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脑电双频指数监测技术及临床应用

脑电双频指数监测技术及临床应用

邓超代志刚【摘要】脑电双频指数（bispectralindex，BIS）是新出的一种麻醉镇静监测方法，上市以来受到麻醉领域的多方面研究和探讨，本文就其概念、原理及临床应用等方面进行综述。

【关键词】脑电双频指数概念及原理临床应用

麻醉深度（DepthofAnaesthesia，DOA）的监测有利于控制麻醉剂量，实现用最少的麻醉药物达到最佳的麻醉效果，不仅可以防止麻醉药物过量所造成的危险，缩短复苏过程，而且能避免术中知晓。

适当的麻醉深度是保证患者生命安全．为手术创造良好操作条件的关键。

1996年，美国FDA批准的第一台用于麻醉深度的监护仪（采用双谱指数的AspectMS，Newton，MA）进入临床应用，目前它已成为脑电监测麻醉深度的一种常用方法[1]。

通过国内外的大量临床应用反馈，BIS指标能反映手术患者的镇静程度，以解决术中知晓的困惑，在提高麻醉安全的同时，减少不必要的药物浪费，使麻醉医生能很好的把握诱导一维持一唤醒过程中的合理用药，确保手术的安全与平稳是现代临床医学的重要组成部分[2]。

本文将有关BIS的概念、原理及临床应用等几个方面进行综述。

1BIS的概念及原理

1.1概念脑电双频指数（bispectralindex，BIS）是通过对脑电图进行处理、计算得到的综合指数，可以直接测量麻醉药和镇静药对大脑皮层作用的效果，从而反映麻醉药和镇静药对麻醉意识深度的影响[3]。

1.2原理双频谱指数是包括了相位信息在内的高阶信息，在脑电分析中具有重要价值.高阶统计（高阶累积量）分析是一种随机信号分析方法，可提供幅度和相位信息。

而功率谱（二阶谱）抑制所有相位信息。

因此，采用高阶累积量比采用二阶统计可提取更多的有用信息。

双谱也称为三阶谱，是三阶累积量的二维傅立叶变换。

而三阶累积量与三阶矩相同。

假设X（k）是零均值的三阶平稳的随机过程，其三阶矩为：

RX（m，n）=EX（k）X（k+m）X（k+n）｝

则随机过程X（k）的双谱定义为：

+∞+∞

BX（ω1,ω2）=∑∑RX（m,n）exp｛-j（ω1m+ω2n）｝

m=-∞n=-∞

双谱分析可抑制高斯噪声．从而提高非高斯分布脑电信号的信噪比。

此外。

双谱分析可分析出EEG频率间的相位偶联。

相位偶联是非线性行为的特征，因此双谱分析可测量出定量信号间的线性和非线性变化。

采用高阶谱技术分析脑电可提取更多的脑功能信息，从而更好地反映麻醉状态下大脑的抑制状态。

双频指数（BispectralIndex，BIS）是1个复合参数，涉及到时域、频域和双谱域，综合了4个完全不同的EEG参数，即突发抑制率（BumtSuppressionRatio，BSR）、“QUAZI”、ß比率（betaratio）和快慢波的相对同步性（SynchFastSlow），综合成1个100～0的无量纲数字．用以表示大脑的抑制程度。

BIS是一个无量纲的简单变量，范围从0～100，100和0分别代表完全清醒状态和完全无脑电活动的状态，一般认为BIS值在65～85时，患者处于睡眠状态：

在40～65时，处于全麻状态；40以下时，人脑皮层处于暴发性抑制状态。

BSR和“QUAZI”是突发抑制时域参数。

当脑电信号动态电压不超过均值±5mV，时程大于0.5S时应考虑抑制比（BSR）的计算。

当脑电信号出现基线漂移．BSR不起作用时通过“QUAZI”来监测突发抑制。

ß比率是指2个不同频段（30～40Hz,2～20Hz）脑电功率比的对数。

SynchFastSlow定义为0.5～47Hz频带内的所有双谱峰值和与40～47Hz频带内的所有双谱峰值和之比的对数。

通过复杂的非线性算法将4个参数综合成的个单变量就是脑电双谱指数[4]。

2BIS与麻醉药

目前许多研究已表明BIS与许多麻醉药物（包括丙泊酚、咪达唑仑、异氟烷、七氟烷、地氟烷等）的浓度有良好的相关性[5-7]。

Ibrahim等[8]研究发现，BIS值可很好反映异丙酚麻醉镇静的深度。

Gajraj等[9]比较BIS监测丙泊酚，七氟烷和咪达唑仑镇静深度，认为BIS与丙泊酚的相关性最好,而氯胺酮的浓度与BIS值不相关，氯胺酮可增加BIS值，且BIS值与氧化亚氮的关系情况报道不一[10]。

Stfachan等[11]联合应用丙泊酚及雷米芬太尼发现，随着雷米芬太尼剂量的增加，BIS值也随之下降．这提示阿片类药物与丙泊酚联合应用时可以降低BIS值。

Greif等[12]利用4个成串刺激（TOF）研究了不同肌松水平与BIS值的关系,结果显示，BIS值不受肌松水平或肌电活动的影响．可以准确反映患者的镇静程度。

Vernon等[13]认为切皮前血液动力学不能预测体动，BIS为临床麻醉充分性提供了可靠的信息，因而比其他临床指征更有效地预测体动。

由于BIS与大部分全麻药浓度的相关性较好，故BIS监测对术中指导麻醉药物的用量以保持适宜的麻醉深度是非常有用的。

但许多因素会对BIS产生影响。

在静脉复合麻醉和体外循环的低温状态下，也可表现为BIS值与麻醉深度不一致[14]。

BIS只反映意识成分，而由于伤害性刺激的体动反应可能来源于脊髓的反射，所以BIS对镇痛成分监测不敏感。

由于BIS有一定的采样及计算时间，所以原始脑电图的获取和相应的BIS值之间稍有滞后，有伪迹时这个延迟就更长。

3临床应用

3.1在神经外科的应用黄焕森等[15]指出，BIS作为反馈控制变量调控丙泊酚靶控输注在颅脑手术麻醉的应用，可以达到较精确地控制麻醉深度，减少术中血流动力学波动。

并减少丙泊酚用量。

3.2在儿科的应用Rodriguez等[16]选择了87名手术小儿，通过七氟烷和氧化亚氮吸人诱导和维持麻醉，插入喉罩通气，不使用肌松药。

从诱导开始后5分钟内以及手术结束后拔出喉罩，随后面罩给氧至自发觉醒期间的2段时间内，每分钟根据吸人麻醉临床征象（clinicalsignsofinhalationalanesthesia，CSA，最大值为12表示清醒，最小值为4表示深度麻醉）进行评分和记录BIS值。

结果显示，BIS值与小儿吸入麻醉的诱导期和清醒期的催眠程度相关，但有很大的个体差异。

这种差异可能与患儿的年龄，麻醉方式，麻醉药物是否处于稳态浓度，术前镇静，评估BIS的时间，肌肉活动等方面有关。

BIS值较大的个体差异将可能影响BIS监测在小儿麻醉中的应用。

3.3重症监护病房（ICU）的应用ICU患者多存在低血压、休

克等血流动力学异常，同时由于患者病情危重，需要机械通气等治疗，常要有一定的镇静。

BIS值能迅速反映麻醉深度变化及镇静水平[17]。

在ICU采用BIS值监测镇静深度更方便、准确、及时，避免盲目减少或追加镇静药物剂量，可望用最小的镇静药物剂量达到最佳的镇静效果，比较适用于ICU需要镇静的患者。

但此时要注意保持患者血流动力学的稳定，尤其对于循环不稳定的ICU危重患者[18]。

3.4在颅脑损伤与脑缺血患者中的应用BIS的变化与患者的大脑皮层细胞的氧耗程度的变化具有一定的关系，因此，通过监测BIS来反映大脑皮层功能进而评价颅脑损伤患者的预后是可行的。

Paul等[19]研究了轻度至中度颅脑损伤患者BIS和哥拉斯哥昏迷量表（GCS，GlasgowComaScore）评分的相关性，29例轻度（GCSl3～15）和中度（GCS9～12）颅脑损伤的患者行颅脑手术，BIS和Gcs成直线相关关系（r=0.67；P<0.001）。

BIS随GCS评分增加而升高，轻度和中度颅脑损伤患者BIS有显著性差异。

脑缺血能够影响到BIS值，有研究报道当夹闭颈动脉后，BIS值由40～60下降到10，脑灌注恢复正常后BIS升至正常范围。

但BIS并不能测严重的脑缺血及脑出血[20-21]。

Villacorta等[22]报道了一例46岁的女性患者在体外循环下行二尖瓣和主动脉瓣置换术，术中开放主动脉后监测不到BIS值，术后脑CT证实为空气栓塞至严重的脑缺血所致，故而认为术中出现不明原因的BIS下降可能提示脑缺血。

3.5在体外循环期间的应用体外循环心脏手术中，麻醉深度监测有其特殊性，低温本身能抑制脑电活动，减慢外周感觉神经的传导，降低人对外界反映的敏感性。

另外大剂量的麻醉剂、镇痛剂的使用，二者必然会发生协同作用。

CPB下脑组织由搏动性血流转为非搏动性血流灌注，干扰了脑血管自身调节功能。

致使微循环停滞、动静脉短路、乏氧代谢和酸中毒。

由于分流增加，导致脑耗氧量明显减少，从而抑制脑电活动。

在住CPB各转换点观察脑电监测，每当开始转流、心脏停搏、心脏复跳、体外停机即刻出现BIS明显改变。

因此提示非搏动性血流灌注对脑电活动和意识有明显的抑制作用。

另外，灌注压力也可影响到脑电监测，脑血流量与体循环量及压力相关[23]。

在灌注流量恒定下，转流时由于血液稀释，外剧血管阻力下降，MAP降低而影响脑组织灌注。

人工肺氧合高PaO2低PaC02亦可导致脑血流减少，从而抑制了脑电活动。

深低温停止体外循环下心内直视手术期间，BIS随体温的下降而降低，在体温降至26℃前BIS降缓慢，26℃以后BIS随温度下降迅速降低，当体温降至17℃时BIS值为0，随着复温开始BIS开始上升，BIS恢复的速度与深体温停循环的时间相关。

异氟烷麻醉下低温体外循环期间，体温每下降1度，BIS下降1.12单位[24]。

随着体温下降和吸入麻醉剂用量直线减少，当体温降到20℃时可起到一定的麻醉作用。

原因为低温状态下吸入麻醉药的脂溶性增加，导致药物浓度增加，BIS值也因此下降。

Chiu等[25]研究异丙酚靶控输注时体外循环期BIS的变化，低温体外循环期间，靶控输注1.5～2.5ug／ml的丙泊酚，BIS下降50％左右。

维持BIS在40～50之间所需丙泊酚用量由6.0mg·kg-1·h-1降至2.9mg·kg-1·h-1。

体外循环期间不同的降温程度对BIS也有影响，Honan等[26]比较低温体外循环下冠脉搭桥手术时浅低温（32～34℃）和中度低温（28～30℃）对BIS的影响，中低温时BIS值明显低于浅低温时，提示随着温度的下降麻醉深度进一步加深。

非低温体外循环期间，丙泊酚以4mg·kg-1·h-1速度静脉输注时BIS变化不明显，而以6mg·kg-1·h-1输注时BIS值下降。

在体外循环前后丙泊酚的血药浓度变化不明显，但血浆末结合部分丙泊酚的血药浓度增加20％。

BIS值与血浆未结合部分丙泊酚血药浓度成正相关[27]。

Schmidlin等[28]比较了丙泊酚一阿芬太尼静脉麻醉下低温CPB与非低温CPB对BIS的影响，结果在CBP期间低温时BIS值平均为41，而非低温时平均为49，两者比较有统计学差异。

低温（25～27℃）可使肝微粒体酶活性降低，同时丙泊酚生物转化减少，从而使丙泊酚血药浓度增加，BIS值下降。

在CPB转换过程中及低温停循环期间，尚不能完全以BIS作为麻醉镇静和深度的判断。

而应综合分析体外灌注方式、血液稀释、血流量、灌注压、温度、低温停循环、血气等对BIS造成的影响。

但BIS在体外循环期间的应用可减少全麻醉药用量，并可减少不良事件的发生[29]。

3.6在低血糖患者中的应用血糖降至72mg／dL时脑电图上δ和θ波轻度增加，当血糖降至54mg／dL则频繁增加。

而血糖降至32mg／dL时，δ和θ波增加的同时，α波大幅减少，此时的脑电图形与全麻时非常相似。

当患者低血糖昏迷时（血糖分别为35mg／dL）时BIS降致45，随着患者血糖升高并清醒后BIS升至80[30]。

Vivien等[31]报道一例84岁腹主动脉瘤术后并发多器官功能衰竭的患者，在重症监护病房采用咪达唑仑（6mg／h）和舒芬太尼（15ug／h）镇静，BIS值在40～45之间，此时抽血金血糖为1.15mmol／l，立即静脉注射30％的高渗糖，其他用药及治疗均不变，几分钟后BIS值迅速升高至70～80，因此，可以认为血糖水平是BIS的重要影响因素。

3.7在心跳骤停患者中的应用有关心跳骤停时的脑电图改变报道很少，有报道显示当心跳骤停后大约10s，脑电图显示广泛地独立电活动，心脏按压后15～20s出现低电压、高频率的脑电活动，恢复窦性心率后，脑电图恢复正常[32]。

近几年由于BIS在临床的应用逐渐增多，对心跳骡停时BIS的变化也时有报道。

Shibata等[33]观察10例心跳骤停的患者BIS的变化，结果复苏成功患者的BIS明显高于死亡患者，并且当患者最终变成植物状态时BIS值持续低于80，认为BIS可预测心肺脑复苏的结果。

但也有学者提出相反的意见，认为BIS不能准确的预测心外心脏按压的效果[34]，有报道低血容量引起的心跳骤停时BIS随着脑电活动减弱而降至0，补充血容量后血压上升，BIS也逐渐恢复[35]。

BIS的变化落后于脑电图改变大约2min，原因可能为通过脑电波计算BIS数值需要一定的时问。

但BIS的变化可能先于血液动力学的改变，有报道显示在一例大动脉手术中，患者出现大出血血压由120／70mmHg降至65／30mmHg前5min，BIS由35降至20。

原因可能为血压变化前，异丙酚药代动力学的改变引起了BIS值的变化[36]。

4小结

BIS能较好监测大脑皮质功能状态及其变化，对预测体动，术中知晓以及意识的消失和恢复都具有一定的灵敏度．但仍存在一些不足，如：

对不同麻醉药物、麻醉方法反映不同，监测时间滞后等，使之不能成为一种独立应用于临床麻醉监测的完善技术，需与患者各项客观临床体征相结合，综合判断麻醉深度。

即便如此BIS仍不失为镇静深度的良好指标。

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