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颅内压监测-回顾和发展道路

发布时间:2018-12-15

文章转自中国冷静治疗研究组

原创:锈刀十一

颅内压监测-回顾和发展道路

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

编译:锈刀十一

概要: 颅内压(ICP)监测是神经重症的主要内容之一。在紧急情况下当前最常用的监测方法包括(填充)液体系?#24120;?#21487;植入的换能器和多普勒超声波检查。众所周知,管理增高的ICP对临床结果至关重要。然而,许多研究表明,目前的ICP监测方法无法可靠地确定大脑的自身补偿能力的极限(范围)来帮助管理压力的增高,这将使得ICP管理变得主动。目前该领域的工作希望通过整合实时流式ICP压力波数据和多模式与其他生理监测来解决这个问题。此外,继续开发用于具体临床情况的非侵入性ICP监测方法。


1.引言

颅内压(ICP)及其决定因素的系统?#33268;?#21487;以追溯到18世?#32479;?#33487;格兰解剖学家AlexanderMonro和同胞外科医生George Kellie的工作。他们的ICP模型,门罗-凯利学说,后来被美国神经外科医生,Harvey Cushing,详细地描述成管理ICP的基本原则。原则?#24076;?#27491;常条件下的颅腔容积是恒定的,因此,维?#27835;?#23450;的ICP取决于其内容物容积的大小。颅内的内容包括(1)脑组织;(2)血液; 和(3)脑脊液(CSF)(图1 )。由于脑组织是不可压缩的,稳定的ICP需要平衡液体的流入和流出; 也就是说,头部动脉血的流入和静脉血的流出之间以及脑脊液产生和引流之间必须保持平衡。因此,造成三种组分中任?#25105;?#31181;的任何增加体积的机制都可以引起ICP增高。或者,出现第四组分也会引起ICP增高,例如占位,颅内出血或脑水肿,其增加超出系统通过减少另一种的体积?#24202;?#20607;的能力。

   正常生理条件下,包括姿势、大脑活动、心血管功能、呼吸功能和肾上腺素能张力的变化,平均ICP可能会发生一些变化。由于ICP的某些变异性是预期的,临床使用ICP监测时,应用时间平均ICP来建立基线,一夜之间,至少测量30?#31181;?#34987;认为是非昏迷患者的“金标准”[ 11 ]。类?#39057;兀?#24403;ICP?#20013;?#36229;过至少5?#31181;?#26102;,ICP的改变具有临床意义。平均ICP的生理范围在仰卧成人中为7-15 mmHg,在儿童中为3-7 mm Hg,在婴儿中为1.5-6 mm Hg,尽管儿科人群的平均ICP可能因年龄而异,并且不太明确。为防止脑损伤,将ICP维持在其生理范围内是至关重要的。ICP增高引起的损伤主要通过以下两种机制之一发生:(1)脑缺血和(2)脑疝。脑血流量(CBF)与脑灌注压(CPP)密切相关,CPP由平均动脉压(MAP)和ICP通过以下关系控制,CPP=MAP-ICP。因此,随着ICP增加,MAP主要通过增?#26377;?#36755;出量而增加,以维?#27835;?#23450;的CPP。当ICP增高超过MAP升高的代偿能力时,CPP将受到损害并且可能随后出现脑缺血。在Monro-Kellie假说中,颅内空间是一个恒定的封闭空间,大脑和颅内CSF通过颅底的枕骨大孔?#26377;?#20026;脑干,?#39038;?#21644;充满CSF的椎管。当ICP明显增高时,颅内腔和椎管之间的压力差可导致脑组织向下运动(即疝),这会压迫重要的脑?#23665;?#26500;。

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图1. Monro-Kellie模型中颅内各腔?#19994;?#20869;容物。“脑组织”包括神经元,神经胶质,细胞外液和脑微血管。“静脉”和“动脉血”代表大血管系统和脑静脉窦内的颅内血容量。'CSF'包括脑室和脑池的CSF。

 

由于ICP即使在生理条件下也会有一些波动, 因此存在自身补偿机制来维持一个稳定的平均ICP。其中最重要的是改变大脑静脉血池的能力。此外,一些脑脊液有能力(尽管是有限的)可以进入椎管以进一步增高颅内空间。这?#26893;?#20607;储备是有限的,取决于系统的顺应性。当储备耗尽时体积小幅升高就有可能引起(致命)危险的ICP?#20013;?#21319;高(图2 )。除了这些?#33322;釯CP变化的机制外,脑血管自动调节功能还可以通过改变脑动脉阻力来维持应对ICP变化所必需的CPP。然而,自动调节仅在50-150mmHg的CPP之间?#34892;В?#20302;于和高于该范围的CPP可能就会分别发生脑缺血和脑肿胀(图3)。此外,自动调节能力还取决于动脉二氧化碳分压(PaCO 2 )。高碳酸血症导致脑血管扩张,导致CBF增加和过度灌注的风险。相反,低碳酸血症会导致血管收缩,这可能会造成缺血。

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图2. ICP的压力 – 容积曲线。压力 – 容积曲线有四个“区域?#20445;海?)基线颅内容量,具有良好的代偿性储备和高顺应性(蓝色); (2)随着颅内容量的增加,补偿性储备逐渐耗尽(黄色); (3)补偿性储备差,脑缺血和脑疝风险增加(红色); (4)极高的ICP引起脑微血管紊乱和脑血管反应性紊乱(灰色)。

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图3. 脑血流自动调节能力

ICP各组成的早期表征及其对临床结局的重要性,导致人们希望通过监测ICP来指导临床管理。最初降低ICP的?#36136;?#26041;法是使用脑室外引流(EVD),用于患有先天性脑积水的儿科患者中以引流脑脊液。直到20世?#32479;酰?#37319;用无菌技术避免医源性颅内感染,EVD才得以安全地放置。此后不久,Adson和Lillie在其1927年的具有里程碑意义的论文中描述?#35828;?#19968;个利用EVD的测压系统进行ICP监测的?#36947;?#20174;那时起,ICP的监测指征开始增加,目前,需要ICP监测的最常见的神经和神经外科疾病包括创伤性脑损伤(TBI),蛛网膜下腔出血(SAH)和脑积水。

 

2.有创ICP监测

ICP监测方法可分为侵入性和非侵入性方法。侵入性方法包括利用液体的系统和可植入的微换能器。非侵入性方法,其中大多数是间接测量ICP,将在本文后面?#33268;邸?#20405;入性方法,使用EVD监测ICP被认为是金标准,不仅是因为它的精度,而且,因为它还可以引流脑脊液用于治疗。当导管?#26800;?#21387;力与脑室内压力平衡时,EVD通过液体系统来监测(ICP)。该压力通过污渍量传感器传递到外部盐水填充管中,从该压力传感器进行压力测量。由于脑肿胀固有脑室太小或脑室受压,在这些患者中置入EVD是有困难的。此外,置管期间有5-7%的出血风险。EVDs不?#35270;?#20110;长期ICP监测,因为颅内感染的风险逐渐增加,五天后总体风?#23637;兰?#20026;5%。另一个利用液体的系统是蛛网膜下腔螺钉,通过颅骨钻?#23383;?#20837;,其尖端突出穿过?#24067;?#33180;进入蛛网膜下腔。然而,这些装置不能引流脑脊液并且具有相当大的局部伤口感染风险。

  

ICP?#37096;?#20197;使用植入式微传感器进行测量,例如应变仪设备,气动传感器和光纤传感器。在应变仪器中,ICP的变化引起膜片弯曲,引起电阻变化,从而计算ICP。气动传感器在探头的远?#21496;?#26377;球囊,其施加在球囊?#31995;?#21387;力等于周围组织的压力(即ICP)。气动传感器也用于测量颅内顺应性。在光纤传感器中,ICP变化会在传感器的顶端移动一个可移动的?#24213;櫻?#25913;变沿光?#36335;?#23556;回来的光的强?#21462;?#22823;多数微型传感器探头尖?#21496;?#22312;实质内放置,但这些?#37096;?#25918;置在脑室内,蛛网膜下腔,硬膜下或硬膜外腔室中(图4)。与EVD相比,植入式微传感器的优点是感染?#24335;系頹页?#34880;风险较高。然而,这些(设备)更昂贵,并且,除气动传感器外,通常不能在现场重新校准,这可能会影响ICP测量精?#21462;?#19968;般来说,微型换能器用于EVD放置失败或临床医生判断CSF引流不太可能需要的情况。

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图4. 有创ICP监测位置。这些部位代表可以用于测量ICP的颅内?#23548;?#21644;潜在的间隙。EVDs的脑室监测是临床?#23548;?#20013;最常见的部位,其次是脑实质内探头。

虽然(应用)ICP的管理具有明显的临床益处,但是与仅根据患者的神经学检查,影像学检查结果和临床医生的敏?#34892;?#30340;管理相比,文献中没有就ICP监测是否有临床益处达成共识。虽然一些研究表明,颅内压监测与改善生存相关,也有人认为颅内压监测不仅是没有有益的,而且事实上可能,导致更糟糕的结果。具体而言,在一些研究中,与没有颅内压监测的管理相比,颅内压监测与死亡率显著增加,住院时间延长,并发症发生率和住院资源的利用率增加相关。2012年,Chesnut等人进行了仅用于创伤性脑损伤(TBI)患者ICP监测的随机对照试验。作者比较了仅通过影像学和临床检查指导治疗的患者与另外接受有创ICP监测的患者之间的结果。总体6个月死亡率约为40%,与仅接受神经系统检查和连续CT成像治疗的患者相比,接受ICP监测的患者没有生存获益。总而言之,在重症患者中ICP监测的临床应用仍有改进?#30446;?#38388;。

 

3. 提高有创ICP监测效用的方法

 

3.1脑顺应性和ICP波形?#27835;?/span>

目前ICP管理?#25913;?#20027;要使用平均ICP作为主要度量来指导治疗[。看看颅内压力 – 容积曲线的形状(图),仅依?#31185;?#22343;ICP进行临床管理,这样就把?#23548;?#21464;成条件反射式的,而不是主动的。许多人认为,这就是为什么ICP监测没有获得比最初预期更多临床益处的原因。因此,这方面的研究已经将注意力转移至确定患者特定时间在压力-容积曲线的位置,特别是测量颅内顺应性和跟踪系统代偿能储备的消耗情况。

 

平均ICP是ICP波形的时间平均值(图5A)。使用Odin监测系?#24120;琁CM+ ,Sensometrics和ICU Pilot系统等软件,可以在神经重症监护环境中显示ICP波形[ 53 ]。ICP波形由三部分组成- (1)与呼吸周期(W2)相关的呼吸波?#21361;?.1-0.3Hz),(2)脉压波?#21361;ㄆ德剩?#31561;于心率,和(3)缓慢的血管波?#21361;?#20363;如,'LundbergA和B波')。脉压波形本身细分为三个波(图5B)。升高的ICP不仅会增加ICP的平均值,还会影响ICP波形的特性。具体而言,升高的ICP与动脉波的P2成分相对增加有关,这被认为代表着颅内顺应性降低。此外,出现LundbergA波,平均ICP?#20013;?#24613;剧增加?#20013;?-20?#31181;櫻部?#33021;意味着顺应性下降(图5C)。LundbergB波,在ICP升高的周期?#21592;?#21270;中集群式出现,每?#31181;?#20986;现0.33-3个周期,整个集群?#20013;?-30?#31181;櫻?#36825;一现象是顺应性下降的非特异?#21592;?#29616;,因为在ICP正常的病人中也会出现。

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图5. ICP压力波形。( A )呼吸周期(W2)和动脉周期(W1)引起的ICP波动; ( B )由于全身动脉循环引起的ICP波形的特写。P1(脉首波=代表动脉搏动),P2(潮汐波=代表颅内顺应性)和P3(重搏波=主动脉瓣关闭的压力传递)。升高的P2波是ICP升高和颅内顺应性降低的指标(*); ( C )Lundberg A(高原)和B波; 改编自Hall等人。

可以通过波形的频?#36861;治?#26469;分离动脉循?#36820;?#33033;冲振幅(AMP),已证实这是一个有用的指标,其中较高AMP与?#31995;?#39034;应性相关。此外,RAP系数也被提出并作为量度补偿储备,它是AMP振幅之间(A)和平均ICP(P)之间的相关系数(R)。在低ICP时,“压力 – 容积曲线”的线性部分中,RAP值为0,这表明良好的补偿储备(例如,大脑顺应性)。在中度增加的ICP中,RAP在指数上升部分具有+1值,这表示低补偿储备。当ICP进一步增加,由于CBF紊乱和脑微血管障碍,造成AMP减少,导致RAP成为负值。虽然文献关于AMP或RAP在评估脑代偿储备方面是否更准确仍然没有明?#36820;?#20849;识。最近的一项研究表明,RAP加权的ICP与TBI患者的预后显着相关

 

虽然ICP波形的定性评估是当前临床?#23548;?#30340;一部分,但是没有广泛使用的计算工具来定量?#27835;?#30740;究领域之外的这些连续数据流。已提出一些机器学习和深学习算法,尝试作为这些数据的可能的方法。最近的一项研究表明,仅用深度学习算法的波形特征来检测增高的ICP,其准确率约为92% 。同样,BrainIT小组进行的一项多?#34892;?#30740;究表明,基于机器学习的模型能够在使?#20204;?#22235;个小时的ICP和MAP数据组合之前30?#31181;?#39044;测ICP升高,从而支持这?#33267;?#32493;监测数据的方法学方法。

 

3.2自动调节

正如前面提到的,脑血管自动调节是一个关键性的固有机制,被旨在面?#21592;?#21270;的ICP而保持恒定的CPP在改变ICP 。已经提出,把重点放在脑血管自动调节和CPP监测,作为ICP辅助监测,有益于临床。虽然有几个脑血管自动调节指数,但最常用的是压力反应指数(PRx),它是ICP与动脉血压(MAP)之间的时间平均相关系数。正值的PRx表示脑的自动调节能力受损,而负值的PRx反映正常的自身调节能力。使用自动调节加权ICP和CPP的,根据PRx计算患者具体的ICP和优化CPP的阈值,该方法已被提出。患者特异性ICP阈值,已显示出比20-25mm Hg的固定ICP阈值范围更强的死亡率预测能力。同样,最近的一项综述表明,测量的CPP与计算的加权最佳CPP的接近程度与改?#39057;?#32467;果相关,但仍需要更严格的研究来验证这种趋势。

 

3.3脑氧合

ICP升高与脑血管自动调节受损的主要风险是脑缺血和随后的缺氧。一些研究表明,TBI患者发生缺氧?#37096;?#20197;由于弥散障碍而不是归因于ICP的灌注不足。因此,已经提出监测脑组织氧?#24076;≒bO2)将提供组织健康(程度)更接近的?#20848;疲?#22240;此可能比平均ICP更直接地与患者结局相关。该假设在最近结束的随机对照BOOST-II试验中进行了检测。将严重TBI患者随机分为两组?#33322;鯥CP组或ICP + PbO2导向的管理组。将ICP探头和PbO 2探头均置于脑实质内。该研究表明,与单独ICP监测相比,采用PbO2监测与ICP联?#31995;?#22810;模式方法可减少脑组织缺氧,从而降低死亡率,获得更有利的结局。这种多模式方法对神经系统结局的影响将在即将进行的BOOST-III试验?#26800;?#21040;进一步评估。

 

近红外光谱(NIRS)是一种非侵入性技术,目前正在开发用于评估脑氧合和ICP。NIRS传感器将NIR光发射到头部表面并检测反射光。基础组织特征的变化会影响光吸收和扩散,随后的光?#36861;治?#21487;用于获取有关组织状态的信息。该技术在监测心脏和血管?#36136;?#20197;及儿科人群的氧合方面已获得成功,因为头骨特征特别适合。然而,由于头皮和颅骨损伤的影响,以及在基线饱和病理改变,使得在脑外伤患者中使用这种技术实施一直存有障碍,使得它在这些情况下不是那么地可靠。

4. 非侵入性ICP监测

侵入性ICP监测是目前衡量ICP的最准确方法。此外,除了提供诊断信息外,EVD还通过引流CSF而有治疗作用;因此,尽管存在与放?#20204;?#20837;性ICP的相关风险,但大多数危重病人仍然是必要的。然而,在某些具体情况和人群中,评估ICP的非侵入性方法是可取的。例如,在无法及时获?#20204;?#20837;性干预的情况下,非侵入性监测方法可用于筛查ICP升高的患者,例如在野外或没有神经外科医生的情况下。此外,可以对ICP升高疑似程度相对?#31995;?#30340;但需要排除这种可能性的患者中进行非侵入性筛查。这可能会减少在不必要的情况?#36335;胖们?#20837;性监测器。

 

4.1经颅多普勒(TCD

在神经重症中,经颅多普勒(TCD)最常用于监测蛛网膜下腔出血相关的血管痉挛时脑血流量(CBF)变化。使用TCD衍生数据的许多模型显示出与侵入性测量ICP的相关性;这些模型已经开始测量大脑中动脉血流速度(FV),动脉血压和搏动指数(PI)。最近的一项前瞻性,头对头的研究发现,使?#23186;?#21512;这些方法的模型优于单独估算ICP。组合模型?#39057;?#30340;ICP与侵入式ICP测量相关(R= 0.47; p<0.05),曲线下面积为0.73(p <0.05)。虽然计算建模继续使得基于TCD的连续ICP?#20848;聘?#20934;确,但该技术在其广泛集成到临床?#23548;?#20013;具有一些自身局限性。像大多数超声波技术一样,TCD容易出现观察者自身和观察者之间的差异。此外,它是一次性测量,虽然它具有作为筛查工具的潜力,但对于需要连续监测的患者来说还是不够的。最后,在10-15%的患者中,颅骨特征限制了超声波的传导,使得TCD难以解读。基于TCD的CBF和自动调节评估?#28982;?#20110;TCD的ICP?#20848;聘?#25104;功,因此该技术很快就作为神经?#23548;械?#31070;经监测设备而不是ICP传感器。

 

4.2视神经?#25163;本叮∣NSD)

当视神经离开颅内进入眼眶时,它仍然被硬脑膜鞘包围。因此,神经周围的蛛网膜下腔与颅内蛛网膜下腔相邻。ICP升高可通过蛛网膜下腔CSF传导,引起视神经?#19990;?#24352;,并可通过经眼超声检查。一些研究已经证明侵入式测量ICP和超声ONSD测量之间的相关性,整体灵敏度和特异性分别为0.90和0.85 。最近的一项前瞻性研究证实了相?#39057;?#25935;?#34892;?#21644;特异性,并建议将?#26412;?#20026;5.6mm作为诊断ICP增高的最佳临界值。虽然观察者自身和之间的变异似乎低于TCD,这种技术不能在患者面部创伤或与其他会影响ONSD的医疗情况(例如,格?#36861;?#26031;病,结节病)。此外,有一些建议认为,当ICP出现急剧波动时,ONSD的特异性会降低。尽管如此,在无法及时进行侵入性监测的环境中,ONSD测量可能会成为ICP筛选检测。

 

光学相干断层扫描(OCT)是另一种用于ICP测量的眼?#21697;?#27861;。它还取决于ICP通过视神经鞘的传导,并?#20197;?#35780;估儿童ICP中具有特别的前景。

 

4.3基于成像的方法

?#34892;?#22810;与ICP升高相关的大的解剖改变,可以使用计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)进行检测。例如,严重占位病变可造成脑室受压和中线移位。类?#39057;兀?#33041;室扩张提示脑积水,脑水肿导致灰质和?#23383;式?#32447;消失。CT和MRI通常用于诊断目的,可提供有关ICP的定性信息。在一项小型试验研究中,基于MRI的技术通过评估净经颅血流量和脑脊液流量来估算ICP,能够区分ICP正常或升高的患者。另一项针对TBI患者的小型研究显示,使用CT确定的CSF体积与颅内总体积的比率,可以区分患者亚组中正常和升高的ICP,预测准确度为67%。虽然在成像时继续使用定性?#27835;觶?#30446;前,这些方法还不能独立地足够可靠地作为ICP升高的筛选工具。

 

4.4遥测传感器

需要长期ICP监测以检测置入脑室- 腹腔(VP)分流而分流功能障碍的患者,以及评估慢性颅内高压症患者的ICP。感染风险使得这些患者群体无法进行长期经颅监测(例如,EVD,螺栓),因此,植入式遥测传感器已作为一种可能的解决方案进行了研究。多年来已经试验了几?#26893;?#21516;的传感器,这两种商用传感器都是应变仪微传感器,由一个皮下安置的外壳单元和一个通过颅骨内的小钻孔进入颅内的元件组成。NeuroventP-tel(Raumedic,Helmbrechts,德国),传感器是一个实质内微传感器,而Reservoir传感器(Miethke,波茨坦,德国)是一个CSF储存集成单元,它与一根脑室内导管相连。在这两个系统中,由ICP变化产生的电路电阻变化被记录在微芯片?#24076;?#38543;后临床医生可以使用外部设备读取信息。这两种技术都显示出了利用传感器衍生的ICP信息来指导慢性分流患者调节阀调整的希望。尽管很早就有使用基于CSF流量的管路一体化ICP传感器的尝试,但长期以来仍然有这种技术的需求,这样就可以避免再植入另一个设备。

 

5. 结论

人们早就知道高ICP的治疗会影响各种神经系统疾病患者的临床结局。ICP监测系统仍有改进空间,可提供更多可操作的信息和改善临床效益。对于有创ICP的监测方法,改进的方向主要在于整合了脑自动调节和氧?#31995;?#25351;标发热多模态方法。因此,在这个领域中,存在对集成传感器的?#24067;?#38656;求,以及对处理和?#27835;?#22810;个连续神经监测数据流的算法的计算需求。此外,继续开发非侵入性ICP传感器有可能减少对一系列患者进行侵入性干预的需求。


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