顱內壓監測-回顧和發展道路

极速赛车技巧买法 www.hedgn.com 發布時間:2018-12-15

文章轉自中國冷靜治療研究組

原創:銹刀十一

顱內壓監測-回顧和發展道路

MayaHarary  ,  Rianne G. F. Dolmans and  William B. Gormley  ID

編譯:銹刀十一

概要: 顱內壓(ICP)監測是神經重癥的主要內容之一。在緊急情況下當前最常用的監測方法包括(填充)液體系統,可植入的換能器和多普勒超聲波檢查。眾所周知,管理增高的ICP對臨床結果至關重要。然而,許多研究表明,目前的ICP監測方法無法可靠地確定大腦的自身補償能力的極限(范圍)來幫助管理壓力的增高,這將使得ICP管理變得主動。目前該領域的工作希望通過整合實時流式ICP壓力波數據和多模式與其他生理監測來解決這個問題。此外,繼續開發用于具體臨床情況的非侵入性ICP監測方法。


1.引言

顱內壓(ICP)及其決定因素的系統討論可以追溯到18世紀初蘇格蘭解剖學家AlexanderMonro和同胞外科醫生George Kellie的工作。他們的ICP模型,門羅-凱利學說,后來被美國神經外科醫生,Harvey Cushing,詳細地描述成管理ICP的基本原則。原則上,正常條件下的顱腔容積是恒定的,因此,維持穩定的ICP取決于其內容物容積的大小。顱內的內容包括(1)腦組織;(2)血液; 和(3)腦脊液(CSF)(圖1 )。由于腦組織是不可壓縮的,穩定的ICP需要平衡液體的流入和流出; 也就是說,頭部動脈血的流入和靜脈血的流出之間以及腦脊液產生和引流之間必須保持平衡。因此,造成三種組分中任何一種的任何增加體積的機制都可以引起ICP增高?;蛘?,出現第四組分也會引起ICP增高,例如占位,顱內出血或腦水腫,其增加超出系統通過減少另一種的體積來補償的能力。

   正常生理條件下,包括姿勢、大腦活動、心血管功能、呼吸功能和腎上腺素能張力的變化,平均ICP可能會發生一些變化。由于ICP的某些變異性是預期的,臨床使用ICP監測時,應用時間平均ICP來建立基線,一夜之間,至少測量30分鐘被認為是非昏迷患者的“金標準”[ 11 ]。類似地,當ICP持續超過至少5分鐘時,ICP的改變具有臨床意義。平均ICP的生理范圍在仰臥成人中為7-15 mmHg,在兒童中為3-7 mm Hg,在嬰兒中為1.5-6 mm Hg,盡管兒科人群的平均ICP可能因年齡而異,并且不太明確。為防止腦損傷,將ICP維持在其生理范圍內是至關重要的。ICP增高引起的損傷主要通過以下兩種機制之一發生:(1)腦缺血和(2)腦疝。腦血流量(CBF)與腦灌注壓(CPP)密切相關,CPP由平均動脈壓(MAP)和ICP通過以下關系控制,CPP=MAP-ICP。因此,隨著ICP增加,MAP主要通過增加心輸出量而增加,以維持穩定的CPP。當ICP增高超過MAP升高的代償能力時,CPP將受到損害并且可能隨后出現腦缺血。在Monro-Kellie假說中,顱內空間是一個恒定的封閉空間,大腦和顱內CSF通過顱底的枕骨大孔延續為腦干,脊髓和充滿CSF的椎管。當ICP明顯增高時,顱內腔和椎管之間的壓力差可導致腦組織向下運動(即疝),這會壓迫重要的腦干結構。

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圖1. Monro-Kellie模型中顱內各腔室的內容物?!澳宰櫓卑ㄉ窬?,神經膠質,細胞外液和腦微血管?!熬猜觥焙汀岸鲅貝澩笱芟低澈湍躍猜鲴寄詰穆諮萘?。'CSF'包括腦室和腦池的CSF。

 

由于ICP即使在生理條件下也會有一些波動, 因此存在自身補償機制來維持一個穩定的平均ICP。其中最重要的是改變大腦靜脈血池的能力。此外,一些腦脊液有能力(盡管是有限的)可以進入椎管以進一步增高顱內空間。這種補償儲備是有限的,取決于系統的順應性。當儲備耗盡時體積小幅升高就有可能引起(致命)危險的ICP持續升高(圖2 )。除了這些緩解ICP變化的機制外,腦血管自動調節功能還可以通過改變腦動脈阻力來維持應對ICP變化所必需的CPP。然而,自動調節僅在50-150mmHg的CPP之間有效,低于和高于該范圍的CPP可能就會分別發生腦缺血和腦腫脹(圖3)。此外,自動調節能力還取決于動脈二氧化碳分壓(PaCO 2 )。高碳酸血癥導致腦血管擴張,導致CBF增加和過度灌注的風險。相反,低碳酸血癥會導致血管收縮,這可能會造成缺血。

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圖2. ICP的壓力 – 容積曲線。壓力 – 容積曲線有四個“區域”:(1)基線顱內容量,具有良好的代償性儲備和高順應性(藍色); (2)隨著顱內容量的增加,補償性儲備逐漸耗?。ɑ粕? (3)補償性儲備差,腦缺血和腦疝風險增加(紅色); (4)極高的ICP引起腦微血管紊亂和腦血管反應性紊亂(灰色)。

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圖3. 腦血流自動調節能力

ICP各組成的早期表征及其對臨床結局的重要性,導致人們希望通過監測ICP來指導臨床管理。最初降低ICP的手術方法是使用腦室外引流(EVD),用于患有先天性腦積水的兒科患者中以引流腦脊液。直到20世紀初,采用無菌技術避免醫源性顱內感染,EVD才得以安全地放置。此后不久,Adson和Lillie在其1927年的具有里程碑意義的論文中描述了第一個利用EVD的測壓系統進行ICP監測的實例。從那時起,ICP的監測指征開始增加,目前,需要ICP監測的最常見的神經和神經外科疾病包括創傷性腦損傷(TBI),蛛網膜下腔出血(SAH)和腦積水。

 

2.有創ICP監測

ICP監測方法可分為侵入性和非侵入性方法。侵入性方法包括利用液體的系統和可植入的微換能器。非侵入性方法,其中大多數是間接測量ICP,將在本文后面討論。侵入性方法,使用EVD監測ICP被認為是金標準,不僅是因為它的精度,而且,因為它還可以引流腦脊液用于治療。當導管中的壓力與腦室內壓力平衡時,EVD通過液體系統來監測(ICP)。該壓力通過污漬量傳感器傳遞到外部鹽水填充管中,從該壓力傳感器進行壓力測量。由于腦腫脹固有腦室太小或腦室受壓,在這些患者中置入EVD是有困難的。此外,置管期間有5-7%的出血風險。EVDs不適用于長期ICP監測,因為顱內感染的風險逐漸增加,五天后總體風險估計為5%。另一個利用液體的系統是蛛網膜下腔螺釘,通過顱骨鉆孔置入,其尖端突出穿過硬脊膜進入蛛網膜下腔。然而,這些裝置不能引流腦脊液并且具有相當大的局部傷口感染風險。

  

ICP也可以使用植入式微傳感器進行測量,例如應變儀設備,氣動傳感器和光纖傳感器。在應變儀器中,ICP的變化引起膜片彎曲,引起電阻變化,從而計算ICP。氣動傳感器在探頭的遠端具有球囊,其施加在球囊上的壓力等于周圍組織的壓力(即ICP)。氣動傳感器也用于測量顱內順應性。在光纖傳感器中,ICP變化會在傳感器的頂端移動一個可移動的鏡子,改變沿光纜反射回來的光的強度。大多數微型傳感器探頭尖端均在實質內放置,但這些也可放置在腦室內,蛛網膜下腔,硬膜下或硬膜外腔室中(圖4)。與EVD相比,植入式微傳感器的優點是感染率較低且出血風險較高。然而,這些(設備)更昂貴,并且,除氣動傳感器外,通常不能在現場重新校準,這可能會影響ICP測量精度。一般來說,微型換能器用于EVD放置失敗或臨床醫生判斷CSF引流不太可能需要的情況。

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圖4. 有創ICP監測位置。這些部位代表可以用于測量ICP的顱內實際和潛在的間隙。EVDs的腦室監測是臨床實踐中最常見的部位,其次是腦實質內探頭。

雖然(應用)ICP的管理具有明顯的臨床益處,但是與僅根據患者的神經學檢查,影像學檢查結果和臨床醫生的敏感性的管理相比,文獻中沒有就ICP監測是否有臨床益處達成共識。雖然一些研究表明,顱內壓監測與改善生存相關,也有人認為顱內壓監測不僅是沒有有益的,而且事實上可能,導致更糟糕的結果。具體而言,在一些研究中,與沒有顱內壓監測的管理相比,顱內壓監測與死亡率顯著增加,住院時間延長,并發癥發生率和住院資源的利用率增加相關。2012年,Chesnut等人進行了僅用于創傷性腦損傷(TBI)患者ICP監測的隨機對照試驗。作者比較了僅通過影像學和臨床檢查指導治療的患者與另外接受有創ICP監測的患者之間的結果。總體6個月死亡率約為40%,與僅接受神經系統檢查和連續CT成像治療的患者相比,接受ICP監測的患者沒有生存獲益。總而言之,在重癥患者中ICP監測的臨床應用仍有改進的空間。

 

3. 提高有創ICP監測效用的方法

 

3.1腦順應性和ICP波形分析

目前ICP管理指南主要使用平均ICP作為主要度量來指導治療[??純綽諮沽?– 容積曲線的形狀(圖),僅依靠平均ICP進行臨床管理,這樣就把實踐變成條件反射式的,而不是主動的。許多人認為,這就是為什么ICP監測沒有獲得比最初預期更多臨床益處的原因。因此,這方面的研究已經將注意力轉移至確定患者特定時間在壓力-容積曲線的位置,特別是測量顱內順應性和跟蹤系統代償能儲備的消耗情況。

 

平均ICP是ICP波形的時間平均值(圖5A)。使用Odin監測系統,ICM+ ,Sensometrics和ICU Pilot系統等軟件,可以在神經重癥監護環境中顯示ICP波形[ 53 ]。ICP波形由三部分組成- (1)與呼吸周期(W2)相關的呼吸波形(0.1-0.3Hz),(2)脈壓波形(頻率)等于心率,和(3)緩慢的血管波形(例如,'LundbergA和B波')。脈壓波形本身細分為三個波(圖5B)。升高的ICP不僅會增加ICP的平均值,還會影響ICP波形的特性。具體而言,升高的ICP與動脈波的P2成分相對增加有關,這被認為代表著顱內順應性降低。此外,出現LundbergA波,平均ICP持續急劇增加持續5-20分鐘,也可能意味著順應性下降(圖5C)。LundbergB波,在ICP升高的周期性變化中集群式出現,每分鐘出現0.33-3個周期,整個集群持續5-30分鐘,這一現象是順應性下降的非特異性表現,因為在ICP正常的病人中也會出現。

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圖5. ICP壓力波形。( A )呼吸周期(W2)和動脈周期(W1)引起的ICP波動; ( B )由于全身動脈循環引起的ICP波形的特寫。P1(脈首波=代表動脈搏動),P2(潮汐波=代表顱內順應性)和P3(重搏波=主動脈瓣關閉的壓力傳遞)。升高的P2波是ICP升高和顱內順應性降低的指標(*); ( C )Lundberg A(高原)和B波; 改編自Hall等人。

可以通過波形的頻譜分析來分離動脈循環的脈沖振幅(AMP),已證實這是一個有用的指標,其中較高AMP與較低順應性相關。此外,RAP系數也被提出并作為量度補償儲備,它是AMP振幅之間(A)和平均ICP(P)之間的相關系數(R)。在低ICP時,“壓力 – 容積曲線”的線性部分中,RAP值為0,這表明良好的補償儲備(例如,大腦順應性)。在中度增加的ICP中,RAP在指數上升部分具有+1值,這表示低補償儲備。當ICP進一步增加,由于CBF紊亂和腦微血管障礙,造成AMP減少,導致RAP成為負值。雖然文獻關于AMP或RAP在評估腦代償儲備方面是否更準確仍然沒有明確的共識。最近的一項研究表明,RAP加權的ICP與TBI患者的預后顯著相關。

 

雖然ICP波形的定性評估是當前臨床實踐的一部分,但是沒有廣泛使用的計算工具來定量分析研究領域之外的這些連續數據流。已提出一些機器學習和深學習算法,嘗試作為這些數據的可能的方法。最近的一項研究表明,僅用深度學習算法的波形特征來檢測增高的ICP,其準確率約為92% 。同樣,BrainIT小組進行的一項多中心研究表明,基于機器學習的模型能夠在使用前四個小時的ICP和MAP數據組合之前30分鐘預測ICP升高,從而支持這種連續監測數據的方法學方法。

 

3.2自動調節

正如前面提到的,腦血管自動調節是一個關鍵性的固有機制,被旨在面對變化的ICP而保持恒定的CPP在改變ICP 。已經提出,把重點放在腦血管自動調節和CPP監測,作為ICP輔助監測,有益于臨床。雖然有幾個腦血管自動調節指數,但最常用的是壓力反應指數(PRx),它是ICP與動脈血壓(MAP)之間的時間平均相關系數。正值的PRx表示腦的自動調節能力受損,而負值的PRx反映正常的自身調節能力。使用自動調節加權ICP和CPP的,根據PRx計算患者具體的ICP和優化CPP的閾值,該方法已被提出?;頰嚀匾煨訧CP閾值,已顯示出比20-25mm Hg的固定ICP閾值范圍更強的死亡率預測能力。同樣,最近的一項綜述表明,測量的CPP與計算的加權最佳CPP的接近程度與改善的結果相關,但仍需要更嚴格的研究來驗證這種趨勢。

 

3.3腦氧合

ICP升高與腦血管自動調節受損的主要風險是腦缺血和隨后的缺氧。一些研究表明,TBI患者發生缺氧也可以由于彌散障礙而不是歸因于ICP的灌注不足。因此,已經提出監測腦組織氧合(PbO2)將提供組織健康(程度)更接近的估計,因此可能比平均ICP更直接地與患者結局相關。該假設在最近結束的隨機對照BOOST-II試驗中進行了檢測。將嚴重TBI患者隨機分為兩組:僅ICP組或ICP + PbO2導向的管理組。將ICP探頭和PbO 2探頭均置于腦實質內。該研究表明,與單獨ICP監測相比,采用PbO2監測與ICP聯合的多模式方法可減少腦組織缺氧,從而降低死亡率,獲得更有利的結局。這種多模式方法對神經系統結局的影響將在即將進行的BOOST-III試驗中得到進一步評估。

 

近紅外光譜(NIRS)是一種非侵入性技術,目前正在開發用于評估腦氧合和ICP。NIRS傳感器將NIR光發射到頭部表面并檢測反射光?;∽櫓卣韉謀浠嵊跋旃馕蘸屠┥?,隨后的光譜分析可用于獲取有關組織狀態的信息。該技術在監測心臟和血管手術以及兒科人群的氧合方面已獲得成功,因為頭骨特征特別適合。然而,由于頭皮和顱骨損傷的影響,以及在基線飽和病理改變,使得在腦外傷患者中使用這種技術實施一直存有障礙,使得它在這些情況下不是那么地可靠。

4. 非侵入性ICP監測

侵入性ICP監測是目前衡量ICP的最準確方法。此外,除了提供診斷信息外,EVD還通過引流CSF而有治療作用;因此,盡管存在與放置侵入性ICP的相關風險,但大多數危重病人仍然是必要的。然而,在某些具體情況和人群中,評估ICP的非侵入性方法是可取的。例如,在無法及時獲得侵入性干預的情況下,非侵入性監測方法可用于篩查ICP升高的患者,例如在野外或沒有神經外科醫生的情況下。此外,可以對ICP升高疑似程度相對較低的但需要排除這種可能性的患者中進行非侵入性篩查。這可能會減少在不必要的情況下放置侵入性監測器。

 

4.1經顱多普勒(TCD

在神經重癥中,經顱多普勒(TCD)最常用于監測蛛網膜下腔出血相關的血管痙攣時腦血流量(CBF)變化。使用TCD衍生數據的許多模型顯示出與侵入性測量ICP的相關性;這些模型已經開始測量大腦中動脈血流速度(FV),動脈血壓和搏動指數(PI)。最近的一項前瞻性,頭對頭的研究發現,使用結合這些方法的模型優于單獨估算ICP。組合模型推導的ICP與侵入式ICP測量相關(R= 0.47; p<0.05),曲線下面積為0.73(p <0.05)。雖然計算建模繼續使得基于TCD的連續ICP估計更準確,但該技術在其廣泛集成到臨床實踐中具有一些自身局限性。像大多數超聲波技術一樣,TCD容易出現觀察者自身和觀察者之間的差異。此外,它是一次性測量,雖然它具有作為篩查工具的潛力,但對于需要連續監測的患者來說還是不夠的。最后,在10-15%的患者中,顱骨特征限制了超聲波的傳導,使得TCD難以解讀?;赥CD的CBF和自動調節評估比基于TCD的ICP估計更成功,因此該技術很快就作為神經實踐中的神經監測設備而不是ICP傳感器。

 

4.2視神經鞘直徑(ONSD)

當視神經離開顱內進入眼眶時,它仍然被硬腦膜鞘包圍。因此,神經周圍的蛛網膜下腔與顱內蛛網膜下腔相鄰。ICP升高可通過蛛網膜下腔CSF傳導,引起視神經鞘擴張,并可通過經眼超聲檢查。一些研究已經證明侵入式測量ICP和超聲ONSD測量之間的相關性,整體靈敏度和特異性分別為0.90和0.85 。最近的一項前瞻性研究證實了相似的敏感性和特異性,并建議將直徑為5.6mm作為診斷ICP增高的最佳臨界值。雖然觀察者自身和之間的變異似乎低于TCD,這種技術不能在患者面部創傷或與其他會影響ONSD的醫療情況(例如,格雷夫斯病,結節?。?。此外,有一些建議認為,當ICP出現急劇波動時,ONSD的特異性會降低。盡管如此,在無法及時進行侵入性監測的環境中,ONSD測量可能會成為ICP篩選檢測。

 

光學相干斷層掃描(OCT)是另一種用于ICP測量的眼科方法。它還取決于ICP通過視神經鞘的傳導,并且在評估兒童ICP中具有特別的前景。

 

4.3基于成像的方法

有許多與ICP升高相關的大的解剖改變,可以使用計算機斷層掃描(CT)和磁共振成像(MRI)進行檢測。例如,嚴重占位病變可造成腦室受壓和中線移位。類似地,腦室擴張提示腦積水,腦水腫導致灰質和白質界線消失。CT和MRI通常用于診斷目的,可提供有關ICP的定性信息。在一項小型試驗研究中,基于MRI的技術通過評估凈經顱血流量和腦脊液流量來估算ICP,能夠區分ICP正?;蟶叩幕頰?。另一項針對TBI患者的小型研究顯示,使用CT確定的CSF體積與顱內總體積的比率,可以區分患者亞組中正常和升高的ICP,預測準確度為67%。雖然在成像時繼續使用定性分析,目前,這些方法還不能獨立地足夠可靠地作為ICP升高的篩選工具。

 

4.4遙測傳感器

需要長期ICP監測以檢測置入腦室- 腹腔(VP)分流而分流功能障礙的患者,以及評估慢性顱內高壓癥患者的ICP。感染風險使得這些患者群體無法進行長期經顱監測(例如,EVD,螺栓),因此,植入式遙測傳感器已作為一種可能的解決方案進行了研究。多年來已經試驗了幾種不同的傳感器,這兩種商用傳感器都是應變儀微傳感器,由一個皮下安置的外殼單元和一個通過顱骨內的小鉆孔進入顱內的元件組成。NeuroventP-tel(Raumedic,Helmbrechts,德國),傳感器是一個實質內微傳感器,而Reservoir傳感器(Miethke,波茨坦,德國)是一個CSF儲存集成單元,它與一根腦室內導管相連。在這兩個系統中,由ICP變化產生的電路電阻變化被記錄在微芯片上,隨后臨床醫生可以使用外部設備讀取信息。這兩種技術都顯示出了利用傳感器衍生的ICP信息來指導慢性分流患者調節閥調整的希望。盡管很早就有使用基于CSF流量的管路一體化ICP傳感器的嘗試,但長期以來仍然有這種技術的需求,這樣就可以避免再植入另一個設備。

 

5. 結論

人們早就知道高ICP的治療會影響各種神經系統疾病患者的臨床結局。ICP監測系統仍有改進空間,可提供更多可操作的信息和改善臨床效益。對于有創ICP的監測方法,改進的方向主要在于整合了腦自動調節和氧合等指標發熱多模態方法。因此,在這個領域中,存在對集成傳感器的硬件需求,以及對處理和分析多個連續神經監測數據流的算法的計算需求。此外,繼續開發非侵入性ICP傳感器有可能減少對一系列患者進行侵入性干預的需求。


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