近红外光对重型颅脑损伤患者无创监测的临床意义

黄纯，周和平，陈新生，王绍波，钱志余

（安徽医科大学附属安庆医院神经外科，安徽安庆  246000）

文章已被脑与神经疾病杂志社录用，脑与神经疾病杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/naoyushenjingjibing

摘要: 目的  探讨近红外光谱技术(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选择2017年12月至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，其中男性15 例，女性10例，      年龄 30～72岁[(47.4±19.75)岁]，均用强生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日相关指标，分析各指标间的相关性，探讨NIRS在无创脑监测领域应用价值。  结果  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与平均动脉压（MAP）间无明显相关性，差异无统计学意义。   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，值得在临床推广应用。

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；

基金项目：安徽医科大学自然科学基金（2017xkj065）； 国家自然科学基金（61275199, 61378093）。

The Clinical Significance of noninvasive monitoring in the treatment of severe brain injury by near infrared spectroscopy

Huang chun，Zhou Heping，Chen Xinsheng，Wang Shaobo，Qian zhiyu

Abstract：Objective  To invest the feasibility of noninvasive monitoring in the treatment of severe brain injury by near infrared spectroscopy(NIRS).  Methods   A retrospective case-series study was made on 25 patients clinically diagnosed as severe brain injury in the one Third-grade class-A hospital from December 2017 to June 2018. There were 15 male and 10 Female, age[47.4±19.75 years(range 30-72 year)], All patients were recorded information within seven days after the operation constantly by invasive Intracranial pressure monitor(condom) and INRS. Analyze correlation of these date, And invest the application Value of INRS in the files of noninvasive monitoring.   Results  There is a closed negative correlation between μ'_s and ICP , a positive correlation between μ'_s and CPP, No correlation has been found between μ'_s and MAP.   Conclusion NIRS Is great significant for the treatment and prognosis of patients with severe brain injury, Which is worth to be spread;

Keywords: Near Infrared Spectroscopy(NIRS)；Reduced Scattering Coefficient(μ'_s)；Intracranial Pressure(ICP); Cerebral Perfusion Pressure (CPP); Mean Arterial Pressure(MAP)

作者单位：246000 安徽安庆，安徽医科大学附属安庆医院神经外科[黄纯、周和平、陈新生]  江苏南京，南京航空航天大学自动化学院（钱志余，王绍波）

通信作者：陈新生

颅脑创伤是临床神经外科常见疾病,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。患者预后不但于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]。由于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(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，从而进一步探究近红外光谱在无创脑监测领域的应用价值；

1   临床资料与方法

1.1   一般资料

共纳入我院2017年12月至2018年6月我院神经外科收治的重型颅脑损伤患者25例，其中男性15例，女性10例;年龄 30～ 72岁[(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日相关指标；

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）经医院医学伦理委员会批准，病人家属知情同意并签署知情同意书。排除标准: ( 1 )患者家属拒绝行近红外光谱分析仪持续监测；（2）额叶损伤、额骨骨折及额部皮肤损伤；（3）对近红外光发射器接触过敏；（4）合并有全身多功能脏器功能衰竭^[3]。

1.2  监测方法

选择纳入标准的25个病例，入院后行常规颅内血肿清除+颅内压探头置入术，视术中情况选择性去骨瓣减压，术后连接颅内压监护仪，连续观察与记录ICP，监测时间每半小时记录1次，并推导出即时脑灌注压CPP、平均动脉压MAP等；同时于床旁使用 OXImeter近红外光学参数分析仪（波长834nm）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（图1）。

   图1 术后监测图像 1a OXImeter近红外光谱分析仪放大图，包括光学发射器、接收器、处理器、计算机、校准模体等。1b 利用OXImeter近红外光学参数分析仪、有创颅内压监护仪、心电监护仪等实时监测并记录相关数据。

1.3  统计学分析 

采用SPSS19.0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，各指标间的相关关系以Pearson 相关检验分析，进一步的分析则为单因素线性回归，P＜ 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1  μ'_s 、ICP、CPP、MAP的相关性分析结果

    将25例重型颅脑损伤患者术后7天数据取均值，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（表1），并进一步建立线性回归方程。

表1  25例SBI患者术后监测指标均值间相关性分析（R值 P值）

注：μ'_s 为约化散射系数，ICP为颅内压，CPP为脑灌注压，MAP为平均动脉压

2.1.1 分析μ'_s与ICP关系，利用spss19.0绘制散点图（图2）及单因素线性回归分析，结果显示二者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）

2.1.2 同上述过程分析约化散射系数μ'_s与脑灌注压（CPP）关系，散点图（图3）及线性回归分析，结果如下：y=-0.065x+3.477（ F = 19.205  P ＜ 0． 05）

2.1.3  约化散射系数μ'_s与平均动脉压（MAP）间关系散点图（图4），结果显示二者无明显线性关系，均值差异无统计学意义，P值>0.05。

三，讨论

重型颅脑损伤是神经外科的常见危重病，具有病情变化迅速、致残率高、病死率高等特点，临床诊疗中，我们大多数医生往往是通过患者的生命体征来早期识别颅高压，如意识反应，瞳孔大小等，但对于重度颅脑损伤患者，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]。

因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]；近红外光谱技术（NIRS）因其实时、方便、成本低等优点一直吸引着诸多学者潜力研究，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（VIS）和中红外光（MIR）之间的电磁辐射波，波长范围在650nm-1000nm范围内，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cm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, 随着以Jobsis、Kampfl等为代表的发表了NIRS用于脑损伤和颅内压增高病人的初步研究文章，美国和日本等科技发达国家相继开发了商品化的功能性NIRS检测仪, 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(f NIRS)的研究概况在相关领域中的应用也是脱颖而出^[12]；本文则是在前辈们不断潜心研究的基础上，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。脑灌注量是影响组织代谢、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；而μ's也会因局部脑组织水肿程度的不同而变化。本文选择约化散射系数μ'_s为资料参数，应用统计学资料分析，验证了约化散射系数μ'_s与ICP、CPP关系，结果显示约化散射系数（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与平均动脉压（MAP）间无明显相关性。

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约化散射系数、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的部分局限性：（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，未探讨μ'_s与预后程度关系。

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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