圍術期成人腦血流監(jiān)測方法的研究進展

周學華 李玉鳳 沈 霞

（復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院麻醉科 上海 200031）

正常情況下，大腦存在自動調(diào)節(jié)（cerebral autoregulation，CA），即腦血管能夠在全身血壓變化（70～170 mm H2O）時通過自身舒縮來維持腦血流量相對恒定，也稱為腦循環(huán)儲備能力，其調(diào)節(jié)機制不明［1］。在某些情況下如顱腦外傷、腦卒中、麻醉、高碳酸血癥時，患者的CA 功能受損。CA 功能可通過腦血流監(jiān)測來體現(xiàn)，包括顱內(nèi)局部血流量、血流速、灌注壓和血氧飽和度等［2］。

既往圍術期進行腦血流監(jiān)測主要用于心血管以及腦創(chuàng)傷等重大手術。隨著社會老齡化，越來越多合并心腦血管疾病的老年患者需要接受麻醉手術治療，為預防此類患者術后中樞神經(jīng)合并癥的發(fā)生，有必要進行術中腦血流監(jiān)測［2］。目前國內(nèi)外相繼報道了很多關于腦血流監(jiān)測方法的研究進展，但少有對這些監(jiān)測手段應用于圍術期管理的系統(tǒng)敘述。因此本文將按照這些監(jiān)測方法是否能夠測得腦血流量，從直接、間接兩方面，結(jié)合相應技術的出現(xiàn)時間，對目前臨床常用以及最新研究的監(jiān)測方法進行綜述，以期為麻醉醫(yī)師在圍術期監(jiān)測腦血流灌注提供參考。

直接測量

計算機斷層掃描（CT） 氙氣計算機斷層掃描（Xe-CT）：在20 世紀70 年代增強型氙氣CT 應用于臨床。氙氣（Xe）作為一種惰性氣體，能自由通過血腦屏障［3］。利用Xe-133清除方法測量組織血流量具有較高的準確性，氙氣被患者吸收入血進顱后，在CT 上表現(xiàn)為高密度影，通過比較CT 值的變化來反映腦灌注。Xe-CT 能夠短時間內(nèi)重復、定量測量局部腦血流量及評估腦血管儲備功能，且空間分辨率高，可在大腦更深區(qū)域發(fā)揮作用，為術前診斷腦缺血性相關疾病，以及預后康復提供指導［4］。Xe-CT近年來在研究肺部疾病（包括慢性阻塞性肺部疾病、哮喘、肺纖維化等）及評估肺功能方面也有較大的應用價值［5］。Xe-CT 的缺點主要為不可避免的射線輻射，具有一定的麻醉作用［6］。對于合并血腦屏障損害的患者，Xe-CT 所計算的腦血流量并不準確。

CT 灌注成像（CTP）：灌注計算機斷層掃描技術最早在20 世紀80 年代提出，它通過生成腦血流量（cerebral blood flow，CBF）、腦血容量（cerebral blood volume，CBV）和平均通過時間（mean transit time，MTT）圖，快速定性和定量評估腦灌注［7-8］。CTP 在急診評估急性缺血性腦卒中方面具有優(yōu)勢，可用于術前診斷、介入手術術中及術后腦血流灌注情況的評估。 腦高灌注綜合征（cerebral hyperperfusion syndrome，CHS）是在頸動脈內(nèi)膜切除術（carotid endarterectomy，CEA）、頸動脈血管成形術和支架置入術中觀察到的罕見綜合征。CEA后公認的發(fā)病率為0.3%～1.2%，通常與出血并發(fā)癥相關［9-10］。CTP 在頸動脈血管重建后可預測腦高灌注綜合征的發(fā)生方面具有優(yōu)勢［11］。另有研究證明CTP 能相對敏感及特異地區(qū)分局灶性癲癇持續(xù)狀態(tài)的患者，在某種條件下，該技術可以提示癲癇持續(xù)狀態(tài)的診斷［12］。CTP 不能避免輻射暴露。在血腦屏障損傷時，其所測數(shù)據(jù)可能并不能準確反映腦灌注。在預測急性卒中患者缺血范圍時，有研究［13］提出應擴大關注缺血周圍組織的灌注情況，來更準確地評估低灌注區(qū)域的預后情況。

正電子發(fā)射斷層掃描（PET） 早在20 世紀70年代中期，正電子發(fā)射斷層掃描（positron emission tomography，PET）技術即運用于人類。15O-H2O 是PET 測量時常用的一種示蹤劑，能自由擴散且不被機體代謝。15O-H2O 在組織中的濃度與CBF 呈線性關系，可在進入患者腦組織后幾分鐘內(nèi)達到平衡，分析相關PET 信號可評價腦灌注。無創(chuàng)測量CBF的金標準是15O 標記水的PET［14］。此外，使用不同的示蹤劑可發(fā)揮不同功能，采用18F-氟脫氧葡萄糖不僅可以測量腦血流，也可反映代謝水平；利用帶有淀粉樣蛋白示蹤劑的PET，可能在阿爾茲海默病診斷方面提供幫助［15］。因此PET 不僅可以術前測量腦血流和反映預后，對癡呆、腫瘤、癲癇等腦疾病診斷均有重要價值［16］。PET 監(jiān)測腦血流準確性及空間分辨率較高，能定位反映腦代謝狀態(tài)。但是PET 價格較為昂貴且具有一定的放射性，在一定程度上限制了其使用。

單光子發(fā)射計算機斷層掃描（SPECT） 隨著單光子發(fā)射計算機斷層掃描（single photon emission computed tomography，SPECT）技術在20 世紀80 年代逐漸改進，該技術應用于腦灌注成像得以實現(xiàn)。SPECT 使用直接發(fā)射單個高能光子的示蹤劑［17］，經(jīng)過血腦屏障后，被腦組織攝取并且可以較長時間停留在腦細胞內(nèi)。這些顯像劑一般是一些脂溶性小分子化合物，包括99mTc-六甲基丙二胺肟（99mTcexamethylpropylene amine oxime，99mTc-HMPAO）、123I-安 非 他 命（123I-iodoamphetamine，123I-IMP）等。SPECT 可用于術前和術后腦功能狀態(tài)評估，對成年缺血性煙霧病患者使用乙酰唑胺來進行半定量腦血流監(jiān)測具有高敏感性［18］，在反映早期阿爾茲海默病時也具有參考價值［19］。SPECT 易于操作，可作為腫瘤以及腦血管疾病的術前診斷，其局限性包括輻射危害、侵入性、高成本等。此外，它們不適合孕婦、嚴重肝、腎功能不全的患者。

核磁共振成像 動態(tài)磁敏感對比增強成像（DSC）：磁共振灌注成像在20 世紀80 年代后期出現(xiàn)，動態(tài)磁敏感對比增強成像（dynamic susceptibility contrast，DSC）屬于其中的一種，又稱對比劑首過磁共振成像法，需使用外源性示蹤劑。通過靜脈快速注入順磁性對比劑，檢測受檢組織首次流入的對比劑帶來的信號變化，從而反映腦血流相關參數(shù)。該技術沒有輻射，常用于包括術前、術后評估腦血流狀態(tài)。DSC 成像依賴血腦屏障完整性，如果患者血腦屏障受損，測量結(jié)果會有誤差。缺點包括需要使用造影劑和高壓推注等［20］。

動脈自旋標記（ASL）：動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL）技術在20 世紀90 年代被提出，它使用動脈血的水氫離子作為內(nèi)源示蹤劑，被標記的動脈血在延遲一段時間后進入腦組織，隨后捕獲到相應信號來反映腦血流灌注圖像。動脈自旋標記磁共振（ASL-MRI）不依賴于血腦屏障，可以量化腦血流，還可作為診斷煙霧病的數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）補充，在術前評估患者的腦血流灌注情況，具有無輻射、無創(chuàng)、可重復測量的優(yōu)勢［21］。也有文獻［22］支持將ASL 用于測量衰老和神經(jīng)退行性疾病患者的腦血流。ASLMRI 技術受標記延遲時間和動脈傳輸時間影響，時間 分 辨 率 較 差［23］。目 前 三 維 偽 連 續(xù)ASL（3Dpseudo-continuous arterial spin labeling，3D-pCASL）在ASL 灌注成像方面取得了多項進展，具有較高的信噪比以及能夠獲得高質(zhì)量圖像。

超 極 化129Xe-MRI（HP129Xe-MRI）：1997 年，Muglerd 等［24］在 人 肺 部 實 現(xiàn)129Xe 超 極 化 磁 共 振 成像，后該技術快速得到研究。129Xe 作為一種惰性氣體，化學性質(zhì)穩(wěn)定且相對安全，經(jīng)超極化處理后能夠大幅度提升氣體極化度，增強磁化矢量。超極化129Xe-MRI（hyperpolarized 129Xe MRI，HP129Xe-MRI）技術借助一種高效率的惰性氣體極化裝置，借助復雜的技術來實現(xiàn)動態(tài)成像。129Xe 經(jīng)患者吸入后，從氣管逐層擴散直至充盈整個肺部［25］。HP129Xe-MRI 目前用于肺部形態(tài)及通氣功能的評估。有學者研究提出可以將該技術用于腦血流的測量，因129Xe 具有可溶于血液并可自由進入血腦屏障的特性［26］。Yurii 等［27］基于此技術開發(fā)了一種超極化129Xe 飛行時間灌注成像脈沖序列，并已在健康志愿者中測得腦血流動力學變化。該技術具有快速、無輻射、非侵入性等優(yōu)點，目前主要用于一些臨床試驗，尚未在臨床大范圍開展應用。

熱擴散探針（TDP） 早在20 世紀，有研究者就證明使用加熱熱電偶可以檢測到CBF 變化，2000 年商 用Hemedex-Bowman Perfusion Monitor 出 現(xiàn)，可以提供床旁連續(xù)、定量監(jiān)測腦灌注的設備［28］。熱擴散探針（thermal diffusion probe，TDP）可連續(xù)測量腦血流，該裝置由兩個小金屬板組成，它們是熱敏電阻，通過兩板之間的溫差計算CBF。當CBF 低于每分鐘15 mL/100 g 時，可能提示低灌注狀態(tài)。該技術可在重癥監(jiān)護病房對包括急診或重癥神經(jīng)外科手術后患者進行監(jiān)護，有利于早期床旁檢測處于繼發(fā)性損傷風險的缺血性腦組織。根據(jù)神經(jīng)重癥監(jiān)護多模式監(jiān)測（multimodality monitoring，MMM）國際多學科共識會議的共識指南，TDP 在動脈瘤破裂出血時腦血管痙攣的判斷具有參考意義［29］。在蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）患者血管痙攣以及對血管舒張劑的反應方面，TDP似乎比TCD 更有價值［30］。Carter 等［31］的研究證明了TDP 在SAH 患者中長期監(jiān)測的可行性。該方法屬于有創(chuàng)操作，對操作者有要求，且受各種疾病狀態(tài)和解剖缺陷的影響［32］。TDP 價格昂貴，可能合并出血等并發(fā)癥，因此其在臨床實踐中受限［33］。

激光散斑襯比成像（LSCI） 激光散斑襯比成像（laser speckle contrast imaging，LSCI）是近年來興起的一種無損傷快速腦血流成像技術，2001 年Dunn等［34］嘗試利用此技術監(jiān)測腦血流。其原理是將激光光束照于組織表面，根據(jù)隨之產(chǎn)生的散斑，經(jīng)計算機處理得到有關腦血流分布以及血管形態(tài)的變化。LSCI 在腦梗死等缺血性腦疾病方面的術前診斷，以及術中實時監(jiān)測方面具有一定的參考價值［35-36］。LSCI 具備非直接接觸、無需外源性染料標記、空間分辨率高、成像速度快等優(yōu)點。該分析方法可以用來精確監(jiān)測腦血管手術中目標血管的流速及局部血流量，但是對腦深部的流量監(jiān)測仍然存在局限性。目前關于LSCI 技術的臨床研究尚不多，未來需要更多的研究探索。

間接測量

顱內(nèi)壓（ICP） 關于顱內(nèi)壓（intracranial pressure，ICP）的監(jiān)測，最早可追溯到19 世紀末期，后在20 世紀 中 期，Lundberg 等［37］將 連 續(xù) 監(jiān) 測ICP 應 用 于 臨床。對于腦外傷以及腦腫瘤的患者，往往繼發(fā)顱高壓，臨床醫(yī)師需在降顱壓以及維持腦灌注之間平衡，因此ICP 監(jiān)測顯得尤為必要。ICP 升高定義為ICP＞20 mmHg，是繼發(fā)性腦損傷的重要原因，且與預后不良有關。監(jiān)測ICP 一般采用硬膜外、硬膜下、腦實質(zhì)及腦室植入顱內(nèi)壓探頭，以腦室內(nèi)側(cè)壓為金標準。此外TCD、床旁眼部超聲也能測得ICP［38］。ICP監(jiān)測可用于術前診斷、術中監(jiān)測以及術后病情評估，尤其適用于顱內(nèi)腫瘤占位以及重型顱腦損害合并顱高壓的患者。Czosnyka 等［39］提出可以對基于ICP、動脈血壓（arterial blood pressure，ABP）的自發(fā)慢波進行分析計算得出壓力反應指數(shù)（pressure response index，PRx），通過計算幾分鐘之內(nèi)的平均動脈血壓和顱內(nèi)壓之間的線性相關系數(shù)而得。PRx 反映了腦血流和腦自動調(diào)節(jié)能力的變化，可以用于反映腦損傷患者的血流和顱內(nèi)壓之間的聯(lián)系［40］。在該作者的研究數(shù)據(jù)中，PRx 與結(jié)局預測顯示出較好的相關性。鑒于PRx 和ICP 之間的關聯(lián)，未來可考慮將PRx 獨立于 腦 灌 注 壓（cerebral perfusion pressure，CPP）和ICP 進行監(jiān)測，以提供腦血管調(diào)節(jié)相關指導［41］。此項操作往往需要有經(jīng)驗的外科醫(yī)師，且容易引起感染、出血等并發(fā)癥。

頸靜脈球血氧飽和度（SjvO2） Myerson 等最在1927 年提出頸內(nèi)靜脈逆行置管采血用于研究腦代謝，后該技術逐漸得到發(fā)展。由于80%～90%的腦靜脈血將通過靜脈竇迅速流到頸內(nèi)靜脈球部，且?guī)缀鯖]有腦外靜脈血的混合，頸靜脈球血氧飽和度（jugular bulb oxygen saturation，SjvO2）可反映整個大腦中氧供需狀態(tài)［42］。SjvO2可由頸內(nèi)靜脈反向頭端置入特制光纖導管測得，可連續(xù)監(jiān)測。其正常值為54%～75%，若SjvO2低于正常值常提示氧供不足或是腦低灌注狀態(tài)［43］。目前SjvO2在圍術期主要用于術中麻醉持續(xù)監(jiān)測，來幫助麻醉醫(yī)師判斷腦灌注情況。在一項研究腦損傷后腦供需平衡的研究中，作者測量了頸靜脈球囊（jugular bulb，jv）與橈動脈血液之間的CO2（carbon dioxide，CO2）分壓差，即P（jv-a）CO2。研究表示，在急性腦外傷或自發(fā)性腦出血患者中，P（jv-a）CO2與CBF 之間呈負相關。連續(xù)P（jv-a）CO2分析與SjvO2結(jié)合以監(jiān)測CBF 的變化在神經(jīng)重癥監(jiān)護實踐中可能具有潛在作用，期待未來能運用于重癥監(jiān)護病房以及術中監(jiān)測［44］。該技術具有一定的局限性，在發(fā)生大面積腦梗死時可能無法正確反映腦代謝狀態(tài)；在急診醫(yī)療中不夠敏感［44］；在輕度至中度的血液稀釋期間其數(shù)值可能不太準確。作為一項有創(chuàng)操作，導管末端放置位置以及抽血速度都會影響測量值的準確性，因而對操作人員有技術要求。另外SjvO2顯示出異常需要至少13%的大腦體積缺血，造成局部缺血事件可能被SjvO2的整體數(shù)據(jù)掩蓋。

近紅外光譜（NIRS） 第一批使用近紅外光譜（near infrared spectroscopy，NIRS）進行人腦組織血氧飽和度（cerebral tissue oxygen saturation，SctO2）監(jiān)測的報道始于20 世紀80 年代，迄今已開發(fā)出NIRS 腦 氧 測 定 儀 上 市 銷 售［45］。通 常SctO2可 反 映腦灌注狀態(tài)［46］。正常SctO2絕對值范圍在58%～82%，過高或過低都應被關注，尤其是其相對值的變化［47］。NIRS 可連續(xù)、無創(chuàng)測量SctO2來評估淺表腦組織氧耗和氧供之間的平衡情況。NIRS 在術前風險評估、術中尤其是在神經(jīng)、心臟、特殊體位等一些高風險手術的圍術期發(fā)揮干預指導作用［48-49］。與TCD 不同，NIRS 需要最少的操作員干預，提供連續(xù)的輸出，并且不會受到運動偽影的影響［50］。有文獻報道稱可以利用NIRS 評價腦自動調(diào)節(jié)功能［51］。NIRS 的新應用是擴散相關光譜法，這也是一種近紅外擴散光學技術，以無創(chuàng)、連續(xù)的方式測量血流指數(shù)，通過量化激光散斑統(tǒng)計數(shù)據(jù)來觀察微血管CBF［52］。超 聲 標 記 的NIRS 是 一 種 結(jié) 合 了 超 聲 和NIRS 技術的新方法，操作簡單且可以持續(xù)監(jiān)測腦血流［53］。NIRS 具有一些局限性，包括腦外組織的干擾、近期接受開顱手術、大腦深部無法測量、血液稀釋等。臨床醫(yī)師在使用NIRS 監(jiān)測腦氧飽和度時需要客觀思考這些局限性［54］。

經(jīng)顱多譜勒（TCD） 經(jīng)顱多譜勒（transcranial doppler，TCD）最早在20 世紀80 年代中期被應用于臨床，該技術通過多普勒探頭，使用低頻超聲波通過相對較薄的骨窗，使基底部大腦動脈發(fā)出的聲波從移動的紅細胞中反射出來，然后由換能器檢測到［55］。事實上TCD 本身僅測量血流速度，而不能直接測量腦血流量。TCD 是一種廉價、無創(chuàng)、便攜的測量大腦動脈內(nèi)血流的方法，時間分辨率高，可在重癥監(jiān)護室或者術前、術中連續(xù)監(jiān)測評估腦血流自動調(diào)節(jié)功能，尤其是在神經(jīng)外科手術中具有參考價值［56］。TCD 可用于動脈瘤支架手術患者術后的隨訪觀察，避免了輻射、有創(chuàng)操作、造影劑過敏以及血栓栓塞的風險［57］。TCD 可以判斷大腦自動調(diào)節(jié)功能是否完整，在一些新的研究中，有研究者［58］提出還可將TCD 用于腦干死亡預測。在顱腦損傷患者重癥監(jiān)護中，它還提供顱內(nèi)壓的非侵入性估計，可用于調(diào)整機械通氣和調(diào)節(jié)腦灌注壓力［44］。在心臟手術中，TCD 也表現(xiàn)出了無創(chuàng)、操作簡單的優(yōu)勢［59］。經(jīng)顱彩色多普勒超聲（transcranial color doppler ultrasound，TCCD）在TCD 基礎上增加了二維灰階實時顯像以及彩色編碼雙功能超聲成像，其功能更強大。

TCD 的臨床應用受到患者活動、電刀干擾、測量人員操作水平等影響。TCD 測量需要有足夠的經(jīng)顱窗，并且顱骨厚度隨年齡、性別和種族的不同而變化。在患者之間比較由TCD 檢測到的CBF 速度的大小關系可能會出現(xiàn)問題。此外，TCD 監(jiān)測集中在主要的大腦動脈，但是微循環(huán)血流特征可能與大動脈并不相同。

神經(jīng)電生理監(jiān)測 關于神經(jīng)電生理起源已久，在最近十幾年得到快速發(fā)展，其臨床應用包括肌電圖、誘發(fā)電位、腦電圖等等。 腦電圖（electroencephalogram，EEG）是將大腦神經(jīng)元細胞的生物電活動通過腦電描記器進行記錄和描記。曾經(jīng)連續(xù)的原始多通道EEG 評估的皮層活動是監(jiān)測腦灌注的“金標準”。當顱內(nèi)血流量低于一定正常值時，EEG 可記錄到相應的改變。EEG 輔助一些腦梗死及腦血管痙攣等疾病的術前診斷，術中實時監(jiān)測可以完善術中管理，對術后病情程度判斷以及預后也有參考價值。但是典型的EEG 變化僅限于腦 血 流 量 降 至50 mL·100 g-1·min-1時 才 表 現(xiàn) 明顯［60］。有學者利用連續(xù)EEG 來檢測兩例重型顱腦損傷患者，連續(xù)腦電圖監(jiān)測的一些參數(shù)改變先于床旁常規(guī)神經(jīng)病學改變長達1 h。這種較早的識別有利于進行早期干預［61］?；贓EG 基礎上研發(fā)的BIS、Narcotrend 開始為臨床麻醉深度提供參考，有文獻報道一例心臟瓣膜修復術中血壓短暫下降時Narcotrend 設備監(jiān)測腦電活動下降，進行升壓處理后腦電活動恢復至原來水平［62］。但EEG 是一種侵入性操作，且易受干擾。

結(jié)語臨床上關于腦血流監(jiān)測有很多方法（表1），這些監(jiān)測方法原理不同，也各有優(yōu)缺點。理想的腦血流的監(jiān)測設備應當具有簡便操作、實時連續(xù)、精準、直觀、無創(chuàng)、空間分辨率高、較高的敏感性和特異性等優(yōu)點?，F(xiàn)有的腦血流監(jiān)測方法基于不同原理和不同適用范圍，尚沒有一種方法能夠完全符合這些標準。因此在圍術期，麻醉醫(yī)師應根據(jù)患者不同情況，個性化選用監(jiān)測手段，包括TCD、NIRS、術中磁共振、術中DSA、術中電生理的搭配應用等。麻醉醫(yī)師可將腦灌注壓作為最佳的量化指標，防止患者術中腦缺血發(fā)生，尤其對于已有顱腦損傷的患者應防止因腦灌注不足導致的繼發(fā)損傷。大數(shù)據(jù)時代下，未來可考慮將腦血流監(jiān)測的研發(fā)與人工智能相結(jié)合，不斷開發(fā)數(shù)字化、智能化的監(jiān)測設備來優(yōu)化術中管理，減少神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥和促進患者預后。

表1 常用腦血流及腦代謝監(jiān)測方法Tab 1 The common monitoring methods of cerebral blood flow and cerebral metabolism

作者貢獻聲明周學華，李玉鳳 論文構思和撰寫，文獻查閱，制表。沈霞 論文設計、修訂和審校。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。