近红外光对重型颅脑损伤患者无创脑监测的临床意义

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摘   要：目的  探討近红外光谱技术（NIRS）在重型颅脑损伤患者治疗过程中实时无创脑监测的可行性。方法  采用回顾性病例研究分析2017年12月～2018年6月我院神经外科收治的25例重型颅脑损伤患者临床资料，使用强生codman颅内压监护仪及美国ISS公司的NIR Tissure Oximeter系统近红外光谱分析仪持续监测术后7 d相关指标（约化散射系数、颅内压、脑灌注压、平均动脉压），分析各指标间的相关性;按照患者预后GOS评分分为五组：第1组（1分，4例）;第2组（2分，9例）;第3组（3分，4例）;第4组（4分，4例）;第5组（5分，4例），分别比较各组术后第1～7天的μ"s。结果  μ"s与ICP呈显著负相关（r=-0.973，P<0.05），μ"s与CPP呈显著正相关（r=0.675，P<0.05）;μ"s与MAP无明显相关性（r=0.214，P>0.05）;不同预后患者，其约化散射系数测量值差异具有统计学意义（P<0.05）;从数值上分析，预后较好组，其约化散射系数相对较大;患者术后时间效应分析，对不同组别进行两两比较分析，约化散射系数测量值差异具有统计学意义（P<0.05）;随着术后时间的推移，约化散射系数呈上升趋势;时间与组别交互作用，差异无统计学意义（P>0.05）。结论  近红外光谱技术在无创脑监测领域有着重要的价值，与有创颅内压监测结果具有良好的一致性，为评估患者预后提供可靠的依据。

关键词：近红外光谱技术;约化散射系数μ"s; 脑灌注;颅内压;平均动脉压;

中图分类号：R651.1+5                                文献标识码：A                              DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.24.016

文章编号：1006-1959（2018）24-0063-04

Abstract：Objective  To explore the feasibility of near-infrared spectroscopy （NIRS） for real-time non-invasive brain monitoring in patients with severe craniocerebral injury. Methods  A retrospective case study was conducted to analyze the clinical data of 25 patients with severe craniocerebral injury admitted to our hospital from December 2017 to June 2018. The Johnson & Johnson codman intracranial pressure monitor and the NIR Tissure Oximeter system of ISS USA were used. Near-infrared spectroscopy analyzer continuously monitored the relevant indicators （reduced scattering coefficient， intracranial pressure， cerebral perfusion pressure， mean arterial pressure） at 7 d postoperatively， and analyzed the correlation among the indicators. According to the prognosis GOS score， the patients were divided into five groups： Group 1 （1 point， 4 cases）; Group 2 （2 points， 9 cases）; Group 3 （3 points， 4 cases）; Group 4 （4 points， 4 cases）; Group 5 （5 points） ， 4 cases）， respectively， compared the μ"s from the 1st to the 7th day after surgery. Results  μ"s was significantly negatively correlated with ICP （r=-0.973， P<0.05）. There was a significant positive correlation between μ"s and CPP （r=0.675， P<0.05）. There was no significant correlation between μ"s  and MAP （r=0.214， P>0.05）; the difference of the measured scattering coefficient of the patients with different prognosis was statistically significant （P<0.05）; from the numerical analysis， the prognosis group was relatively large， and the reduced scattering coefficient was relatively large; The postoperative time effect analysis of the patients was carried out by comparing the two groups. The difference of the measured values of the reduced scattering coefficient was statistically significant （P<0.05）. With the postoperative time， the reduced scattering coefficient showed an upward trend. Time and group interaction， the difference was not statistically significant （P>0.05）. Conclusion  Near-infrared spectroscopy has important value in the field of non-invasive brain monitoring. It has good consistency with the results of invasive intracranial pressure monitoring， and provides a reliable basis for evaluating the prognosis of patients.

Key words：Near-infrared spectroscopy;Reduced scattering coefficient μ"s;Cerebral perfusion;Intracranial pressure;Mean arterial pressure

颅脑创伤（craniocerebral injury）是神经外科常见疾病，近年来其发病率不断上升，具有病情变化迅速、致残率高、病死率高等特点。患者预后不但与原发性颅脑损伤相关，而且很大程度上取决于它的继发性损伤，特别是继发性脑组织缺血缺氧，因此早期实时脑监测对于重型颅脑损伤患者尤为重要[1]。目前有创颅内压检测技术创伤较大、材料成本高，而无创颅内压监测技术具有不够精准的缺点，寻求一种无创、实时、精确、易于操作的脑监测技术成为了神经外科发展的方向之一[2]。近红外光谱（near infrared spectroscopy，NIRS）技术相关研究为南京航空航天大学自动化学院（钱志余教授等）的国家自然科研基金项目（编号：61275199，61378093），我们为该项目的协作单位之一，积极取得了科研交流合作。本研究以我院收治的25例重度颅脑损伤患者作为研究对象，选择近红外光谱分析仪的约化散射系数μ"s为监测指标，寻找近红外光谱无创脑监测与有创颅内压监测指标相关关系，从而进一步探究NIRS在无创脑监测领域的应用价值。

1资料与方法

1.1一般资料  选取2017年12月～2018年6月于安徽医科大学附属安庆医院神经外科收治的重型颅脑损伤患者25例，本研究经医院伦理委员会审核批准。纳入标准：①因重型颅脑损伤入院，外伤病史明确，GCS评分3～8分;②手术指征明确，入院后行开颅手术治疗，术中标准化置入有创颅内压探头;③患者家属知情同意并签署知情同意书。排除标准：①额叶损伤、额骨骨折及额部皮肤损伤;②对近红外光发射器接触过敏;③合并有全身多功能脏器功能衰竭[3]。其中男性15例，女性10例，年龄 30～72岁，平均年龄（47.4±19.75）岁。致伤原因：交通伤15例，高处坠落伤5例，跌倒伤3例，重物砸伤2例;其中颞叶伤11例，顶叶伤3例，枕叶3例，颅内多发伤8例。入院后均急诊行开颅手术，术后同时使用强生codman颅内压监护仪（82-6635， codman&shurtleff，Inc，USA）及美国ISS公司的NIR Tissure Oximeter系统近红外光谱分析仪（96208，Internet Security Systems，USA）持续监测术后7 d相关指标。

1.2方法  患者入院后均常规行颅内血肿清除+颅内压探头置入术，视术中情况选择性去骨瓣减压，术后连接顱内压监护仪，连续观察与记录颅内压（intracranial pressure，ICP），监测时间每半小时记录1次，并推导出即时脑灌注压 （cerebral perfusion pressure，CPP）、平均动脉压 （mean arterial pressure，MAP）;同时于床旁使用 OXImeter近红外光学参数分析仪（波长834 nm）进行持续采集相关数据，为保证数据实时性、减小误差，μ"s值采用每半小时的平均值，与其他临床参考数据保持一致;具体操作方法：暴露患者额部，用酒精擦拭额部皮肤以保持局部清洁，固定光谱分析仪发射器、接收器，保证局部不漏光，同时利用心电监护仪记录即时血压、脉氧饱和等;按照患者预后GOS评分分为五组：第1组（1分，4例）;第2组（2分，9例）;第3组（3分，4例）;第4组（4分，4例）;第5组（5分，4例），分别比较各组术后第1天至第7天的μ"s。

1.3统计学分析  采用SPSS 19.0统计学软件进行数据处理分析，计数资料以（x±s）表示，采用方差分析，比较利用LSD-t检验，各指标间的相关关系以Pearson 相关检验分析，绘制散点图及单因素线性回归分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1患者约化散射系数μ"s 、ICP、CPP、MAP的相关性分析  将25例重型颅脑损伤患者术后7 d数据资料取均值，绘制散点图，不同类型数据寻找相关关系，利用Pearson 相关检验分析，并进一步建立线性回归方程，约化散射系数（μ"s）与颅内压（ICP）呈显著负相关（r=-0.973，P<0.05），μ"s与脑灌注压（CPP）呈显著正相关（r=0.675，P<0.05），μ"s与MAP无明显相关性（r=0.214，P>0.05），见表1～2，图1～3。

2.1.1约化散射系数μ"s与ICP关系分析  约化散射系数μ"s与ICP关系具有良好的线性关系，并获得回归方程：y=-0.151x+11.061（F=412.247，P<0.05），见图1。

2.1.2约化散射系数μ"s与CPP关系分析  散点图及线性回归分析，结果如下：y=-0.065x+3.477（F= 19.205;P<0.05），见图2。

2.1.3 约化散射系数μ"s与MAP间关系分析  约化散射系数μ"s与MAP间关系散点图，结果显示二者无明显线性关系，均值差异无统计学意义（P>0.05），见图3。

2.2不同预后组患者约化散射系数μ"s变化趋势分析  按照GOS分组，不同预后患者，其约化散射系数测量值比较，差异具有统计学意义（P<0.05）;预后较好组，其约化散射系数相对较大;患者术后时间效应分析，对不同组别进行两两比较分析，约化散射系数测量值差异具有统计学意义（P<0.05）;随着术后时间的推移，约化散射系数呈上升趋势;时间与组别交互作用，差异无统计学意义（P>0.05），见表3。

3讨论

重型颅脑损伤是神经外科的常见危重病，其病情变化往往是迅速的，而且颅内压的变化是优先于生命体征的变化[4];因此早期、实时脑监测一直是神经外科的研究重点，在治疗过程中占据重要地位[5]。有创颅内压监测的种种不足，加上其价格及医疗成本较高，使其临床应用大受限制[6];NIRS因其实时、方便、成本低等优点一直吸引着诸多学者潜心研究，在近二十多年中不断的发展和探究，实现了对组织的精确测量。近红外光是介于可见光（visible spectroscopy，VIS）和中红外光（mid infrared spectroscopy，MIR）之间的电磁辐射波，波长在650 ～1000 nm，能穿透头皮、颅骨、及脑实质等生物体，此波段的近红外光在人体组织中穿透的深度可以达到厘米级，其原理利是利用近红外光传播到生物组织，经多次弹性散射和吸收，最后反射至接收器上，通过计算机的数据处理分析，从而得到生物组织结构和成份信息（如约化散射系数μ"s、局部氧饱和度等）[7-11]。

近年来， 随着越来越多的国内外学者关注NIRS，极大地推动了NIRS的发展。而国内具有代表性的南京航空航天大学自动化学院在大量的动物实验模型研究基础上，建立了μ"s与颅内压等参数的数学模型;功能性近红外光谱成像技术的研究概况在相關领域中的应用也是脱颖而出[12，13];本研究以我院收治的25例重型颅脑损伤患者临床资料为研究对象，将临床医学、光学、工程学等多学科应用相结合，探讨近红外光谱技术对重度颅脑损伤进行无创实时脑监测的可行性。脑灌注是影响组织代谢、血流参数重要因素之一，而脑灌注又因颅内压、灌注压等因素的变化而变化，对于重型颅脑损伤患者，伤后细胞的坏死、水肿最终都会影响颅内压[14];而另一方面，当颅内压、脑灌注量发生变化时，局部μ"s也会因局部脑组织水肿程度的不同而变化[9，15]，已有研究表明，局部氧饱和与颅内压存在着一定的相关性[3];而对于约化散射系数μ"s是否同样存在联系，作为临床判断患者病情变化的指标。本研究选择约化散射系数μ"s为资料参数，应用统计学资料分析，验证了μ"s与ICP、CPP关系，结果显示约化散射系数（μ"s）与ICP呈显著负相关，μ"s与CPP呈显著正相关，μ"s与MAP间无明显相关性，近红外光谱参数与有创颅内压参数间具有良好的一致性;同时本文还分析了μ"s患者预后GOS关系，患者预后程度越好，其监测约化散射系数μ"s均值约高，近红外光谱技术在评估患者预后过程中，同样存在着价值，近红外光既为无创脑监测技术提供了新的手段，也为临床工作节约了医疗成本。

近红外光谱仪获得的为光学原始数据，需要进一步处理才能得到μ"s、局部氧饱和度等临床参考数据，考虑试验过程中，患者可能出现颅内压波动明显（如翻身、咳嗽等情况）为避免影响实验结果，予以剔除部分离散统计数据，因此，该方法监测尚存在部分局限性：①该方法系非直接测量值，是在脑组织代谢、血流参数的基础上推导而来，易受脑灌注压等多种颅内外因素影响;②临床诊疗过程中，如吸痰、咳嗽、翻身等情况时，光学参数的不稳定，易导致重复测量时产生误差;③因时间限制等原因，样本量不够充足等。

综上所述，随着科技不断创新，近现代生物工程医学的飞跃发展，使得无创颅内压监测开始崭露头角，而近红外光谱技术在无创脑监测领域占领着绝对优势，给临床提供重要的参考依据，必将成为临床医学探究的热点，极具有研究价值。

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收稿日期：2018-9-25;修回日期：2018-10-15

编辑/肖婷婷