近红外光谱在诊断硬膜外及硬膜下血肿的应用

李亚农，张玉瑾，金 鹤，王 政，王朝朝，马 军*(.首都医科大学附属北京天坛医院放射科，北京 00050；.中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心，北京 0090)

近红外光谱在诊断硬膜外及硬膜下血肿的应用

李亚农1，张玉瑾2，金 鹤1，王 政1，王朝朝1，马 军1*
(1.首都医科大学附属北京天坛医院放射科，北京 100050；2.中国科学院自动化研究所脑网络组研究中心，北京 100190)

目的 探讨近红外光谱(NIRS)检测对硬膜外及硬膜下血肿的临床应用价值。方法 选取34例经CT或MRI证实的硬膜外或硬膜下血肿患者(试验组)及14名健康志愿者(对照组)，采用中国科学院自动化研究所研发的NIRS设备进行头部检测，评判是否存在颅内出血。以CT或MRI诊断结果为“金标准”，评价NIRS对硬膜外及硬膜下血肿的诊断效能。结果 NIRS诊断硬膜外及硬膜下血肿的敏感度、特异度、准确率、阳性预测值及阴性预测值分别91.18%(31/34)、71.43%(10/14)、85.42%(41/48)、88.57%(31/35)及76.92%(10/13)。结论 NIRS在检测硬膜外及硬膜下血肿方面具有较高的敏感度和阳性预测值，有助于临床早期诊断和治疗。

近红外光谱；血肿，硬膜外；血肿，硬膜下；诊断，鉴别

颅脑创伤具有较高的发病率和死亡率，严重威胁患者生命。我国每年各种类型颅脑创伤发病率约0.2%～0.3%[1-2]，因颅脑创伤导致的死亡数量占创伤死亡总数的85%[3]。颅内血肿(intracranial hematomas, ICH)是颅脑创伤中最常见且最严重的继发性病变，硬膜外和硬膜下血肿是常见的ICH，占ICH总发生率的62%～89%[4]。早诊断是ICH手术治疗成功的关键，良好的治疗可大幅减低患者死亡率，也可有效降低后期患者身体失能及精神损伤的发生率。目前临床诊断ICH的主要方法包括CT、MRI等影像学方法，其中CT虽然准确率高，但存在辐射风险，不适用于婴幼儿及低龄儿童，不能多次频繁扫描，且不适用于对迟发性血肿的诊断[5]；MRI软组织分辨率高，但对超急性期和急性期血肿不敏感，限制了其对急诊ICH患者的早期诊断。因此需要一种操作简便、准确性高且可重复性强的检测方法对ICH进行早期诊断。本研究探讨近红外光谱(near-infrared spectrum, NIRS)技术对检测硬膜外及硬膜下血肿的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年1月—5月我院收治的急性期、亚急性期及慢性期创伤性硬膜外血肿或硬膜下血肿患者34例(试验组)，其中男23例，女11例，年龄31～64岁，平均(53.2±19.2)岁。纳入标准：①经CT或MRI诊断为硬膜外或硬膜下血肿；②血肿为单侧；③无其他类型脑创伤，如脑挫裂伤或严重的开放性脑创伤等；④无脑创伤并发症。34例患者中，高空坠落伤7例，交通事故19例，外力打击5例，非创伤性损伤3例。急性期血肿18例、亚急性期血肿10例、慢性期血肿6例；其中15例为硬膜外血肿，19例为硬膜下血肿。13例出血量≥50 ml，21例<50 ml。格拉斯哥昏迷评分(Glasgow coma scale， GCS)13～15分29例，9～12分4例，3～8分1例。选取同期14名无脑外伤史的健康志愿者作为对照组，其中男9名，女5名，年龄20～37岁，平均(28.8±6.6)岁。本研究经我院医学伦理委员会批准，受试者均知情同意。

1.2 NIRS检测 采用中国科学院自动化研究所研发的NEG8型NIRS仪。

1.2.1 原理 由于血肿内血红蛋白的浓度远高于相同体积下正常脑组织(浓度约为其10倍)，其吸光度大，因此血肿区域较正常脑组织对NIRS的吸收更多，光谱能量衰减大，通过测量光密度(optical density, OD)变化可反映颅内血氧情况的改变。当发生ICH时，紧贴于头皮表面的近红外设备发射探头发出NIRS，经颅骨向颅内传播的过程中由于颅板下血肿的吸收，OD值降低，由近红外光接收器探头所测量的光谱强度较正常组织减低。

本研究中血肿的诊断标准：以左右两侧OD差值的绝对值丨△OD丨≥0.2为阳性结果，同时判定透光度值较小一侧存在硬膜外或硬膜下血肿[6]；阴性结果(丨△OD丨<0.2)则表明无单侧颅内出血。

1.2.2 方法 将NIRS设备依次置于双侧额部、顶部、颞部、枕部的测量标记位点(图1)。测量位点尽量对称，并尽量使探头紧贴头皮，以便红外光接收器能够接收到更准确的红外光数据。对有头皮撕裂、血肿、水肿者，尽量避开头皮病变。完成后对比左右两侧数据，设备自动计算丨△OD丨值。

图1 颅内血肿NIRS测量部位示意图 (R：右；L：左；F：额部；T：颞部；P：顶部；O：枕部)

由于NIRS诊断有赖于光学测量，可能会出现误差，为避免出现假阳性结果，当发现阳性改变时予以重复测量。分别对双侧额部、颞部、顶部及枕部测量3次，血肿范围较小时则以CT图像为参照。3次重复测量均为阳性结果时，则认为存在ICH，如3次重复测量中仅1次或2次为阳性结果，则认为该阳性结果不可信，不予采纳。

NIRS数据由2名测量者分别采用盲法评价，如2名测量者对某一血肿的位置判断一致，则记为最终的血肿位置，否则请第3名测量者进行评价并最终确定血肿位置。

1.3 统计学分析 采用SPSS 16.0统计分析软件。以CT或MRI诊断结果为“金标准”，采用四格表法计算NIRS诊断硬膜外和硬膜下血肿的敏感度、特异度、准确率、阳性预测值及阴性预测值。以Kappa一致性检验2名测量者间的一致性，Kappa值≥0.75表示一致性较好，0.75>Kappa≥0.4表示一致性中等，Kappa值<0.4表示一致性较差。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

对试验组34例患者及对照组14名受试者均顺利完成NIRS检查，检查时间1.2～3.5 min，平均 (1.86±0.53)min。

NIRS诊断硬膜外及硬膜下血肿的敏感度为91.18%(31/34)，特异度为71.43%(10/14)，准确率为85.42%(41/48)，阳性预测值为88.57%(31/35)，阴性预测值为76.92%(10/13)，见表1。

2名测量者之间的一致性较好，Kappa值为0.766。

表1 以NIRS与CT或MRI诊断硬膜外及硬膜下血肿结果对比(例)

3 讨论

目前，NIRS已被应用于颅内血流灌注情况的监测和判断大脑是否处于缺血缺氧状态[7-8]。已有研究[9-11]报道NIRS可应用于对ICH的诊断。但国外利用NIRS技术进行ICH检测的设备昂贵，且还未正式获准进入中国市场。为推进该技术在我国医疗领域中的应用，国内相关研究单位已自主研发了NEG8型NIRS仪。

本研究直观呈现了NIRS设备NEG8对硬膜上和硬膜下血肿的检测作用。NEG8设备可使用近红外扫描技术鉴别血管内循环血液与血管外汇集的血液。当发生ICH时，在血管外聚集的血液(作为血肿的证据)比血管内流动的血液含有更高浓度的血红蛋白，并且能够吸收更多的近红外光，使光谱能量衰减增大，因此，可将其与脑血管内循环的血液区分开来。因此，近红外光吸收率的大小决定了是否存在血肿。本研究发现此设备对血肿具有较高的敏感度[91.18%(31/34)]，表明其有利于对血肿的及时诊断，同时也具有较高的阳性预测值[88.57%(31/35)]，提示其对诊断血肿具有较高的准确性。此外，本研究中对每一受试者头部所有位置的NIRS检查均在2 min内完成，提示其可以在急诊或重症监护等紧急情况下进行快速诊断，也可用于对血肿的发生和发展多次频繁地进行监测。本研究结果表明，通过我国自主研发的NIRS设备能够对脑外伤所致的硬膜外和硬膜下血肿进行早期诊断，有利于临床对患者进行早期干预，以获得较好的预后。

NIRS技术应用的目的并非在于取代传统CT对ICH的诊断。在不具备CT诊断的条件下，NIRS可发挥重要的辅助诊断作用。尤其对脑创伤后2 h经CT检查结果为阴性但临床高度怀疑存在早期进行性出血的患者，NIRS具有检测耗时短、操作简便易行的优点，便于对患者进行严密监测，以观察脑创伤的进展情况。同时，弥补了CT检查因存在辐射风险无法实现多次频繁扫描的不足。此外，大部分医院由于仪器资源有限而患者众多，往往患者入院数小时后才能实际开展CT检查；而NIRS易于实现便携式设备，可广泛应用于急诊室、救护车及损伤现场，在短时间内对患者进行检查。前期研究[12]发现，血肿进展与早期神经症状恶化有关，约38%患者会出现颅内血肿进展，预后一般较差。通过NIRS有利于对疑似进展性血肿患者进行快速、定时的有效监测。

NIRS测量存在一定的假阳性，本组为4例，原因通常为头发遮挡、颅骨较厚、颅外软组织损伤或颅内异物等[13-14]。本研究NIRS测量数据中假阴性3例，其中2例为慢性期硬膜下血肿患者，可能是由于血肿内机化造成血肿内成分结构变化导致假阴性，1例为急性硬膜下血肿患者，可能因血肿范围较小造成假阴性。

本研究的局限性：①纳入的样本量较小；②NIRS技术不利于检测双侧ICH，因为双侧ICH不会引起左右透光度的改变[14-16]；③即使NIRS检测结果为阴性，也不能取代CT或MR检查，影像学诊断仍是ICH诊断的“金标准”。

总之，NIRS技术在检测硬膜外和硬膜下血肿方面具有较高的敏感度和阳性预测值，在慢性血肿和活动性出血的定期监测方面也表现出一定的优势。

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Application of near-infrared spectrum in diagnosis of epidural and subdural hematoma

LIYanong1,ZHANGYujin2,JINHe1,WANGZheng1,WANGZhaozhao1,MAJun1*
(1.DepartmentofRadiology,BeijingTiantanHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100050,China； 2.BrainnetomeCenter,InstituteofAutomationChineseAcademyofScience,Beijing100190，China)

Objective To explore the application value of near-infrared spectrum (NIRS) in the detection of epidural and subdural hematoma in clinic. Methods Thirty-four patients with subdural and epidural hematomas (study group) confirmed by CT or MRI and 14 healthy volunteers (contrast group) were selected. The NIRS equipment which was produced by Institute of Automation of Chinese Academy of Sciences were used to assess the intracranial hematomas. Taking CT or MRI results as the golden standard， the diagnostic efficiency of NIRS for subdural and epidural hematomas were evaluated. Results For the diagnosis of subdural and epidural hematomas, the sensitivity, specificity, accuracy, positive predictive value and negative predictive value were 91.18%(31/34), 71.43%(10/14), 85.42%(41/48), 88.57%(31/35) and 76.92% (10/13)， respectively. Conclusion NIRS is a good device to predict intracranial subdural and epidural hematomas with high sensitivity and positive predictive value, which is helpful for early diagnosis and therapy in clinic.

Near-infrared spectrum; Hematoma, epidural; Hematoma, subdural; Diagnosis, differential

国家重大科学仪器设备开发专项“光电同步脑活动检测仪器开发”(2012YQ120046)。

李亚农(1992—)，女，北京人，在读硕士。研究方向：神经影像学。E-mail: yanongli@sina.com

马军，首都医科大学附属北京天坛医院放射科，100050。E-mail: dr_ma@sina.com

2016-12-16

2017-05-01

10.13929/j.1003-3289.201612063

R651.1; R8

A

1003-3289(2017)07-0965-04