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将振幅整合脑电图监测仪（脑功能监测仪）应用于新生儿

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DOI：

10.3791/55985

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2017年9月6日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Pediatrics I, Neonatology, Pediatric Intensive Care, Pediatric Neurology, University Hospital Essen, University Duisburg-Essen, 2Division of Neonatology, Department of Pediatrics, University of Heidelberg

本文内容

摘要

本文展示了如何应用振幅整合脑电图来监测新生儿的脑功能。

摘要

振幅整合脑电图（aEEG）是一种易于实施的技术，可用于监测新生儿重症监护病房（NICUs）中早产儿和足月儿的皮质电活动。该方法最初用于窒息后新生儿的监测，以提供有关未来神经系统预后的信息。aEEG 还有助于筛选出能够从亚低温治疗中获益的新生儿。随着多项研究显示神经发育结局与早期 aEEG 图形密切相关，aEEG 在早产儿中的监测应用正日益广泛。本文展示了 aEEG 监测系统的应用方法，并介绍了依赖于胎龄及病理生理状态的典型图形模式。此外，我们还指出了 aEEG 解读中的常见误区，因为该方法需要电极的准确定位与牢固固定。同时，原始脑电图可用于检测新生儿惊厥，或识别 aEEG 应用过程中的问题。总之，aEEG 是一种安全且普遍耐受良好的床旁监测新生儿脑功能的方法，甚至可提供关于远期预后的信息。

引言

振幅整合脑电图（aEEG）最初是作为成人重症监护病房的床旁监测工具而开发的1。最早详细描述其在新生儿中应用的文献可追溯至20世纪80年代末2,3。在早期，其临床应用主要集中在检测大脑惊厥活动、监测抗癫痫药物治疗效果4，以及预测出生窒息后的脑功能预后5,6,7,8,9。研究表明，出生窒息的婴儿若未出现背景活动的严重抑制且无惊厥活动，在接受低温治疗后预后更佳8，但该领域的研究仍在持续进行中10,11,12。在过去30年中，新生儿脑功能监测在新生儿重症监护病房（NICU）中的应用已日益广泛13。如今，其在早产儿群体中的使用也逐渐增加。研究已证实，aEEG是一种安全的大脑功能监测方法，即使在极早产儿中也适用，并且普遍为NICU医护人员所接受14。多项研究显示，早产儿早期的aEEG记录与神经发育结局之间存在相关性15,16,17,18,19,20。

振幅整合脑电图（aEEG）基于传统的脑电图技术，使用两个或四个头皮电极记录信号，以时间压缩的半对数刻度显示原始脑电图的振幅1。将电极置于国际10-20系统的C3、P3、C4和P4位置，采集的信号通过带通滤波器处理，增强2至15 Hz之间的频率成分。低于2 Hz和高于15 Hz的频率被衰减，以尽可能消除诸如出汗、运动、肌肉活动和电干扰等伪迹1,4。后续处理包括滤波、整流、平滑、半对数振幅压缩和时间压缩。振幅<10 µV的部分采用线性刻度显示，而振幅>10 µV的部分则采用对数刻度显示21。最低检测振幅显示为下边界，最高振幅显示为上边界21。通过这种方式，即使低振幅的微小变化仍可清晰可见，同时避免了高振幅时显示过载的问题21（图1）。由于时间压缩，时间轴上5–6 cm代表1小时，从而使得对数小时乃至数天的脑电活动进行回顾成为可能1,4,13。

aEEG 图谱中可见的信息仅限于振幅的变化。现代设备提供了查看原始 EEG 的功能，因此在解读时还可以考虑原始 EEG 曲线的频率和形态。这有助于在 aEEG 波段出现可疑片段时，区分伪迹与真实的癫痫发作活动。4某些aEEG设备可同步记录患者的视频，以便更准确地识别惊厥和伪迹。在整个记录过程中持续监测电极阻抗。21在使用四个电极的双通道振幅整合脑电图（aEEG）设备中，研究者可在两条顶叶间曲线或一条经大脑曲线之间进行切换（图2）。根据制造商的不同，软件可提供附加功能，如癫痫发作检测、簇状放电频率分析、肌电图 等等也可以从提供视频记录、肌电图、眼电图和心电图功能的全导联脑电图设备中获取振幅整合脑电图（aEEG）。 等等.

通过降低电生理信息量并实现时间压缩，使得持续监测和床旁解读成为可能，且无需具备脑电图（EEG）的专业知识。由于记录时间较长，即使是非临床性癫痫样活动也能被检测到，而这类活动在常规脑电图监测中往往难以发现4,22，因为目前新生儿重症监护病房（NICU）尚无法实现长时间的常规脑电图监测。然而必须注意到，由于记录所覆盖的脑表面积较小，并非所有病理改变（如癫痫发作）都能被检出13。因此，振幅整合脑电图（aEEG）并非用于取代常规脑电图，而是作为其补充手段13。

脑电活动通过振幅整合脑电图（aEEG）背景模式反映，随婴儿的胎龄而变化4,23,24,25在足月儿和晚期早产儿中，背景活动模式主要为连续性，其振幅通常高于5 µV4在安静睡眠期间，背景脑电活动模式变得更为不连续26在极早产儿中，主要的背景脑电活动模式为不连续：高活动期（即， 高振幅爆发与低振幅活动周期交替出现27这种生理模式必须与病理性的爆发抑制模式相区分27随着孕周增加，振幅整合脑电图（aEEG）及背景活动模式趋于连续，连续活动的持续时间也逐渐延长27,28,29. aEEG描记也可显示发育中及已存在的病理状况（例如， 脑室内出血和脑室周围白质软化的发生与背景活动的急性紊乱相关30,31严重的脑膜炎可导致平直的脑电图波形。

aEEG 的定性解读通常包括三个类别：背景活动模式的分类、睡眠-觉醒周期的评估以及癫痫发作的识别。多位作者已提出用于描述脑成熟度的分类方法和评分系统16,21,24,25。尽管现代设备已具备实现 aEEG 定量分析的技术条件，但该方法的应用仍不普遍，仅有少数研究团队采用了这一分析方式32,33,34。本文将简要介绍三种用于 aEEG 图形定性与半定量评估的不同方法：

Hellström-Westas：21

描记的评估仅为定性，结果不会转化为评分。该分类可用于描述病理状态。已有针对不同胎龄的正常参考值发表，以帮助判断某种图形是否符合相应胎龄21：（1）背景活动：连续性正常电压（生理性的）、不连续性正常电压（早产儿中为生理性）、爆发-抑制图形（病理性的）、持续性低电压（病理性的）和电静息（病理性的）；（2）睡眠-觉醒周期：无、即将出现、成熟（根据婴儿年龄判断为生理或病理）；（3）癫痫样放电：无、单次发作、重复发作和癫痫持续状态。

布尔贾洛夫：25

该分类方法通过对描记结果进行定性评估，并将其转化为评分。评分随孕周增加而升高，各对应孕周的正常评分值已有发表：（1）连续性为0 - 2分，（2）睡眠-觉醒周期为0 - 5分，（3）下边界波幅为0 - 2分，（4）频带宽度为0 - 4分，（5）总分为0 - 13分。

Olischar/Klebermass：16，24

关于背景模式持续时间百分比的百分位数（即， 不连续的正常电压、不连续的低电压和连续的正常电压）以及爆发率随胎龄的变化特征已被建立。图形需评估是否具有与胎龄相符的背景活动模式、是否存在睡眠-觉醒周期以及是否存在痫性发作活动即，反复发作的癫痫或癫痫持续状态）。随后，根据以下标准将描记结果分为分级评分：（1）正常振幅整合脑电图（所有类别均正常）；（2）中度异常（3个类别中有1个被归类为异常）；（3）重度异常（3个类别中有2个或全部3个被归类为异常）。该评分已被证实对校正年龄3岁时的神经发育结局具有预测价值。

aEEG 图形的变化可由多种皮层外因素引起，例如脑血流量变化、药物影响（例如， 阿片类药物、镇静剂和咖啡因）、酸中毒、二氧化碳张力变化、临床状况（例如，低血糖、败血症、脑膜炎和动脉导管未闭）， 等等。21,32,35,36,37,38aEEG 频带本身对阻抗变化相对不敏感，但在电极间距和定位方面可观察到显著影响39伪迹可能会影响结果解读：头皮水肿或电极间距离会导致幅值的绝对值发生变化39,40心电图干扰、高频振荡通气、肌肉活动、婴儿运动或操作等因素可能导致下边界升高40在现代设备中，可通过同时记录原始脑电图（EEG）和振幅整合脑电图（aEEG）以及标记操作的开始和结束时间，在一定程度上避免上述问题。液体（例如， 汗液或超声耦合剂可能导致电极之间产生连接，造成假性的平坦波形。在长时间振幅整合脑电图（aEEG）记录中，约有12%的记录时间因伪迹而受到影响，其中55%由电干扰引起，45%为运动伪迹41.

方案

aEEG 作为本院临床常规检查的一部分进行。本方案遵循本机构人类研究伦理委员会的指南。已获得所有出现在视频中的婴儿双亲关于拍摄及资料发表的书面知情同意书。

1. 准备所需用品

  1. 在监测地点将eEEG设备连接至电源，并将模块盒插入aEEG设备。
  2. 确保双通道aEEG配备四个电极，单通道aEEG配备两个电极。可选择针状电极、金杯电极或水凝胶电极。此外，另准备一个水凝胶电极作为参考电极。
    注意：金杯电极可消毒后重复使用，最长可达两年。针状电极和水凝胶电极仅限一次性使用。针状电极可用于胎龄23周的婴儿，不会引起皮肤损伤或感染。本研究中，在较大婴儿中使用针状电极也获得了最佳效果。
  3. 准备以下用品：制造商提供的定位条（用于帮助正确放置电极）、适用于新生儿的胶带（例如，粘胶纱布）、适用于新生儿的皮肤消毒剂（例如，酒精基或奥替尼啶盐酸盐基）、棉签、皮肤准备凝胶、模块盒以及用于金杯电极的导电凝胶。
    注意：设备一旦断开电源便会关机，需重新启动记录。然而，部分设备内置电池，开启后或在记录过程中可移动设备。

2. 放置电极

  1. 根据最小化操作的原则42,43,44，在常规护理或产房护理期间安放电极。根据机构指南和患者的感染状况，佩戴（非无菌）手套、防护服、头罩和口罩。
  2. 按以下步骤准备参考电极的皮肤：
    1. 对皮肤进行消毒。将皮肤准备凝胶涂于棉签上，使其湿润。用棉签轻轻擦拭数次，施加极小的压力。对于胎龄在23至25周之间的极早产儿需格外小心，避免对未成熟皮肤造成损伤。
    2. 将参考电极置于婴儿背部或胸部。
    3. 将测量装置放置于婴儿头部，并使婴儿耳屏和矢状缝上的字母/标记对齐；两个箭头指示电极安放位置（即10-20系统中的C3、P3、C4和P4位置）。
  3. 根据所选电极类型的以下说明，将电极安放在婴儿头部。
  4. 针状电极。
    1. 对测量装置标示的区域进行消毒。
    2. 轻微拉紧皮肤，将针头沿标记处以切线方向轻轻插入皮下，针尖朝向尾端。使用胶带固定电极位置。
    3. 对两个/全部四个电极重复上述操作。
      注意：在极早产儿中建议使用针状电极，因无需摩擦进行皮肤准备。
  5. 金杯电极。
    1. 对测量装置标示的区域进行消毒。
    2. 按照步骤2.2所述方法，准备标记区域的皮肤。
    3. 在每个杯状电极内填充导电凝胶。将电极置于正确位置，导线朝向头部方向，并用胶带固定。
  6. 水凝胶电极。
    1. 对测量装置标示的区域进行消毒。
    2. 按照步骤2.2所述方法，准备标记区域的皮肤。
    3. 安放电极，使导线朝向头部方向。若电极无法稳固附着，需用胶带加以固定。

3. 将导线连接至监测仪

  1. 根据模块箱上的图例指示，将电缆插入模块箱中。
  2. 默认的起始界面包含所有电极的阻抗监测。
  3. 确保所有电极均已正确放置，并且电极之间无机械接触。若一个或多个电极的阻抗不理想，应取下相应电极，再用棉签擦拭一至两次，但不要施加更大压力。
  4. 一切准备就绪后开始记录。
    注意：必需的记录参数为原始脑电图（EEG）和阻抗。根据设备型号和临床指征，可选参数还包括爆发抑制比、尖锐瞬态波强度和频谱边缘频率等。用于回顾的标准参数包括原始脑电图、振幅整合脑电图曲线和阻抗。根据不同设备，还可提供其他功能，如频谱边缘频率，或下限、中值和上限边界的多种显示方式。其他附加功能包括癫痫发作检测和爆发率分析。

4. 可选：佩戴 CPAP 帽

  1. 如有需要，将CPAP帽或头带置于aEEG电极上方。

5. 记录过程中需注意的事项

  1. 定期检查阻抗及电极移位情况，以获得高质量的记录。同时，检查婴儿皮肤是否出现刺激，以避免发生皮损或感染。
  2. 标记事件（例如， 处理、袋鼠式护理（皮肤接触护理）、伴心动过缓的呼吸暂停、插管以及镇静剂或阿片类药物的使用，以便利用脑功能监测仪屏幕上的按钮识别伪迹。在进行袋鼠式护理期间保留振幅整合脑电图电极，以在护理结束后继续记录。
  3. 保留振幅整合脑电图（aEEG）电极，以便进行插管或其他侵入性操作，并在之后重新连接以恢复记录。若电缆长度不足以在暖箱内移动婴儿，可先将电极从模块盒上断开，在操作完成后重新连接。

6. aEEG 脑电图描记的复查与存储

  1. 在记录结束时，于监测仪上查看描记结果，或将其传输至外部存储设备。

结果

图2显示了振幅整合脑电图（aEEG）监测仪的典型视图。连续性正常电压模式和不连续性正常电压模式分别为足月儿和早产儿的生理性背景模式（图3 和 图4）。突发-抑制模式、持续低电压模式以及电静息为病理性背景模式（图5、图6、图7）。

足月婴儿的惊厥具有特征性的波形，表现为上下边界突然升高（图8）。然而，早产儿的惊厥可能被不连续的脑电模式所掩盖，只能通过观察原始脑电图（EEG）才能发现（图9）。

液体桥接可能导致看似平坦的脑电图轨迹（图10）。这种情况通常发生在双通道振幅整合脑电图（aEEG）的顶内侧曲线中。如果跨脑aEEG表现正常，而顶内侧曲线显示平坦轨迹，则应检查电极是否存在液体。电干扰、患者移动或操作干扰可能导致看似癫痫发作，甚至看似癫痫持续状态。若出现此类情况，应检查阻抗和参考电极，并查看原始脑电图（图11）。上下边界同时抬高的另一个原因是参考电极移位。

用于神经生理学研究的 EEG 和 aEEG 波形分析示意图，显示上下边界。
图1. aEEG 追踪波形的形成。
原始 EEG 信号（上方曲线）经过处理后得到振幅整合 EEG 波带（下方曲线）。高振幅构成上边界，低振幅构成下边界。当振幅高度变化显著时，aEEG 波带较宽；若振幅高度变化较小，则 aEEG 波带较窄。y 轴的刻度在 10 µV 以下为线性，在 10 µV 以上为对数。 请点击此处查看该图的放大版本。

使用双通道aEEG进行脑电图分析，包括原始曲线、振幅整合曲线，以及线性和半对数刻度。
图2. aEEG监护仪的典型显示界面。
监护仪上半部分显示原始脑电图曲线（显示时间为10秒）。左侧显示器下半部分显示单侧aEEG描记曲线（显示时间约为3小时）；右侧显示器则显示相应的双侧大脑半球联合描记曲线。光标指示的是从原始脑电信号中提取的振幅整合区段。请点击此处查看该图的放大版本。

显示左右半球的aEEG脑电图；神经功能监测；随时间变化的数据。
图3. 连续正常电压模式。
具有睡眠-觉醒周期的连续背景模式。横轴为时间（每格 = 10 分钟）。请点击此处查看该图的放大版本。

脑电图数据图，跨脑区脑活动监测，纵轴为微伏表示的振幅，横轴为时间。
图 4. 不连续的正常电压模式。
背景活动呈不连续模式，伴有即将出现的睡眠-觉醒周期。横轴表示时间（每格 = 10 分钟）。请点击此处查看该图的放大版本。

aEEG 幅度图；新生儿脑活动监测、电生理学、波形分析。
图5. 爆发-抑制模式。
爆发-抑制模式，其低幅度部分持续处于低水平且无变化。横轴表示时间（一个方格 = 10 分钟）。
资料来源：Bruns, N. 极低出生体重早产儿出生后前四周的振幅整合脑电图研究。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看该图的放大版本。

aEEG 图表：脑电波监测、双通道记录、脑电数据分析、睡眠研究结果
图6. 平坦波形。
一名足月婴儿因重度脑膜脑炎导致双侧脑电活动呈平坦波形。横轴为时间（每格 = 10 分钟）。
来源：Bruns, N. 《极低出生体重早产儿出生后前四周的振幅整合脑电图研究》。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看该图的放大版本。

aEEG波形图；脑活动监测；信号分析；神经学研究。
图7. 持续性低电压图形。
无睡眠-觉醒周期的持续性低电压图形。横轴为时间（一个方格 = 10 分钟）。
资料来源：Bruns, N. 极低出生体重早产儿生后前4周振幅整合脑电图研究。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看该图的放大版本。

肌电图（EMG）信号图；显示肌肉电活动分析；μV 标度。
图 8. 足月婴儿的惊厥。
aEEG 中惊厥的典型表现：上下边界突然升高，随后出现短暂的活动减弱。反复惊厥持续约 3.5 小时。横轴为时间（每格 = 10 分钟）。
来源：Bruns, N. 《极低出生体重早产儿生后前 4 周的振幅整合脑电图》。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看此图的放大版本。

脑电图和振幅整合脑电图波形分析、脑活动监测、左右通道数据、神经影像图。
图9. 早产儿中的癫痫发作。
若无原始脑电图，双侧大脑半球的过度同步化活动将无法被发现。横轴表示时间（每格 = 10 分钟）。
资料来源：Bruns, N. 极低出生体重早产儿出生后前四周的振幅整合脑电图研究。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看此图的放大版本。

aEEG 活动图；新生儿脑电图分析中的跨大脑、左侧和右侧脑监测示意图。
图 10. 明显的平坦波形。
在单侧描记图中，一名无脑损伤的婴儿显示出病理性平坦波形模式。而跨大脑描记图则显示出生理性的不连续背景模式，并伴有短暂的连续活动片段。本例中，平坦波形是由电极间液体桥接（尤其是水凝胶电极）所导致的人工伪迹。横轴表示时间（每格 = 10 分钟）。
来源：Bruns, N. 极低出生体重早产儿出生后前四周的振幅整合脑电图。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看该图的放大版本。

脑电波形分析；aEEG 和 EEG 数据图显示左右脑活动对比。
图11. 明显的癫痫发作。
该图像显示长时间的高频活动。在未观察原始脑电图曲线的情况下，提示存在癫痫持续状态。此伪迹由肌肉活动引起。横轴表示时间（每格 = 10 分钟）。
来源：Bruns, N. 极低出生体重早产儿出生后前四周的振幅整合脑电图。http://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000036576 (2012)。 请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

脑功能监测仪是一种易于获取且在新生儿重症监护室（NICU）中日益常用的设备，用于记录振幅整合脑电图（aEEG）13。在常规临床护理中，进行一次aEEG监测需要3至5分钟。

本方案中的关键步骤包括电极在头部的正确放置以及电缆与模块盒相应插孔的连接。电极放置前需对皮肤进行彻底消毒和准备，尤其是参考电极。根据我们的经验，将参考电极置于婴儿背部时可获得最佳记录质量。若出现高阻抗情况，应检查电极是否移位以进行故障排查。若发现电极已移位，且重复皮肤准备无效，则可能需要更换电极。若上边界出现偏移，则需优化参考电极的位置。原始脑电图和振幅整合脑电图出现高频、高幅信号通常由肌肉活动或干扰引起（例如，高频振荡通气）。此类描记片段无法用于解读。若在脑功能健康的婴儿中出现平坦波形，应查看交叉半球描记图。若该图正常，则可能是汗液或超声耦合剂等液体导致两个电极之间发生桥接。若问题持续存在，设备制造商提供联系人可协助确定解决方案，甚至可前往新生儿重症监护病房（NICU）排查潜在原因。根据我们的经验，在极早产儿中推荐使用针状电极。自2008年本中心大规模应用该技术以来（每年平均60至80例极低出生体重婴儿，每例婴儿进行1至5次记录），在对参考电极进行彻底消毒和轻柔皮肤准备后，未观察到显著数量的感染、严重皮肤损伤或出血事件。自2014年起，我们对所有新生儿均仅使用针状电极，因为使用此类电极可获得最佳结果。

aEEG 的电极放置位置通常不进行修改，但可根据需要（依据国际 10-20 系统）将电极置于头部任意位置以获取理想的描记图形。在某些情况下，可能需要调整电极位置例如， 由于真空吸引助产后的皮肤撕裂或头颅血肿）45对于根据波幅进行分类，保持标准的电极间距离非常重要，因为电极间距离的减小会导致波幅降低39,45对于头围异常的极端情况，此类极度早产儿（即， 23至24周妊娠期）或因脑积水导致头围增大的足月婴儿，解读时应牢记电极间距离的重要性。传统aEEG的另一种改进是连续监测的有限通道脑电图18,46,47脑功能监测仪获得的原始脑电图曲线可像常规脑电图曲线一样进行评估。在我中心，我们与儿科神经病学专家密切合作，采用该方法解决新生儿神经儿科患者的相关特殊问题。

aEEG 的主要局限性在于其描记仅覆盖大脑表面的一小部分区域，因此大脑表面不同区域的皮层电活动改变可能被遗漏13。由于时间压缩，若不借助原始 EEG 曲线，短暂的脑电活动变化难以被察觉。进一步解读原始 EEG 曲线需要具备常规 EEG 的相关知识，或与神经生理学家或小儿神经科医生密切合作。最后但同样重要的是，在解读描记结果时，必须考虑到多种可能引起 aEEG 波带改变的内外部因素。

尽管如此，振幅整合脑电图（aEEG）为新生儿提供了连续监测脑功能的可能性。该技术易于获取，且解读并不困难。由于其提供的信息少于常规脑电图，因此不能取代常规脑电图，而是作为现有脑部诊断手段（如脑电图、超声以及磁共振成像）的补充。已有充分证据表明，aEEG可用于预测足月儿出生后缺氧窒息的预后，并已被确立为识别可从亚低温治疗中获益的新生儿的工具8。对于早产儿，也有充分证据显示，早期aEEG记录可预测长期神经发育结局15,16,17,18,19,20。然而，迄今为止，这些知识尚未对此类婴儿群体的临床决策产生实质性影响。未来，脑功能监测有望成为新生儿重症监护病房（NICU）以及二级医疗中心和儿科重症监护病房中的常规工具。

披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

感谢我们的护士对视频制作提供的支持与贡献。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
一次性皮下针电极TechnomedTE/S43-438
Genuine Grass 金盘电极NatusFE5GH-03
新生儿水凝胶传感器NatusCZA00037
定位贴条NatusOBM00047
皮肤标记笔NatusCZN00011
Nu Prep 皮肤准备凝胶Weaver and Company10-30
接触凝胶 Ten 20Weaver and Company10-20-4T
皮肤消毒剂
胶带
棉签
Braintrend® aEEG 监测仪aEEG 监测仪

参考文献

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