多模態(tài)床旁腦功能監(jiān)測(cè)在新生兒中的應(yīng)用進(jìn)展2024

摘要

新生兒腦功能異常得到及時(shí)診治，對(duì)改善神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后至關(guān)重要。當(dāng)前評(píng)

估新生兒腦功能的方法多存在局限性，而多模態(tài)床旁腦功能監(jiān)測(cè)綜合多種

評(píng)估方法，可提供更加全面的信息，實(shí)現(xiàn)不同模態(tài)數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可對(duì)新

生兒腦功能進(jìn)行更好的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。本綜述介紹了多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析及

其在醫(yī)學(xué)評(píng)估中的應(yīng)用，重點(diǎn)總結(jié)和分析了神經(jīng)血管耦合等現(xiàn)有新生兒多

模態(tài)床旁腦功能監(jiān)測(cè)的研究進(jìn)展。

隨著圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展和危重新生兒救治水平的提高，新生兒存活率逐漸提

高，但腦損傷發(fā)生率并未降低。足月兒缺氧缺血性腦病是新生兒腦損傷最

常見(jiàn)的原因[1],發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)病率約為0.1%~0.3%[2,3,4],發(fā)展中

國(guó)家更高[5];若治療不及時(shí)，約26%的幸存患遺留神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障

礙[6]腦室周圍和腦室內(nèi)出血(intraventricularhemorrhage,IVH)

是早產(chǎn)兒腦損傷的最主要原因[1],發(fā)病率約為23%[7,8],即使是輕

度IVH(I和II級(jí))，也有約22%的患兒遺留神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥[9],給家

庭和社會(huì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。新生兒發(fā)生腦損傷時(shí)，早期功能異常?？赡?，一

旦出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷病情常已進(jìn)展為不可逆。因此臨床的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何及時(shí)

發(fā)現(xiàn)腦功能異常，盡早開(kāi)始診治，以改善神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及預(yù)后。

床旁連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新生兒腦功能的方法包括腦電圖

(electroencephalography,EEG)、振幅整合腦電圖

(amplitude-integratedEEG,aEEG)和近紅外光譜(nearinfrared

spectroscopy,NIRS)等，但均有各自的局限性。EEG具有高時(shí)間分辨

率，但包含復(fù)雜的時(shí)空信息，需電生理專家讀圖解釋［10LaEEG是EEG

的簡(jiǎn)化，更易于應(yīng)用和解釋，可以很好地顯示大腦活動(dòng)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

［11L但EEG和aEEG空間分辨率均有限，無(wú)法監(jiān)測(cè)大腦皮層下區(qū)域的

腦功能；NIRS具有高時(shí)間分辨率，但空間分辨率和信噪匕徽低。多模態(tài)

床旁腦功能監(jiān)測(cè)指同時(shí)監(jiān)測(cè)EEG、aEEG和NIRS等不同指標(biāo),融合不同

模態(tài)數(shù)據(jù)之間的互木M言息，利用其相關(guān)性，快速、有效、精準(zhǔn)評(píng)估新生兒

腦功能的監(jiān)測(cè)方法。本綜述旨在總結(jié)現(xiàn)有新生兒多模態(tài)床旁腦功能監(jiān)測(cè)的

研究,并對(duì)現(xiàn)有研究展開(kāi)分析。

一、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析與醫(yī)學(xué)應(yīng)用

信息可以通過(guò)不同來(lái)源獲得，每一種數(shù)據(jù)來(lái)源稱為一個(gè)模態(tài)，同一現(xiàn)象的

多種數(shù)據(jù)來(lái)源稱為多模態(tài)。與包含部分信息的單模態(tài)數(shù)據(jù)不同，多模態(tài)數(shù)

據(jù)通常包含來(lái)自各模態(tài)的互補(bǔ)信息［12,13L盡管不同模態(tài)數(shù)據(jù)從不同領(lǐng)

域或視角呈現(xiàn)同一現(xiàn)象，但都有其獨(dú)特的統(tǒng)計(jì)特性，這些特性通常存在較

強(qiáng)的相關(guān)性［141多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析通過(guò)融合來(lái)自不同模態(tài)的互補(bǔ)信

息，找到數(shù)據(jù)的潛在聯(lián)系,從多種模態(tài)中捕捉它們之間的相關(guān)性，從而對(duì)

自然現(xiàn)象有更深入的理解和認(rèn)識(shí)［15J6L

在醫(yī)學(xué)評(píng)估領(lǐng)域，不同疾病可能會(huì)有一些共同的癥狀或表現(xiàn)，導(dǎo)致單模態(tài)

數(shù)據(jù)無(wú)法完整準(zhǔn)確地評(píng)估疾?。?7L近年來(lái)多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析已逐漸

應(yīng)用于成人腦功能的臨床評(píng)估和基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究。對(duì)阿爾茨海默癥［181

帕金森病［191精神分裂癥［20］的研究均顯示，通過(guò)不同模態(tài)之間的

互補(bǔ)性，多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析可以實(shí)現(xiàn)更高的診斷準(zhǔn)確率。因此多模態(tài)數(shù)

據(jù)融合分析可應(yīng)用于新生兒腦功能監(jiān)測(cè)，聯(lián)合床旁連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)具有快速、

有效、精準(zhǔn)的特點(diǎn)。

二、新生兒多模態(tài)床旁腦功能監(jiān)測(cè)

(-)aEEG/EEG與NIRS聯(lián)合應(yīng)用

1.神經(jīng)血管耦合(neurovascularcoupling,NVC):NVC是Roy和

Sherrington［21］在1890年提出的概念，指神經(jīng)元瞬時(shí)放電與繼發(fā)腦

血流改變之間的關(guān)系。aEEG可以監(jiān)測(cè)新生兒的腦電活動(dòng)，反映神經(jīng)系統(tǒng)

功能［22］;NIRS可以監(jiān)測(cè)新生兒的腦氧飽和度(cerebraloxygen

saturation,rSO2),反映腦血流動(dòng)力學(xué)［23］,二者在新生兒腦損傷的評(píng)

估和預(yù)后方面優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)［24；NVC可對(duì)同時(shí)記錄的aEEG和rSO2進(jìn)行

交叉小波變換，計(jì)算時(shí)頻域中兩信號(hào)的局部相關(guān)系數(shù)R2,分析小波一致

性來(lái)量化［25,26,27,28L通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用aEEG和NIRS監(jiān)測(cè)腦電活動(dòng)

和rSO2,并使用上述小波一致性分析算法，可以量化腦損傷新生兒神經(jīng)

元放電與腦血管舒縮的結(jié)構(gòu)及功能的聯(lián)系,即NVC,并通過(guò)NVC的變化

評(píng)估患兒腦損傷嚴(yán)重程度、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及預(yù)后［251

Chalak等［25］同時(shí)記錄了8例接受亞低溫治療的中重度缺氧缺血性腦

后良好的患兒，表現(xiàn)為安靜睡眠時(shí)長(zhǎng)增加、安靜睡眠期間EEG功率降低

(0.5-2Hz),以及清醒和安靜睡眠之間的組織氧提取分?jǐn)?shù)差異減弱.提

示新生兒睡眠監(jiān)測(cè)可能成為遠(yuǎn)期神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后的預(yù)測(cè)指標(biāo)。但該研究?jī)H局

限在足月口近足月兒，尚未對(duì)早產(chǎn)兒睡眠與神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后的關(guān)系進(jìn)行研

究。此外新生兒安靜睡眠時(shí)間增加但效率降低是大腦功能異常的表現(xiàn)之一,

提示此類患兒可能為大腦功能障礙的高危兒，目前仍不確定。

3.aEEG/EEG.NIRS、功能性超聲心動(dòng)圖(echocardiography,ECHO)

與顱腦超聲的聯(lián)合應(yīng)用：極早產(chǎn)兒腦血流動(dòng)力學(xué)改變與其心臟泵功能密切

相關(guān)[31L功能性ECHO可在床旁監(jiān)測(cè)患兒上腔靜脈血流量和心輸出量

[32],白頁(yè)腦超聲可以評(píng)估腦損傷嚴(yán)重程度。但極早產(chǎn)兒的腦功能監(jiān)測(cè)存

在頭圍小、皮膚脆弱和培養(yǎng)箱濕度高等挑戰(zhàn)[33LDeshpande等[33]

測(cè)量了50例胎齡23~27周早產(chǎn)26例IVH注后72h內(nèi)aEEG和rSO2,

并在生后4~8h、12-18h.24-30h和48-60h進(jìn)行心臟超聲和顱腦

超聲檢查，結(jié)果表明aEEG、rSO2和功能性ECHO的特征性變化可能與

早產(chǎn)兒腦室內(nèi)出血有關(guān)。該研究從操作層面證實(shí)生后72h內(nèi)聯(lián)合應(yīng)用

aEEG、NIRS、功能性ECHO和盧頁(yè)腦超聲監(jiān)測(cè)極早產(chǎn)兒心臟功能和腦血流

動(dòng)力學(xué)的可行性、安全性及耐受性。

4.aEEG/EEG、NIRS與擴(kuò)散相關(guān)光譜(diffusecorrelationspectroscopy,

DCS)的聯(lián)合應(yīng)用：DCS是一種利用近紅外光進(jìn)行無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)組織血流的技

術(shù)[34],可以在床旁監(jiān)測(cè)腦血流量(cerebralbloodflow,CBF\聯(lián)合

應(yīng)用EEG、功能性近紅外光譜（functionalNIRS,fNIRS1DCS和床旁

動(dòng)脈血壓綜合分析腦電活動(dòng)以及CBF和rSO2,可以研究靜息狀態(tài)下早產(chǎn)

兒自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)暴發(fā)與相應(yīng)血流動(dòng)力學(xué)之間的NVC［35

Nourhashemi等［35］使用混合EEG-NIRS-DCS貼片放置在32例平均

胎齡29.3周早產(chǎn)兒的前額上進(jìn)行腦功能監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)兒從靜息狀態(tài)到

自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)暴發(fā)發(fā)生了各種腦血流動(dòng)力學(xué)變化，證明該多模態(tài)監(jiān)測(cè)方

法在早產(chǎn)兒腦功能監(jiān)測(cè)中的可行性，為臨床監(jiān)測(cè)早產(chǎn)兒不成熟的NVC提

供了一種新的方法。未來(lái)可以進(jìn)一步研究該多模態(tài)監(jiān)測(cè)方法在患有各種腦

病的早產(chǎn)兒靜息狀態(tài)下的腦功能監(jiān)測(cè)。

（二）NIRS監(jiān)測(cè)細(xì)胞色素氧化酶（cytochromecoxidase,CCO\rSO2

和腦血容量

線粒體中CCO的氧化形式（oxidisedformCCO,oxCCO）濃度可反映

腦代謝［36］,rSO2反映腦組織氧供應(yīng)與氧代謝的動(dòng)態(tài)平衡［37］,腦血

容量體現(xiàn)腦組織總血紅蛋白濃度變化，進(jìn)而反映腦組織微血管的擴(kuò)張與收

縮。使用寬帶近紅夕洸譜（broadbandNIRS,bNIRS）監(jiān)測(cè)oxCCO濃

度、rSO2和腦血容量，可以實(shí)時(shí)反應(yīng)新生兒大腦能量代謝和腦氧合的變

化，從而評(píng)估患兒月酎員傷嚴(yán)重程度及神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后［38L

Bale等［38］對(duì)24例接受亞低溫治療的缺氧缺血性腦病患兒生后前4d

的腦氧合和代謝變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄到54次脈搏氧飽和度自發(fā)下降，在

下降期間使用NIRS監(jiān)測(cè)oxCCO濃度、rSO2和腦血容量，并在患兒生后

第5天和第10天進(jìn)行功能磁共振波譜（magneticresonance

spectroscopy,MRS）掃描，并把MRS衍生的丘腦乳酸（lactate,Lac）

和N-乙酰基天冬氨酸（N-acetyl-aspartate,NAA）的峰面積比Lac/NAA

作為患兒神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后判斷標(biāo)準(zhǔn)，以Lac/NAA<0.3表明近期預(yù)后良好。

上述研究發(fā)現(xiàn)，在月射員傷嚴(yán)重的患兒中rSO2降低導(dǎo)致oxCCO濃度顯著

降低，表明腦氧合下降，導(dǎo)致大腦代謝降低，提示脈搏氧飽和度下降時(shí)線

粒體活性的變化與?J員傷嚴(yán)重程度有關(guān)。在近期預(yù)后方面,預(yù)后良好的患

兒oxCCO濃度沒(méi)有變化；預(yù)后不良的患兒oxCCO濃度顯著降低,提示

嚴(yán)重腦病的患兒存在大腦代謝率降低和線粒體功能障礙。聯(lián)合應(yīng)用oxCCO

濃度、rS02和腦血容量預(yù)測(cè)患兒神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)腦氧合每下降1p

M、oxCCO濃度下降超過(guò)0.06pM時(shí)提示預(yù)后不良，預(yù)測(cè)預(yù)后的敏感度

為64%,特異度為79%e

因此，通過(guò)對(duì)內(nèi)02、腦血容量和CCO的聯(lián)合分析可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)新生兒的

腦氧合和代謝變化，評(píng)估腦損傷的嚴(yán)重程度和神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后，并且對(duì)不同

嚴(yán)重程度的腦損傷更為敏感。

（三）功能性超聲成像（functionalUS,fUS）與EEG的聯(lián)合應(yīng)用

fUS監(jiān)測(cè)腦血容量變化具有較高靈敏度［39L通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用fUS和EEG

監(jiān)測(cè)腦血容量和腦電活動(dòng)，可以監(jiān)測(cè)新生兒靜息狀態(tài)下腦內(nèi)功能連接和動(dòng)

態(tài)功能連接，評(píng)估新生兒腦損傷和腦發(fā)育［401

Baranger等［40］使用fUS聯(lián)合EEG床旁監(jiān)測(cè)新生兒早期不同腦區(qū)之間

的功能連接（功能網(wǎng)絡(luò)）來(lái)評(píng)估新生兒腦功能，觀察到驚厥足月兒丘腦-

皮層連接網(wǎng)絡(luò)同步率為（45±16）%,遠(yuǎn)低于健康足月兒的（80±7）%,

表明該技術(shù)可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)生命早期功能網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，并快速識(shí)別非典型的

連接模式。說(shuō)明新生兒腦功能連接狀態(tài)有望提供認(rèn)知障礙的早期標(biāo)識(shí)，并

潛在地預(yù)測(cè)腦損傷和神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后。

（四）體感誘發(fā)電位（somatosensoryevokedpotentialfSEP）和

aEEG/EEG聯(lián)合應(yīng)用

SEP與aEEG/EEG聯(lián)合可用于評(píng)估窒息新生兒生后第1天的腦損傷嚴(yán)重程

度以及預(yù)測(cè)亞低溫治療窒息新生兒的預(yù)后［41,42LNevalainen等［41］

對(duì)26例胎齡35~42+1周窒息新生兒在生后72h內(nèi)亞低溫治療期間進(jìn)行

SEP-aEEG記錄，記錄期間使用表面電極和便攜式外周神經(jīng)電刺激器刺激

新生兒雙側(cè)腕部或手掌處正中神經(jīng)，并在電流刺激后檢測(cè)SEP,每側(cè)檢測(cè)

結(jié)果都分為存在（刺激后15~100ms出現(xiàn)明顯峰值\缺失或不可靠（如

刺激期間持續(xù)發(fā)作或^激腕部以外的部位時(shí)無(wú)明顯反應(yīng)），生后9~18月

齡隨訪其神經(jīng)系統(tǒng)預(yù)后發(fā)現(xiàn)4例預(yù)后不良的患兒新生J廢月SEP雙側(cè)缺失,

aEEG背景活動(dòng)不連續(xù)；20例預(yù)后良好的患兒中，19例SEP雙側(cè)存在，

aEEG背景活動(dòng)連續(xù)；1例SEP單側(cè)存在的患兒，在生后52h后aEEG背

景活動(dòng)恢復(fù)連續(xù),MRI結(jié)果顯示其左尾狀核與SEP缺失側(cè)的另T則有一個(gè)

小的梗死灶。研究結(jié)果表明，SEP雙側(cè)缺失、aEEG背景活動(dòng)不連續(xù)與預(yù)

后不良相關(guān)。

因此聯(lián)合應(yīng)用aEEG和SEP能在了解EEG背景活動(dòng)的情況下評(píng)估SEP,

以消除SEP中癲癇發(fā)作帶來(lái)的影響；同時(shí)由于SEP對(duì)低溫的抵抗力，當(dāng)

基于aEEG的預(yù)測(cè)有限時(shí)，聯(lián)合SEP可以在生后48h內(nèi)評(píng)估腦損傷嚴(yán)重

程度。

三、總結(jié)與展望

從目前對(duì)新生兒多模態(tài)監(jiān)測(cè)方法的研究結(jié)果