围手术期脑血流灌注的常用监测方法及进展

胡裕，韩阳东，王宁，苏振波

(吉林大学中日联谊医院麻醉科，长春 130033)

随着现代社会人们工作压力大，生活不节制，激素药物滥用，特别是我国社会老龄化[1](2018年末≥65周岁人口16 658万人，占总人口的11.9%)，脑血管疾病患者呈爆发式增长。2018年中国脑卒中防治报告指出40岁以上脑卒中患病人数已达1 242 万[2]，脑血管疾病已成为我国人口死亡的首位因素[3]，同时脑血管疾病手术、合并脑血管疾病的非脑血管疾病手术在临床逐渐增多，围手术期对脑血流监测的需求日益增加。维持大脑灌注是防治这些脆弱脑功能患者围手术期中枢神经合并症的一个重要目标，而脑血流监测是必要前提。脑血流量一般用单位时间内单位重量脑组织的血液灌注量表示，根据泊肃叶定律可知，脑血流量与脑灌注压呈正相关，与脑血管管径呈负相关，因此脑血管疾病、平均动脉压、颅内压等均影响脑血流灌注[4]。近两个世纪以来产生了多种脑血流监测方法，现按发展历史介绍各种监测方法，希望能为临床提供可靠的参考资料。

1 惰性扩散示踪剂法

19世纪人们就已经开始脑血流的研究，但多年来均是一些间接性研究，第一次成功进行人体脑血流测量是Kety和Schmidt使用低浓度的氧化亚氮吸入，利用Fick原理测得[4]。Fick原理是单位时间器官摄取的物质的量等于通过该器官的血流量与该物质的动静脉浓度差的乘积，要求这些物质是惰性可扩散的。后来又引入了放射性惰性气体85Kr和133Xe 从而更加推动了脑血流的研究。虽然此方法可定量测量脑血流,但由于操作繁杂，耗时较长且有放射性、气体栓塞风险、不能即时监测等弊端逐渐被人们摒弃。近年来人们将超极化129Xe用作脑血流示踪剂与磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)相结合来探索正常和异常脑灌注。目前有实验研究使用低气压的淬火气体异丁烯以增强超极化129Xe MRI监测脑血流的效用[5]。惰性扩散示踪剂法可用于术前筛查和一些临床试验。

2 CT

2.1CT在脑血流监测中的原理及应用 CT的问世对脑血管疾病诊断技术有里程碑式的意义。CT是根据人体不同组织对X线的吸收系数不同，利用X线对人体进行扫描，然后由探测器接收透过人体组织的X线，经过计算机的一系列处理最终获得重建图像。与普通X线检查图像不同，CT是断层影像。创伤性脑出血或有脑出血风险的患者初始评估首选影像学检查是CT，其可以定位出血灶，确定颅内高压的早期迹象等[6]。随着技术的发展出现了CT血管造影、CT灌注成像技术，均可用来获取脑灌注图像，对脑血管疾病的诊断、评估更加准确。特别是CT灌注成像技术已用于脑梗死、脑缺血的诊断，蛛网膜下腔出血后血管痉挛的评估，脑血管狭窄患者脑血管储备和脑外伤后脑灌注的评估。

2.2CT在脑血流监测中的研究 CT成像技术可以快速、准确地诊断脑血管疾病，但由于其具有电离辐射、设备昂贵且需要专业技师操作等不足限制了在临床上的广泛使用。因CT灌注成像技术涉及患者的高辐射剂量，近年来人们开发了具有投影视图共享的低剂量CT灌注成像技术，有研究认为在不影响成像质量和速度的情况下可降低约75%的辐射剂量[7]。近年人们提出了专门针对个体人脑的4D CT数字体模，用于研究脑实质灌注，具有一定的临床应用价值[8]。CT一般用于术前诊断、评估，也可用于介入术中。

3 正电子发射断层扫描

3.1正电子发射断层扫描(positron emission tomography,PET)在脑血流监测中的原理及应用 PET特别是具有15O标记水的PET被认为是量化脑血流量的金标准。将能发射正电子的放射性核素标记到参与人体组织血流或代谢的化合物上(水和葡萄糖等)，再将这些能发射正电子的放射性核素标记过的化合物注射到体内，通过探测器在不同时间、不同角度探测放射性核素产生的光子传入计算机形成图像，这些图像经过一系列处理得出区域血流情况。PET提供脑灌注和新陈代谢的定量测量，能定量测量脑血流量、脑血容量，具有较高的空间分辨率[9]。PET不仅可以进行脑血流成像还可进行脑功能成像。根据PET研究脑血流灌注低于20 mL/(min·100 g)脑组织可发生局部脑氧耗和脑能量代谢改变，出现脑功能损害的神经症状。脑血流灌注低于11 mL/(min·100 g)脑组织发生脑结构的破坏，因此，PET可以对脑血管疾病进行预后评估和提前干预，也可以为脑血管疾病病理生理研究提供更加准确的方法。

3.2PET在脑血流监测中的研究进展 PET技术分辨率高、精确度高，不仅能定量测定脑血流量，还能获得脑代谢方面的参数，且所用的放色性核素都是人体所需的基本元素。其不足之处是PET虽然为脑血流测定的金标准，但价格昂贵，一般不会作为首选检查；需要专门的技师操作，基层医院没有相关的设备，不能普遍使用。近年来研究者将PET与MRI相结合创造出一种用于定量脑血流量的混合PET/MRI无创方法来弥补PET的有创性[10]。PET定量测量脑血量和脑代谢的值使用不同的示踪剂，为避免前一种示踪剂对PET数据的干扰通常需要间隔约1 h，近年来应用基于发射的衰减校正来缩短检查周期[11]。PET可用于术前诊断、预后评估、脑血管疾病病理生理研究。

4 MRI

4.1MRI技术在脑血流监测中的原理及应用 MRI用于脑血流测量有2种不同的技术，均可提供脑血流量的定量评估。一种是动态磁敏对比MRI技术，并非完全无创，需要注射外源性造影剂。该方法可以绘制出高时间和空间的分辨率的脑血流图像。通过一系列复杂的专业算法最终求得脑血量速度、脑血流量等血流动力参数。另一种是动脉自旋标记技术，其使用患者自身动脉血中质子作为内源性示踪剂，可以无创地对血流进行定量成像。使用动脉自旋标记技术可进行多次重复血流测量，因为磁性标记水的信号相对快速的衰减，允许动态测量[12]。与对急性缺血不敏感的常规MRI不同，动态磁敏感对比MRI可用于急性缺血的早期检测、脑血栓栓塞以及溶栓后相关脑区的灌注评估。动脉自旋标记技术可用于脑血管反应性检查，评价大脑动脉血管疾病的血管储备，还可用于研究偏头痛患者的脑血流动力学，以及慢性神经变性疾病(阿尔茨海默病)的灌注评估。

4.2MRI在脑血流监测中的研究进展 MRI具有非侵入性、无辐射、精确、能对脑血流量定性定量评估等优点，不足之处是设备费用昂贵，一般基层医院没有配备，技术要求高，需要有专门技师操作，不适合术中使用。发生脑血管疾病时局部的脑血细胞比容会发生变化，局部脑血细胞比容的测量方法多是侵入性的，近年来有学者提出了一种无创地用MRI测量局部脑血细胞比容的新方法[13]。MRI中用灌注-扩散不匹配方法评估永久死亡脑组织和可存活脑组织的有效性受到质疑，人们引入了23Na-MRI方案[14]。有学者提出联合MRI和扩散参数可预测急性缺血性脑缺血再灌注后实质出血[15]。MRI技术可用于脑血管疾病的术前诊断、术后治疗效果的评估。

5 颈静脉球血氧饱和度监测

颈静脉球血氧饱和度(jugular bulb venous oxygen saturation,SjvO2)通过颈静脉插管连续监测脑组织静脉回流血氧饱和度变化，是最早的脑氧监测方法。SjvO2的正常值为55%～75%，有证据表明，较低的SjvO2与较差的脑功能预后有关，脑缺血的阈值是持续10 min SjvO2低于50%[16]。SjvO2低可能是由于发热或癫痫引起的脑氧耗增加，也可能是由于脑血管痉挛或低血压引起的脑血流量降低。SjvO2高可能是由于大脑的良性充血或脑代谢需求减少。SjvO2检测最常用于监测创伤性脑出血或蛛网膜下腔出血脑血管痉挛患者的脑灌注减少。该技术有侵入性，难以识别导管放置的合适位置，容易形成血栓影响读数，SjvO2反映的是全脑的氧供情况，可能错过一些重要脑区的氧供变化情况，存在假阴性的结果。近年来有研究认为SjvO2与严重创伤性脑损伤的响应性总评分相关，可作为严重创伤性脑损伤的独立死亡率预测因子[17]。有研究使用近红外脑血氧仪替代SvjO2监测[18]。SvjO2主要用于术中脑血氧饱和度的监测，防止脑灌注不足。

6 近红外光谱技术

6.1近红外光谱(near infrared spectroscopy,NIRS)技术在脑血流监测中的原理 NIRS监测技术是目前唯一非侵入式的床旁脑血氧监测技术，也是临床上使用最广泛的脑血氧监测方法。其原理是近红外光(波长700～950 nm)能穿透头皮、颅骨及脑组织达数厘米。光在组织中会发生透射和散色，体内有色物质的透射光量根据氧浓度而变化，并且每种物质的光吸收特性不同，体内可测量的有色物质是血红蛋白和细胞色素，每种都具有不同的吸收带。近红外光谱仪可通过检测入射光和透射光的强度，经Beer-Lanbert定律换算得出氧合血红蛋白和去氧化血红蛋白的浓度，还可通过血氧饱和度的变化与氧合血红蛋白和去氧化血红蛋白的浓度变化推算出脑血流量和脑血容量[19]。

6.2NIRS技术在心脏手术中的应用 NIRS于1985年被引入临床实践，用于评估早产儿的大脑氧合情况[20]，经过不断改进现已应用于各种手术麻醉中的监测。在心脏手术中，将NIRS监测与现有的术前危险评分标准相结合有助于制订出更有利的医疗方案。术前低脑血氧饱和度预示着显著的体循环功能受损，患者处于依靠生理代偿机制维持脑血流的极限。在心脏和胸主动脉大血管手术中，脑血氧饱和度值低于50%或较基础值下降20%表示大脑对缺氧的耐受性下降，需要及时干预。心脏手术术中脑血氧饱和度低发生术后并发症的风险较高，如术后认知功能障碍，呼吸衰竭，心肌梗死和再次手术[21]。

6.3NIRS技术在非心脏手术中的应用 由于耗材费用问题NIRS监测在临床非心脏手术中没有普遍使用。颈动脉内膜切除术中使用NIRS监测能及时指导颈动脉插管，有效地防止颈动脉内膜手术后脑卒中的发生，降低患者术后死亡率和致残率。沙滩椅位较其他体位更容易发生脑灌注不足，在沙滩椅位手术中NIRS监测能及时发现脑血氧饱和度降低，指导麻醉师进行术中管理的调整。在小儿外科手术中通常使用平均动脉压来预估脑灌注，但小儿脑血流的自动调节阈值范围还未确定，因此小儿患者可能有脑缺血和充血损伤的风险[22-23]，若新生儿存在严重的生理紊乱，最终可导致神经损伤[24]，NIRS监测为小儿患者脑灌注监测提供了可能。在单肺通气的胸科手术中，Tang等[25]观察发现单肺通气胸科手术术后早期脑血氧饱和度低与术后认知功能障碍有关，即使是短暂的脑血氧饱和度低于65%的患者意识障碍发生率也会增加2倍，而且脑血氧饱和度降低基础值25%以上的患者住院时间明显延长。

6.4NIRS在脑血流监测中的研究进展 NIRS监测具有简单、无创、即时、连续、真实、稳定，不受低温、低血压甚至循环停止影响的优点，使NIRS技术有广泛的临床应用前景。但患者的年龄、血红蛋白水平、监测电极放置的位置会对脑血氧饱和度产生影响。颅外组织、颅外循环可能会干扰脑血氧饱和度的监测。由于个体基础差异，NIRS监测无法确定脑组织缺氧的绝对阈值，当前临床所使用的设备只能监测脑氧的相对变化，脑血氧饱和度监测属于趋势性指标，不能诊断病因，仅具有警示作用[26]。针对脑血氧饱和度监测进行临床决策时需要充分考虑各种相关因素。近年来NIRS在早产新生儿中得到广泛应用[27]。NIRS技术已被证明在医学领域包括分析工具、治疗技术和诊断方法中有广泛应用[28]。目前已开发出一种功能性NIRS技术用于精神分裂症的研究[29]。NIRS监测用于可能存在脑灌注不足患者的术前评估、术中监测、术后重症监护病房监护。

7 经颅多普勒

7.1经颅多普勒(transcranial Doppler,TCD)在脑血流监测中的原理 TCD于1982年被引入临床，其原理是相控阵探头发出超声波束穿过颅骨薄弱处(颞窗、颌下窗、眶窗、枕下窗，颅骨的较薄区域称为声学窗)经血管中流动的红细胞反射回来，其频率变化(多普勒频移)与血流速度成正比，由此可估计脑血流的速度[30]。TCD通过血流速度的快慢来评价血流状况，大脑动脉在相同情况下脑血管的内径相对固定，根据脑血流速度的快慢即可推断出脑的灌注情况。使用TCD无法直接测量脑血流量的实际量，但可以通过血流速度的变化程度推断血流量变化。

7.2TCD在脑血流监测中的应用 TCD在大脑病变的早期阶段和慢性脑血管疾病的随访期间均发挥重要作用。TCD可用于急性缺血性脑卒中的诊断和预后评估。TCD可以检测急性大动脉闭塞，其敏感性、特异性、阳性率高[31]，连续的TCD监测可以追踪溶栓前后动脉闭塞的过程[32]。TCD可用于术中监测，血管舒缩功能的评估，并评估由右向左心脏分流引起的脑微栓塞。TCD可在体外循环，颈动脉内膜切除术和颈动脉支架术期间监测脑循环和栓塞。早期TCD筛查加上预防性输血可明显减少镰状细胞病患儿脑卒中。TCD在痴呆研究中也有显著的效用[33]。

7.3TCD在脑血流监测中的研究进展 TCD有方便、快捷、无创、安全、价格低廉、操作简单并能实时监测病理生理下脑血流的变化情况、测量结果可重复等优点，但其测量结果受探头放置位置、患者颅骨密度、操作者熟练程度、血流信号强弱的影响，而且有部分老年女性测量窗口为盲窗或颅骨造成超声波的过度衰减无法检测到血流信号。TCD测量也仅限于大的基底动脉，只能提供全脑而非局部的脑血流速度情况。近年来有学者通过Meta分析表明，TCD是高度准确的脑死亡确认手段[34]。TCD在神经临床护理的常规监测中发挥越来越重要的作用[35]。近年来研发出一种新型自动TCD系统[36]，将有助于TCD扩展到更多的临床应用。未来TCD可能为一项麻醉常规监测方法，实时监测脑血流的变化情况提高麻醉安全性，特别是对一些脑功能脆弱的患者具有重要意义。TCD可用于脑血管疾病的术前诊断和预后评估，术中监测防止脑灌注不足，术后评价治疗效果。

8 神经电生理监测

8.1神经电生理监测方法在脑血流监测中的原理及应用 定量脑电图是在脑电图的基础上将原始脑电信号输入电脑通过数模转换和傅里叶转换最终将脑电信号转化为一种能够定量的二维脑电波图像，可根据定量脑电图的参数来检测脑功能障碍的原因。如在蛛网膜下腔出血的患者中，随着脑血管痉挛引起脑血量减少，定量脑电图参数α趋势变异性百分比急剧下降，随着脑血管痉挛的缓解而恢复正常。Rathakrishnan等[37]报道，α趋势变异有助于区分蛛网膜下腔出血后迟发性脑缺血和脑血管痉挛。定量脑电图可用于轻度创伤性脑损伤的诊断和预后评估[38]。定量脑电图定位不精确，较难判别细微的异常。将定量脑电图与颅脑模式图相结合制成脑电地形图可用于缺血性脑血管病的早期诊断和预后评价[39]。脑电地形图定位更加准确而且直观醒目，较定量脑电图能提供更多的信息，但定量脑电图与脑电地形图均需要专业人员进行分析。为了更方便解读将定量脑电图简化为脑电双频指数。脑电双频指数可监测术中、术后脑灌注是否充足，脑电双频指数异常降低或突然降低均可能是因为脑灌注不足[40]。

8.2神经电生理监测在脑血流监测中的进展 神经电生理监测的优点是无创、简单、连续、即时，相对价廉，有脑缺血病史或有脑缺血风险因素的患者能在很大程度上受益。其监测灵敏度较脑血氧饱和度差，定量脑电图和脑地形图需要专业医师分析。脑电双频指数监测区域是单侧的额叶皮质，大脑其他脑区容易出现假阴性，且脑电双频指数受患者、麻醉剂、手术器械(电刀)的影响。有研究认为定量脑电图可能是预测轻度认知功能障碍发展为路易斯痴呆的有力工具[41]。目前通过定量脑电信号源的定位可以研究慢性疼痛的病理生理[42]。神经电生理监测术前可作为脑血管疾病的辅助诊断，术中监测脑功能和防止脑灌注不足。

9 展 望

惰性气体示踪剂法仅用于一些脑血流灌注的研究和其他监测方法联合应用。CT、PET、 MRI不适合动态连续的脑血流监测，无法用于一般术中和病房对患者实时监测，但由于其精确性高仍是临床上无法替代的检查手段。大型医院已开展介入手术，使得这些影像学技术在脑血管疾病治疗中具有广阔的应用前景。SjvO2监测有被近红外脑血氧仪取代的趋势。NIRS监测不仅用于脑血管疾病手术的监测，一些有脑血流灌注不足风险的患者和手术均将受益，但需要不断地改进。TCD监测未来可能用于老年患者麻醉的脑保护。定量脑电图、脑电地形图、脑电双频指数因简单、实用，未来可能从脑电图中提取出更有价值的监测指标。总之，围手术期脑血流监测将随着脑血管疾病的发病率和手术量的增加而受到临床医师的重视，综合采用各种方法，相互补充、取长补短，提高监测的敏感性和特异性，保障患者在围手术期的安全。