等[17]研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合量化腦電特征能較好地預(yù)測中-重度腦損傷病人預(yù)后，其模型在訓(xùn)練集預(yù)測病人預(yù)后不良曲線下面積達(dá)0.94。近些年來，隨著腦網(wǎng)絡(luò)，大數(shù)據(jù)，人工智能興起，高密度腦電圖和機(jī)器學(xué)習(xí)對于意識障礙病人的評估可能扮演著重要的角色。Chennu等[18]報道，慢性意識障礙病人與健康對照組相比，α頻段額-頂部長程連接模式減弱，而δ和θ頻段的連接更強(qiáng)、更廣泛。與微意識狀態(tài)(minimally conscious state,MCS)病人相比，無反應(yīng)覺醒綜合征(unresponsive wakefulness syndrome,UWS)病人大腦半球間額頂連通性下降，且邊緣和顳頂枕區(qū)域功能拓?fù)浒l(fā)生改變[19]。此外，將機(jī)器學(xué)習(xí)或類似算法應(yīng)用于腦電圖能夠檢測到部分意識障礙病人對動作指令存在腦激活，即存在認(rèn)知-運(yùn)動分離，這種對指令有EEG響應(yīng)的病人比沒有這種模式的意識障礙病人更容易恢復(fù)。這可以幫助區(qū)分不同病人的意識狀態(tài)[20-22]。

三、腦電圖在顱內(nèi)壓評估和腦缺血檢測中的應(yīng)用

正常生理情況下，腦血流量與腦灌注壓成正比，與腦血管阻力成反比。當(dāng)顱內(nèi)壓升高時，會引起腦水腫加重和腦灌注壓下降，最終導(dǎo)致腦缺血。腦電圖對局部缺血缺氧非常敏感，能較好地反映腦損傷后腦血流量(cerebral blood flow,CBF)的變化。當(dāng)CBF降低至25～35 ml/100 g/min,EEG快波頻率逐漸消失，當(dāng)CBF降低至17～18 ml/100 g/min,EEG波幅明顯下降，慢波逐漸增加。這代表重要的缺血臨界值，此時神經(jīng)元開始失去跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的梯度，導(dǎo)致細(xì)胞壞死。當(dāng)CBF持續(xù)降低至梗塞臨界值(≤10～12 ml/100 g/min)，EEG變?yōu)榈推?，?xì)胞損傷變?yōu)椴豢赡鎇23]。研究顯示，在蛛網(wǎng)膜下腔出血的病人，定量腦電圖α/δ功率比值、相對α變異度下降提示出現(xiàn)遲發(fā)性血管痙攣，并且比臨床CT診斷遲發(fā)性腦缺血更早[24- 25]。這可輔助臨床醫(yī)師盡早發(fā)現(xiàn)腦缺血，為防止永久性神經(jīng)損傷擴(kuò)大機(jī)會窗。另外，研究發(fā)現(xiàn)，EEG和顱內(nèi)壓二者之間存在密切關(guān)系，未來可能開發(fā)一種基于EEG非侵入性方式測量顱內(nèi)壓的醫(yī)療設(shè)備[26-27]。

四、腦電圖在顱腦創(chuàng)傷病人鎮(zhèn)靜深度監(jiān)測的應(yīng)用

鎮(zhèn)痛鎮(zhèn)靜是神經(jīng)重癥病人治療的重要組成部分，其目的和意義在于減輕病人的疼痛，消除病人焦慮和躁動，減少交感神經(jīng)過度興奮，降低氧代謝，改善腦組織對缺血的耐受性。另外，鎮(zhèn)靜治療也是顱內(nèi)高壓的治療、目標(biāo)溫度的管理和癲癇發(fā)作控制的重要治療手段[28]。然而，過度鎮(zhèn)靜會導(dǎo)致延遲蘇醒，低血壓，肌肉萎縮，機(jī)械通氣時間延長，增加感染、褥瘡、血栓的風(fēng)險，增加住院時間和醫(yī)療費(fèi)用等問題。因此，重癥病人應(yīng)當(dāng)使用有效和可靠的評估工具常規(guī)監(jiān)測鎮(zhèn)靜深度，基于病人為中心的目標(biāo)導(dǎo)向的滴定式的鎮(zhèn)靜[29-30]。目前的鎮(zhèn)靜藥物多作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，通過多個環(huán)節(jié)對腦電圖產(chǎn)生影響，EEG信號會隨著鎮(zhèn)靜劑量的變化而變化。 腦電雙頻譜指數(shù)(bispectral index,BIS)是監(jiān)測病人鎮(zhèn)靜水平的常用方式，已廣泛應(yīng)用于麻醉深度的監(jiān)測。對于重型顱腦損傷的病人，BIS可以為藥物滴定式控制癲癇持續(xù)狀態(tài)和顱高壓的控制提供參考。研究顯示，BIS值對于維持穩(wěn)定的鎮(zhèn)靜狀態(tài)比較可靠，較深的鎮(zhèn)靜水平(BIS值為40～50)能使顱內(nèi)壓下降得更快[31]。Musialowicz 等[32]報道，采用連續(xù)腦電圖和BIS監(jiān)測難治性癲癇持續(xù)狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)BIS值為30時腦電圖診斷為爆發(fā)抑制的敏感性為99%，特異性為98%,BIS與EEG顯著正相關(guān)。頻譜熵是一種基于頻域分析的計算方法，是將原始腦電圖經(jīng)過傅立葉變換得到的功率譜。研究顯示,頻譜熵可用于指導(dǎo)丙泊酚的鎮(zhèn)靜治療，隨著鎮(zhèn)靜深度的增加，頻譜熵值下降[33]。Li等[34]報道，腦電微狀態(tài)光譜分析能較好地反映丙泊酚誘導(dǎo)的鎮(zhèn)靜過程中腦部狀態(tài)的變化，有望作為一種標(biāo)志物。有學(xué)者報道各腦區(qū)δ頻段的腦電功率可以反映腦損傷病人術(shù)后鎮(zhèn)靜深度的變化，其中雙側(cè)額部δ頻段腦電功率值對臨床鎮(zhèn)靜用藥指導(dǎo)意義更大[35]。然而，現(xiàn)有的腦電設(shè)備監(jiān)測鎮(zhèn)靜水平的準(zhǔn)確性存在爭議，在TBI病人應(yīng)用價值有限。未來，采用去除偽跡連續(xù)EEG信號的采集，腦電網(wǎng)絡(luò)分析，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可能有助于我們找到精準(zhǔn)鎮(zhèn)靜的標(biāo)準(zhǔn)[36]。

五、思考與展望

腦電圖檢查是神經(jīng)醫(yī)學(xué)非常重要的檢查之一，是一項(xiàng)易獲得且客觀的檢查。它能直接、敏感地反映腦功能狀態(tài)，其在癲癇的探測、腦缺血的檢測、預(yù)后的評估、顱內(nèi)壓的判斷、鎮(zhèn)靜深度的評估中均發(fā)揮著重要作用。此外，腦電圖還可以用于評估TBI病人認(rèn)知功能。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷過TBI的兒童在認(rèn)知方面低于同齡兒童，EEG與認(rèn)知表現(xiàn)之間似乎存在某種潛在關(guān)系[37]。Shah等[38]報道EEG上后頭部表現(xiàn)為高的δ/α波段功率比值(delta-to-alpha frequency band power ratio,DAR)與創(chuàng)傷后精神錯亂(post-traumatic confusional state,PTCS)嚴(yán)重程度顯著相關(guān)，可能是PTCS標(biāo)志物。目前腦電圖正朝著醫(yī)工結(jié)合方向發(fā)展，腦機(jī)接口作為當(dāng)前神經(jīng)工程領(lǐng)域中最活躍的研究方向之一。研究顯示，采用腦電信號可以很好地控制機(jī)械手臂，有望恢復(fù)重度癱瘓病人的獨(dú)立性和自主性[39]。其通過提取人腦自發(fā)腦電信號特征進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為具體的控制命令，并根據(jù)使用者的意圖執(zhí)行。在生物醫(yī)學(xué)、神經(jīng)康復(fù)、智能機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。