洪文學(xué) 張仲鵬 宋佳霖 張 濤 劉旭龍 陳 寧 譚建強(qiáng)

1(燕山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，秦皇島 066004)

2(中國人民武裝警察部隊(duì)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，天津 300162)

3(天津市漢沽區(qū)醫(yī)院，天津 300480)

引言

麻醉是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床手術(shù)中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但實(shí)施麻醉具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步、人民生活水平的不斷提高，人們在注重治療效果的同時(shí)，對醫(yī)療過程是否能夠無痛化也有著更高的要求。僅以上海市為例，2005年全年有53萬例患者接受麻醉治療，而2009年這一數(shù)字躍升為88 萬[1]。

麻醉過程的風(fēng)險(xiǎn)是多方面的，嚴(yán)重時(shí)將危及患者生命，其中較為多發(fā)的是各種麻醉并發(fā)癥(呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)的并發(fā)癥等)[2]。如人們熟知的麻醉術(shù)中知曉(簡稱“術(shù)中知曉”)一項(xiàng)，按照相關(guān)研究數(shù)據(jù)推算，在美國每年接受全麻手術(shù)的2000萬人中，有約26000例病例發(fā)生[3]。而相對國外數(shù)據(jù)而言，我國的術(shù)中知曉率更高，為0.72%～2%[4-6]。越來越多的實(shí)驗(yàn)及臨床證據(jù)表明，準(zhǔn)確的麻醉深度監(jiān)測有效地降低了意外的麻醉并發(fā)癥的發(fā)生率，同時(shí)也提高了麻醉的質(zhì)量[7]。2005年10月，全球麻醉學(xué)界權(quán)威的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)——美國麻醉醫(yī)師協(xié)會(huì)，通過了《關(guān)于術(shù)中知曉和腦功能監(jiān)測的指導(dǎo)意見》[8]，不僅體現(xiàn)了對術(shù)中知曉的高度重視，同時(shí)也進(jìn)一步肯定了麻醉深度監(jiān)測特別是腦功能監(jiān)測在臨床麻醉中的有效性和必要性。因此，如何為患者提供安全可靠的麻醉，是目前麻醉學(xué)研究相關(guān)領(lǐng)域的重點(diǎn)課題，而如何監(jiān)測和評(píng)估臨床麻醉深度無疑是其核心問題之一，是一個(gè)值得關(guān)注的生物醫(yī)學(xué)工程研究方向。

文中主要闡述麻醉定義的研究歷程、麻醉深度監(jiān)測的技術(shù)手段，介紹當(dāng)前技術(shù)較為成熟、應(yīng)用較為廣泛的麻醉深度監(jiān)測儀器，對比國內(nèi)外相關(guān)研究的現(xiàn)狀，并對未來的麻醉深度監(jiān)測儀器發(fā)展加以展望。

1 麻醉深度監(jiān)測研究的基礎(chǔ)

在麻醉學(xué)的發(fā)展過程中，麻醉及麻醉深度的定義一直是臨床麻醉師所關(guān)注的重要問題。麻醉的定義是對麻醉狀態(tài)的理解與解釋，是麻醉深度監(jiān)測研究的基礎(chǔ);麻醉深度的定義是對不同麻醉狀態(tài)或麻醉程度的解釋。麻醉深度的定義由麻醉的定義所決定，且兩者是相輔相成的，不應(yīng)割裂地理解。因此，對實(shí)際臨床手術(shù)中麻醉及麻醉深度的監(jiān)測，離不開麻醉及麻醉深度的定義這一理論基礎(chǔ)。

麻醉及麻醉深度定義的發(fā)展變化，從1846年Oliver Wendell Holmes創(chuàng)用“麻醉”一詞以來，始終貫穿于麻醉學(xué)的整個(gè)發(fā)展進(jìn)程。1987年，Prys-Roberts提出其麻醉理論，指出麻醉是對傷害性刺激反應(yīng)和意識(shí)知覺水平的抑制，并對傷害性刺激反應(yīng)影響進(jìn)行了細(xì)分，但其認(rèn)為不存在麻醉深度的定義[9]。1988年，Glass提出應(yīng)將“有無意識(shí)”進(jìn)一步理解為腦皮質(zhì)層的興奮與抑制的平衡狀態(tài)[10]。1990年，Stanski認(rèn)為麻醉應(yīng)是對傷害性刺激的無反應(yīng)和無回憶，而不包括麻痹和意識(shí)存在下的無痛狀態(tài)[11]。近期，我國于布為教授等根據(jù)麻醉定義隨著所用藥物而不斷演化且很難找到統(tǒng)一定義的現(xiàn)狀，提出了“麻醉狀態(tài)”概念[11]。麻醉狀態(tài)理論認(rèn)為：“麻醉后的意識(shí)消失僅僅是哲學(xué)意義上的麻醉概念，而不是臨床實(shí)際意義上的麻醉;臨床實(shí)際意義上的麻醉，應(yīng)當(dāng)是在意識(shí)消失的基礎(chǔ)上，還能有效地抑制手術(shù)操作引起的傷害性應(yīng)激反應(yīng)，而在沒有手術(shù)刺激時(shí)，又不致引起循環(huán)、呼吸的衰竭?！盵1]

因此，麻醉依賴于兩個(gè)起相反作用的因素：一是麻醉劑，誘發(fā)不同程度的麻醉在一定程度上取決于所使用的藥物及劑量;二是手術(shù)刺激，手術(shù)刺激使交感神經(jīng)系統(tǒng)活躍，從而增加了患者的軀體和自主意識(shí)的反應(yīng)水平。事實(shí)上，由于臨床麻醉采用的麻醉方法和藥物的差異，造成了麻醉及麻醉深度缺乏統(tǒng)一的準(zhǔn)確評(píng)估尺度。伴隨新型麻醉技術(shù)和麻醉劑的發(fā)展，如靜脈麻醉、區(qū)域性神經(jīng)阻滯技術(shù)，以及強(qiáng)效阿片類鎮(zhèn)靜劑和新型揮發(fā)性藥劑的臨床應(yīng)用，麻醉深度的監(jiān)測評(píng)估急需與之互相適應(yīng)，以保證臨床麻醉能夠安全可靠地實(shí)施。

2 麻醉深度監(jiān)測的技術(shù)手段

麻醉深度監(jiān)測旨在保證患者獲得適宜的臨床麻醉效果，既要避免因?yàn)槁樽硇Ч蛔銓?dǎo)致術(shù)中知曉，又要防止因?yàn)槁樽硭巹┻^量使患者生命安全受到威脅[2，8]。

在實(shí)際臨床手術(shù)麻醉過程中，麻醉深度監(jiān)測的技術(shù)手段多樣且劃分方法不一。一般將麻醉深度監(jiān)測方法分為兩大類：一是主觀方法，麻醉師依靠患者對刺激產(chǎn)生的自主和不自主運(yùn)動(dòng)，根據(jù)其個(gè)人經(jīng)驗(yàn)做出主觀判斷[12];二是客觀方法，借助靈敏的監(jiān)測儀器，對患者某項(xiàng)生命體征(如心率、腦電圖EEG等)或與麻醉藥劑相關(guān)的指數(shù)(吸入式藥劑最小肺泡濃度MAC、半數(shù)有效血漿濃度Cp50等)進(jìn)行監(jiān)測，得出對麻醉深度的客觀評(píng)估。麻醉監(jiān)測手段可根據(jù)其原理分為三大類：一是特殊麻醉藥劑的臨床麻醉深度狀態(tài)參量，如 MAC、Cp50等;二是麻醉深度測定的電生理方法;三是其他麻醉深度測量方法[13]。其中，特殊藥劑的臨床麻醉深度狀態(tài)參量在臨床麻醉深度研究中開展較早，但由于其特異性較高，所以應(yīng)用局限性較大。

目前能夠廣泛應(yīng)用的麻醉深度監(jiān)測方法見表1。

主觀方法要求麻醉師具有豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)，才能準(zhǔn)確地把握實(shí)際麻醉深度狀態(tài)，但經(jīng)驗(yàn)手段往往容易出錯(cuò)。因此，臨床麻醉深度監(jiān)測正在更多地依賴于客觀監(jiān)測手段(儀器)的幫助。在目前麻醉深度客觀監(jiān)測手段中，腦電圖及其衍生指數(shù)與誘發(fā)電位研究較為深入，實(shí)際臨床應(yīng)用也較為廣泛[14-22]。

表1 麻醉深度監(jiān)測方法Tab.1 Summary about depth of anesthesia monitoring method

腦電圖及其衍生指數(shù)是研究最為廣泛的麻醉深度客觀監(jiān)測手段，包括原始EEG、頻譜分析法(常見頻譜包括壓縮譜陣(compressed spectral array)、邊緣頻率(spectral edge frequency)及中頻(median frequency))、腦電雙頻指數(shù)(bispectral index，BIS)、熵指數(shù)(entropy，常見狀態(tài)熵 SE和反應(yīng)熵 RE)、Narcotrend指數(shù)(narcotrend index或麻醉趨勢指數(shù))、患者狀態(tài)指數(shù)(patient state index)、Snap指數(shù)(snap index)和腦狀態(tài)指數(shù)(cerebral state index)[12-13]。

誘發(fā)電位，是指對神經(jīng)系統(tǒng)某一特定部分施加適宜刺激，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)相應(yīng)部位檢出與刺激有對應(yīng)關(guān)系的電位變化，即中樞神經(jīng)在感受刺激后產(chǎn)生的生物電活動(dòng)。誘發(fā)電位可分為軀體感覺誘發(fā)電位(SEP)、聽覺誘發(fā)電位(AEP)和視覺誘發(fā)電位(VEP)[12-13]，其中研究集中于聽覺誘發(fā)電位[20-22]。

3 麻醉深度監(jiān)測儀研究與應(yīng)用的現(xiàn)狀及趨勢

麻醉深度監(jiān)測儀器是實(shí)現(xiàn)麻醉深度客觀監(jiān)測方法的可靠途徑，目前能夠商業(yè)化銷售的麻醉深度監(jiān)測儀器主要是應(yīng)用腦電圖及其衍生指數(shù)和誘發(fā)電位(特別是聽覺誘發(fā)電位)作為麻醉深度監(jiān)測手段，常見的麻醉深度(狀態(tài))監(jiān)測儀器[13，23]如表 2所示。

表2 麻醉深度監(jiān)測儀器Tab.2 Summary about depth of anesthesia monitoring instruments

其中，CSI監(jiān)測儀、AAI 1.6、PSI分析儀等前瞻性監(jiān)測儀器仍需要進(jìn)一步臨床試驗(yàn)驗(yàn)證[23，26]，而基于近似熵、香農(nóng)熵及EEG復(fù)雜度的麻醉深度監(jiān)測儀器還未能進(jìn)入商業(yè)市場[18，27-28]。不難看出，目前麻醉監(jiān)測儀器著眼于腦功能的監(jiān)測，這也是未來新型麻醉監(jiān)測儀器的主要研究方向。基于麻醉深度監(jiān)測儀器的市場現(xiàn)狀，文中主要介紹BIS監(jiān)測儀、熵監(jiān)測儀及AAI監(jiān)測儀的現(xiàn)階段發(fā)展情況。

3.1 腦電雙頻指數(shù)監(jiān)測儀

腦電雙頻指數(shù)(簡稱“BIS指數(shù)”)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，是由時(shí)域、頻域和高階頻譜參數(shù)相結(jié)合而得到的復(fù)雜經(jīng)驗(yàn)參數(shù)[12，23]，其理論依據(jù)是腦電功率譜、相位譜及不同頻譜相位角的定量耦合原理。BIS指數(shù)的獨(dú)特之處在于它利用大量的臨床數(shù)據(jù)，證明鎮(zhèn)靜、深睡眠狀態(tài)之間具有相關(guān)性，將腦電信號(hào)的不同雙頻譜描述整合，將多個(gè)不同的腦電圖變量綜合成為一個(gè)單一變量[27]。BIS指數(shù)源于雙頻譜分析的Synch-Fast-Slow亞變量，是位于0.5 Hz～47 Hz之間的雙頻譜峰值的總和與位于40 Hz～47 Hz之間的雙頻譜總和的比值的對數(shù)值。因此，BIS指數(shù)是由Synch-Fast-Slow與頻域的亞參數(shù)(β比率)和時(shí)域的亞參數(shù)(暴發(fā)抑制比)聯(lián)合得到的[29]。

BIS指數(shù)是一個(gè)范圍從100(清醒)～0(腦電處于零電位)的數(shù)值指數(shù)，當(dāng)其介于40～60，說明患者時(shí)獲得了適當(dāng)?shù)娜砺樽泶呙咝Ч?，并能夠保證迅速地恢復(fù)知覺。BIS指數(shù)與響應(yīng)水平(即警覺或鎮(zhèn)靜水平的評(píng)估指數(shù))有著良好的聯(lián)系，從而在異丙酚、咪達(dá)唑侖和七氟烷誘發(fā)麻醉的情況下可極好地監(jiān)測意識(shí)程度[20，22，26，30]。多項(xiàng)研究表明，BIS指數(shù)作為一項(xiàng)有用的監(jiān)測手段，可以有效降低術(shù)中知曉的實(shí)際發(fā)生率[6-7，31]。同時(shí)研究證明，BIS指數(shù)監(jiān)測的使用，減少了麻醉劑的使用和患者在麻醉后監(jiān)護(hù)室停留的時(shí)間，從而節(jié)省了開支[14，23，30]，并且為用于心臟手術(shù)、老幼病患的麻醉劑滴定法提供了有意義的指導(dǎo)[17，22，32-33]。

雖然BIS指數(shù)有著出色的有效性，但仍然存在一些缺點(diǎn)，如對于某些特殊的麻醉劑或鎮(zhèn)靜劑(氧化亞氮、氯胺酮或大劑量阿片類藥劑)，BIS指數(shù)并不靈敏[34-36]。BIS指數(shù)是大腦皮質(zhì)功能的指示，并不直接反映皮質(zhì)下層的活躍度，而控制對傷害性刺激做出動(dòng)反應(yīng)的控制中樞是脊髓，所以BIS指數(shù)在監(jiān)測對傷害性刺激的反應(yīng)時(shí)就不那么可靠[12，23，37]。

3.2 熵監(jiān)測(Entropy)

熵監(jiān)測是基于熵算法來獲得和處理原始腦電圖和額肌肌電圖信號(hào)的理論?！办亍笔嵌吭u(píng)價(jià)非線性動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)名詞，依據(jù)腦電圖可以應(yīng)用非線性動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)行描述，提出了M-熵模型。頻譜熵的概念源于香農(nóng)(Shannon)熵所測量的信息，當(dāng)其應(yīng)用于腦電圖的能量譜時(shí)，用以評(píng)價(jià)頻譜頻率的規(guī)律性。反應(yīng)熵(RE)計(jì)算的頻率范圍是0 Hz～47 Hz，同時(shí)監(jiān)測腦電及肌電活性。狀態(tài)熵(SE)計(jì)算的頻率范圍是0 Hz～32 Hz，主要監(jiān)測腦電活性[38-40]。Datex-Ohmeda熵計(jì)算儀實(shí)現(xiàn)了對熵指數(shù)的連續(xù)時(shí)間監(jiān)測，并顯示兩個(gè)單獨(dú)的范圍為0～100的參數(shù)。反應(yīng)熵(RE)的最大值為100，狀態(tài)熵(SE)的最大值為91?？蛇M(jìn)行臨床手術(shù)的麻醉深度在數(shù)值40～60間達(dá)到[12]。

熵指數(shù)在知覺水平表達(dá)上和腦電雙頻指數(shù)一樣可靠[41]。在使用芬太尼、戊硫代巴比妥、七氟醚和地氟烷的麻醉中，熵指數(shù)監(jiān)測的有效性已經(jīng)被證明。熵指數(shù)監(jiān)測在手術(shù)中受電極等因素影響要比BIS指數(shù)小。然而，和其他基于腦電圖的知覺測量監(jiān)測手段一樣，熵指數(shù)在大劑量阿片類麻醉中也不可靠。此外，也應(yīng)該考慮，就算使用熵指數(shù)，手術(shù)中的一個(gè)突然疼痛刺激也有可能意外地變到不合適的麻醉狀態(tài)，反應(yīng)熵和狀態(tài)熵并不一定能預(yù)測這樣的情況。在使用氯胺酮麻醉時(shí)，熵指數(shù)是否可靠也未得到確認(rèn)，因此這些情況下熵指數(shù)是否可靠存在不確定性[12，37]。

3.3 AAI監(jiān)測儀

誘發(fā)電位用于麻醉深度，較多地采用聽覺誘發(fā)電位中的中潛伏期聽覺誘發(fā)電位(MLAEP)。Jensen等開發(fā)了一種從腦電信號(hào)中提取中潛伏期聽覺誘發(fā)電位的新方法：通過一個(gè)有外源輸入的自回歸模型，從110 ms的持續(xù)區(qū)間提取聽覺誘發(fā)電位信號(hào)約15個(gè)～25個(gè)[42]。AAI監(jiān)測儀通過快波中潛伏期聽覺誘發(fā)電位波形，分析計(jì)算 AAI指數(shù)，范圍從100(清醒)～0(深度催眠效果)。Struys等對患者實(shí)施靶控注射異丙酚麻醉，在對比使用了 AAI指數(shù)和BIS指數(shù)技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)兩種方法都能準(zhǔn)確地指示鎮(zhèn)靜水平和失去知覺的狀態(tài)[43]。在最近的研究中，Schmidt等發(fā)現(xiàn)：從清醒到無知覺變化時(shí)，在區(qū)別清醒與無意識(shí)狀態(tài)的應(yīng)用中，BIS指數(shù)和 AAI指數(shù)優(yōu)于血液動(dòng)力學(xué)變量和經(jīng)典單參數(shù)腦電圖變量(如MLAEP)[44]。相關(guān)研究還指出，AAI指數(shù)同樣能夠降低異丙酚使用量，縮短恢復(fù)時(shí)間[45]。與BIS指數(shù)相比，AAI指數(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于噪聲范圍較小，且對刺激的響應(yīng)性較好[46]，但同樣不能預(yù)測患者對傷害性刺激的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)。

3.4 可能的麻醉深度監(jiān)測儀器

鑒于目前麻醉深度監(jiān)測儀器的缺陷，國外研究機(jī)構(gòu)正在嘗試新的麻醉深度監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)。新一代腦神經(jīng)功能性研究手段(如正電子發(fā)射斷層掃描(PET)和功能性磁共振成像(fMRI)技術(shù))能夠準(zhǔn)確反映大腦神經(jīng)的功能性活動(dòng)，在神經(jīng)生理學(xué)和行為認(rèn)知研究領(lǐng)域都取得了一定的進(jìn)展，因而有可能應(yīng)用于麻醉深度的監(jiān)測評(píng)估研究。例如，正電子發(fā)射斷層掃描(PET)顯示異丙酚麻醉對腦新陳代謝的廣泛抑制效果，采用放射性同位素標(biāo)記化合物示蹤的方法，但這一侵入式的方法操作復(fù)雜且不利于日常臨床手術(shù)使用;fMRI缺乏麻醉深度監(jiān)測的相關(guān)實(shí)驗(yàn)依據(jù)，且在臨床手術(shù)中使用這種大型儀器也很不方便。超高靈敏度超導(dǎo)量子干涉儀(SQUIDS)如作為麻醉深度的評(píng)估手段，不僅能做到分辨麻醉深度，而且能分辨意識(shí)、缺氧、局部缺血和不尋常的病理等特殊狀態(tài)。但需要更為廣泛深入地研究完善其理論，其昂貴的價(jià)格會(huì)極大地制約其臨床應(yīng)用性。

4 存在問題及發(fā)展趨勢

通過對麻醉深度監(jiān)測相關(guān)研究領(lǐng)域的分析可知：由于影響麻醉深度的因素較多，不同病患對手術(shù)和麻醉劑的反應(yīng)不同，因而難以找到特異性高且足夠準(zhǔn)確的方法來評(píng)估麻醉深度，既確保病患意識(shí)處于完全消失狀態(tài)以避免術(shù)中知曉，又防止麻醉劑過量使用等多方面問題。麻醉深度監(jiān)測儀器的研究面臨著儀器有效性、可靠性及藥劑相關(guān)性評(píng)估等技術(shù)困難。目前，沒有任何一種監(jiān)測系統(tǒng)能提供適用于任意病人和麻醉劑的可靠的麻醉深度監(jiān)測方法。所有的可用監(jiān)測儀只對麻醉狀態(tài)進(jìn)行時(shí)間連續(xù)測量，都沒有預(yù)測功能來確定對下一個(gè)痛覺手術(shù)刺激、現(xiàn)在的麻醉深度是否合適。

綜上所述，麻醉深度監(jiān)測儀器的未來發(fā)展趨勢應(yīng)包含3個(gè)方面：一是在臨床手術(shù)采用復(fù)合式麻醉技術(shù)的情況下，未來麻醉深度監(jiān)測儀器能夠保證其測量參量和相關(guān)藥劑濃度具有可靠相關(guān)性，從而幫助麻醉師合理地控制麻醉劑的施用劑量;二是未來麻醉深度監(jiān)測儀器不僅要完成麻醉深度狀態(tài)的實(shí)時(shí)測量，還應(yīng)具備預(yù)測下一時(shí)間段將出現(xiàn)的麻醉深度變化的功能;三是未來麻醉深度監(jiān)測儀器應(yīng)當(dāng)盡可能地保證其經(jīng)濟(jì)性，從而確保其能夠在日常臨床手術(shù)中廣泛使用。除此之外，我國在麻醉深度監(jiān)測儀器的研究上滯后于國外，僅限于對商業(yè)化的國外麻醉深度監(jiān)測儀器的應(yīng)用性研究，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、可靠有效的麻醉深度監(jiān)測儀器。因此，研究和開發(fā)一種高效、可靠、能夠適應(yīng)各種臨床麻醉手段的麻醉深度監(jiān)測儀器，在生物醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域有著重要實(shí)際臨床價(jià)值。

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