Name: 硬膜外颅内压测量中使用的光纤压力传感器的大鼠 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-04-25T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 4 s
Description: 了解使用光纤压力传感器在大鼠硬膜外空间测量颅内压的微创技术。该方法通过颅骨钻孔植入监测螺钉和传感器，形成气密密封以获取准确的生理压力波形，适用于神经科学研究。

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本项目由澳大利亚国家卒中基金会、亨特医学研究所（HMRI）和国家健康与医学研究委员会（NH&amp;MRC）资助。特别感谢纽卡斯尔大学健康学院车间工作人员提供的专业技术支持。

1. 颅骨穿透
<ol>
	<li>使用异氟烷（5%诱导，1.5-2%维持）在70% N2和30% O2混合气体中对大鼠进行麻醉。麻醉诱导后，将大鼠俯卧于加热板上，并将其鼻部置于麻醉鼻罩中。</li>
	<li>在维持麻醉状态下，将头部固定于立体定位仪中，插入耳杆直至头部稳定。确保呼吸未受阻碍。（图2-A）。</li>
	<li>在做1.5 cm头皮正中切口前，皮下注射长效局部麻醉药布比卡因0.3 ml 0.5%（Pfizer，澳大利亚）。（应使用无菌器械和手套。）</li>
	<li>钝性分离软组织及周围肌肉，清晰暴露Lambda和Bregma位点，牵开皮肤及结缔组织。</li>
	<li>通过压迫暴露的颅骨止住出血；若颅骨出血过多，可进行电灼止血。</li>
	<li>使用带1 mm尖端磨头的牙科钻，在右侧顶骨上磨出一个直径2 mm的孔。钻孔位置应位于Bregma外侧2 mm、后方2 mm处，以避开上矢状窦，并确保颅内压传感器置于缺血区域，适用于卒中研究。其他应用可选择其他合适位置。钻孔深度应达到颅骨硬脑膜侧变得半透明为止。（图2-B）。</li>
	<li>更换为0.5 mm尖端磨头，去除孔底部的颅骨组织。</li>
	<li>当颅骨开始出现裂纹时，使用45°角度镊子彻底清除残留颅骨，确保孔底无碎屑残留。（图3）。</li>
</ol>
2. 螺钉改造与植入
<ol>
	<li>使用车床和0.7 mm钻头在六角头螺钉上钻一个0.7 mm的孔。</li>
	<li>将监测螺钉旋入孔中，旋转约1.5圈（使用固定螺钉于颅骨所需的最小圈数，以避免损伤下方组织）。（图2-C 和 图4）。</li>
	<li>在左侧顶骨上，从前囟向左2 mm、向后2 mm处钻第二个孔，用于固定锚定螺钉。该孔无需完全穿透颅骨，因此使用1 mm尖端磨头将颅骨局部磨薄，以便插入螺钉。</li>
	<li>将一个2 × 4 mm的六角头螺钉插入第二个孔中。该螺钉有助于将牙科水泥以及监测螺钉牢固地锚定在颅骨上。</li>
	<li>使用移液管混合并涂抹牙科水泥的单体和聚合物至螺钉头部基底。</li>
	<li>让牙科水泥至少干燥10分钟。</li>
</ol>
3. 颅内压传感器置入
<ol>
	<li>使用白色修正液，在光纤传感器尖端上方4 mm处做标记。</li>
	<li>用无菌生理盐水（0.9%）填充监测螺钉的孔洞，并确保螺钉内部无气泡存在。</li>
	<li>将颅内压（ICP）探头插入螺钉4 mm，使探头尖端与螺钉末端齐平。确保探头尖端不刺破硬脑膜。</li>
	<li>在螺钉内调整探头尖端位置，直至观察到反映呼吸和血压脉搏波形的ICP波形。（图5）。</li>
</ol>
4. 形成密闭密封
<ol>
	<li>准确的颅内压（ICP）读数必须依赖严密的密封。按1:1的比例混合黏稠的生物相容性密封材料的单体与聚合物。由于压力传感器位于探头尖端，且该位置处于中空的监测螺钉内部，因此将密封材料涂抹于光纤探头的杆部不会影响传感器的压力敏感性。</li>
	<li>在探头及监测螺钉头部周围均匀涂抹一层薄薄的密封材料，注意避免移动ICP探头。</li>
	<li>静置固化5分钟。</li>
	<li>在监测螺钉和探头整体周围再涂抹第二层密封材料。确保密封材料无任何缝隙，防止液体渗漏。（图2-D）。</li>
	<li>移除耳杆。</li>
	<li>大鼠可保持俯卧位，或在颅内压监测期间小心地翻转为仰卧位。</li>
	<li>完整操作流程的示意图见（图6）。</li>
</ol>
5. 颅内压传感器的移除与重新置入
<ol>
	<li>完成颅内压监测后，可轻轻将导管从螺钉和密封材料中抽出，以移除颅内压传感器。</li>
	<li>SAMBA 传感器应立即放入 1% Terg-A-Zyme 溶液中，以防止探头腐蚀。</li>
	<li>密封材料上残留的孔洞应使用额外一层密封材料覆盖。（此时可让大鼠苏醒）。</li>
	<li>若需重新插入 SAMBA 导管进行进一步监测，可在螺钉头部水平位置切开密封材料。</li>
	<li>重复步骤 3.2 - 5.3。</li>
</ol>
6. 典型结果
图5 展示了持续十秒的颅内压（ICP）读数。在基线状态下，Wistar 大鼠的平均 ICP 为 6 mmHg。图5 中周期较短的波动反映了血压脉搏波，周期较长的波动则显示了通气事件。请注意，SAMBA 传感器显示的通气波幅为 3–4 mmHg，脉搏波幅为 1–2 mmHg。
为了验证每次实验中SAMBA传感器的位置，应通过检测ICP波形对腹部压迫和呼吸事件（如呼吸暂停期）的反应性来进行评估。腹部压迫的示意图见图7。
在涉及自主呼吸动物的大多数实验中，可观察到呼吸暂停期（如图8所示）。这些事件在生理记录中表现为呼吸信号（膈肌换能器）和动脉压曲线上的呼吸波动消失。颅内压（ICP）曲线出现相应变化，可验证ICP探针位置的准确性。
图9展示了在移除耳杆后（步骤4.6）典型的颅内压（ICP）波形。步骤1.2中插入耳杆会导致颅骨轻微受压，进而引起颅内体积改变，从而导致ICP升高。如果传感器位置正确，移除耳杆后ICP至少会下降4 - 5 mmHg。
组织学分析可用于检查压力传感器和螺钉下方皮质区域是否存在任何损伤。图4展示了创伤性与非创伤性螺钉植入的示例。
<img alt="颅内压随时间变化的曲线图，比较SAMBA ICP与液体填充导管ICP，单位为mmHg。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图1"> 
图1. 液体填充导管与SAMBA ICP波形对比。 颅内压通过SAMBA光纤导管（上方）和液体填充导管（下方）同时记录。两条波形的平均ICP值相似，但与光纤导管所显示清晰的呼吸和动脉压力波形相比，液体填充导管的信号明显受到抑制。
<img alt="啮齿类神经科学研究中的立体定位手术装置，显示电极植入和手术步骤。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2"> 
图 2. 颅内压导管插入操作步骤。 将大鼠头部用耳杆和麻醉鼻罩固定于立体定位仪上 [A]。在右侧顶骨钻一个直径约 2 mm 的孔 [B]。插入一根带有 0.7 mm 孔道的 2 × 4 mm 螺钉 [C]。在左侧顶骨植入固定螺钉，并用牙科水泥覆盖颅骨及手术区域。随后将颅内压导管（黑色箭头）插入螺钉孔中，并使用密封材料（白色箭头）形成密闭封口 [D]。图中订书钉（作为比例尺）= 12 mm × 5 mm。
<img alt="颅骨手术特写，突出显示骨折修复部位，附带放大细节的示意图。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图3"> 
图3. 监测螺钉钻孔方向。清除颅骨上的结缔组织以定位人字缝（黑色星号）和前囟（白色星号），钻孔位置位于前囟外侧2 mm、后方2 mm处。清除孔内碎屑，保留硬脑膜和软脑膜血管（黑色箭头）完整。订书钉（作为比例尺）= 12 mm × 5 mm。
<img alt="脑组织病理学分析、显微镜图像、结构比较、细胞差异" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图4"> 
图4. 大鼠颅内压监测螺钉植入后24小时脑组织的组织学分析。 苏木精-伊红染色，6 μm 冠状切片。左侧：非创伤性螺钉植入；右侧：创伤性螺钉植入，苍白区域显示受损组织，其细胞形态与脑卒中损伤区域相似（箭头）。插图为4倍物镜下的图像。
<img alt="颅内压（ICP）随时间变化图；生理数据分析，脑部监测。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 5"> 
图5. 典型的颅内压波形图。 脉搏压力波由较小振幅的事件表示（*）。通气过程由周期较长的事件反映（#）。
<img alt="使用牙科水泥和封固材料将颅内压探头置入颅骨的示意图。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图6"> 
图6. 颅内压探头插入示意图。该示意图展示了支撑螺钉（右侧）以及涂有封固材料的颅内压探头插入螺钉（左侧）的放置方式。
<img alt="一项临床研究中显示血压和颅内压随时间生理波动的图表。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig7.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 7"> 
图 7. 腹部加压。 对腹部进行短暂加压（约 1 秒），以验证颅内压（ICP）信号的有效性。加压导致脑静脉回流减少，从而增加颅内体积，进而升高颅内压。动脉压（Pa）仅在颅内压初始升高之后才下降。
<img alt="心血管数据：膈肌传感器、血压、ICP 随时间变化的曲线图、生理分析。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig8.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 8"> 
图 8. 呼吸暂停期。 呼吸的暂时停止反映在膈肌传感器记录曲线、动脉压（Pa）记录曲线以及颅内压（ICP）记录曲线上。
<img alt="颅内压（ICP）曲线图；移除耳杆对ICP随时间变化的影响；实验数据图表。" src="/files/ftp_upload/3689/3689fig9.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 9"> 
图9. 耳杆移除。 移除立体定位仪的耳杆后，颅内压应有所下降。

<ol><li>Ng, L. K., Nimmannitya, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Massive+cerebral+infarction+with+severe+brain+swelling%3A+a+clinicopathological+study%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Massive cerebral infarction with severe brain swelling: a clinicopathological study.</a> Stroke. 1, 158-163 (1970).</li>
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<li>Chavko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+orientation+to+a+blast+and+pressure+wave+propagation+inside+the+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Relationship between orientation to a blast and pressure wave propagation inside the rat brain.</a> J. Neurosci. Methods. 195, 61-66 (2011).</li>
<li>Leonardi, A. D., Bir, C. A., Ritzel, D. V., VandeVord, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracranial+pressure+increases+during+exposure+to+a+shock+wave%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Intracranial pressure increases during exposure to a shock wave.</a> J. Neurotrauma. 28, 85-94 (2011).</li>
</ol>

我们没有需要披露的内容。

本文介绍的方法能够实现对颅内压的高灵敏度和高准确性记录。该微创技术通过将压力传感器置于硬膜外间隙而非脑组织或脑室中，避免了对大脑造成显著损伤。 
关键步骤包括：1）钻穿颅骨——必须小心操作，避免刺破硬脑膜或损伤下方的脑组织；2）确保使用密封材料形成严密的封闭——若存在任何泄漏，颅内压（ICP）波形将不可靠。当ICP传感器位置适当时，读数不仅能够准确反映颅内压，还能同时显示呼吸和心率变化。吸气时，胸腔内负压增大，导致下游血管压力降低，从而形成更大的压力梯度，促进脑静脉回流。随后脑血容量减少，引起颅内压下降。相反，呼气时下游静脉压力升高，导致颅内压上升。可在每只实验动物中实施短暂的、持续一秒的腹部压迫，以模拟类似于瓦尔萨尔瓦动作（Valsalva manoeuvre）的刺激。该生理刺激已知会减少脑静脉回流，并引起颅内压短暂升高。若对腹部压迫无反应（颅内压未升高），则提示气密性封闭存在泄漏或中空螺钉发生堵塞。若发现泄漏，可在传感器周围再加涂一层密封材料以实现气密性封闭。需注意，密封材料不会压迫光纤，因此额外添加的层数仅用于确保充分密封。若螺钉堵塞，应移除密封材料和传感器，用无菌生理盐水...

<table><tbody><tr><td>牙科水泥单体</td><td>Henry Schein</td><td>VX- SC500MLL</td><td></td></tr><tr><td>牙科水泥聚合物</td><td>Henry Schein</td><td>VX- SC1000GCL4</td><td></td></tr><tr><td>牙科钻头- 12号</td><td>Gunz Dental</td><td>EL104S001012/10</td><td></td></tr><tr><td>牙科钻头- 6号</td><td>Gunz Dental</td><td>EL104S001006/10</td><td></td></tr><tr><td>金属螺钉</td><td>五金商店</td><td></td><td>2 × 4 mm，六角头（实验室通过在轴上钻一个0.7 mm的孔进行改装）</td></tr><tr><td>SAMBA控制单元</td><td>Harvard Apparatus</td><td>50433102</td><td></td></tr><tr><td>SAMBA传感器</td><td>Harvard Apparatus</td><td>50461122</td><td>420 LP，15 cm裸光纤，带射线不透涂层</td></tr><tr><td>Silagum AV Mono 嵌缝材料</td><td>Gunz Dental</td><td>RG 9152</td><td>乙烯基聚硅氧烷、氢化聚硅氧烷、填料、颜料、添加剂、铂催化剂</td></tr><tr><td>Terg-A-Zyme</td><td>Alconox, Inc.</td><td>1304</td><td>酶活性粉状洗涤剂</td></tr></tbody></table>

使用光纤压力传感器在大鼠中进行硬膜外颅内压测量

Epidural Intracranial Pressure Measurement in Rats Using a Fiber-optic Pressure Transducer

颅内压（ICP）升高是多种缺血性脑损伤（包括卒中、创伤性脑损伤和心脏骤停）中的一个重要问题。这种升高可能导致进一步的神经损伤，表现为小脑幕切迹疝1,2,3,4、中脑受压、神经功能缺损或脑梗死范围扩大2,4。目前的治疗方法在临床实践中常常难以有效控制颅内压升高5,6,7。因此，迫切需要建立准确的动物模型颅内压测量方法，以加深对基本发病机制的理解，并开发针对颅内压升高的新疗法。
在临床和实验环境中，颅内压（ICP）无法通过间接方法进行估算，必须通过直接测量获得。目前存在多种ICP导管置入方法，其中脑室内导管已成为人类颅内压测量的临床“金标准”8。该方法需要部分切除颅骨，并将导管穿过脑组织进行置入。因此，脑室内导管的感染发生率为6-11%9。由于这一原因，在缺血性损伤的动物模型中，硬膜下和硬膜外插管已成为首选方法。
已针对动物模型开发了多种颅内压（ICP）测量技术，其中最常用的是充满液体的遥测导管10和固态导管11,12,13,14,15。液体填充系统容易在管路中产生气泡，导致ICP读数不准确。固态探针可避免这一问题（图1）。另一个问题是将导管置入颅骨下或脑室内时，可能造成脑组织损伤，从而影响实验结果。因此，我们建立了一种方法，将ICP导管放置于硬膜外腔并与之紧密接触，同时避免了将导管插入颅骨与脑组织之间的操作。
采用光学纤维压力导管（420LP，SAMBA Sensors，瑞典）测量硬膜外位置的颅内压（ICP），因为该导管的压力传感器位于导管尖端，可在本模型中产生高保真度的ICP信号。其他制造商也生产类似的光学纤维技术13，可与我们的方法配合使用。而其他类型的固态导管，其压力传感器位于导管尖端侧面，不适合本模型，因为监测螺钉的存在会使信号衰减。
本文介绍了一种相对简单且准确的颅内压（ICP）测量方法。该方法可广泛应用于多种与颅内压相关的动物模型研究中。

介绍了一种记录颅内压力的新技术。该微创方法采用光纤压力传感系统，在未造成显著脑组织损伤的情况下，准确测量麻醉大鼠的颅内压（ICP）。该技术可应用于多种实验模型。

颅内压升高（ICP）是多种缺血性脑损伤形式中的一个重要问题，包括中风、创伤性脑损伤和……

本实验的总体目标是通过动物模型（此处为大鼠）简单而准确地测量颅内压。该目标通过首先在颅骨上钻两个小孔来实现。接下来，将一个颅内压监测螺钉和一个固定螺钉插入颅骨，并用水泥固定。螺钉插入后，将光纤压力传感器插入监测螺钉，以测量硬膜外腔的颅内压。最后一步是在监测螺钉周围对压力传感器形成气密性密封，以封闭颅腔。最终，可通过硬膜外光纤压力传感器获得显示颅内压生理波形的结果。该方法的可视化演示至关重要，因为关键步骤难以掌握，在操作过程中大脑容易受损，从而影响实验结果。与现有的侵入性脑室或脑实质内颅内压测量方法相比，本技术的主要优势在于，我们的硬膜外颅内压测量技术通过保持脑膜完整，避免了对大脑的损伤。使用足部夹捏法确认完全麻醉后，将大鼠俯卧于加热板上，将其鼻部置于麻醉鼻罩中，剃除头皮毛发，然后用氯己定清洗并消毒，同时在切口部位浸润长效局部麻醉药以维持麻醉状态。将头部固定在立体定位仪框架中，并插入耳杆直至头部稳定。确保呼吸未受阻碍。动物就位后，沿头部中线做1.5厘米长的皮肤切口。接下来，钝性分离软组织及周围肌肉，以准确定位人字缝（lambda）和顶骨孔（bgma）。牵开皮肤和结缔组织，并用无菌纱布按压暴露的颅骨以止血。使用牙科钻，配以直径1毫米的钻头，在右侧顶骨上钻一个直径2毫米的孔，用于脑卒中研究。在冠状缝前点（Breg MA）外侧2毫米、后方2毫米处钻孔，以避开上矢状窦，并确保颅内压（ICP）传感器置于缺血区域上方。钻孔至颅骨硬脑膜上方变半透明的深度。当颅骨开始出现裂纹时，使用0.5毫米尖端磨钻去除孔底的颅骨。使用45度角度的镊子清除所有残留的骨碎片，确保孔底无任何碎屑残留。使用车床和0.7毫米钻头，通过六角头螺丝钻出一个0.7毫米的孔，以制备监测螺丝；将监测螺丝插入孔中，旋转约1.5圈，注意不要损伤下方的任何组织。使用1毫米钻头在左侧顶骨上磨出第二个用于固定螺丝的孔，位置位于冠状缝前点外侧2毫米、后方2毫米处，但不要完全穿透颅骨。将一个2×4毫米的六角头螺钉插入第二个孔中。该螺钉有助于将牙科水泥和监测螺钉固定在颅骨上。使用移液管混合并涂抹牙科水泥的单体与聚合物至螺钉头部的基部，使用白色修正液标记光纤传感器，从尖端起4毫米处做标记，用无菌生理盐水填充监测螺钉的孔洞，并确保螺钉内无气泡存在，待水泥干燥至少10分钟。将颅内压（ICP）探头插入螺钉内四毫米，使探头尖端与螺钉末端齐平。确保探头尖端不刺破硬脑膜。在螺钉内调整探头尖端位置，直至可观察到反映呼吸和血压脉搏波形的ICP波形。为了获得准确的颅内压（ICP）读数，必须实现完全密封。首先，将粘稠的生物相容性密封材料的单体与聚合物按1:1比例混合，然后在探头及监测螺钉头部周围均匀涂抹一层薄薄的密封胶，注意避免移动ICP探头。在第一层密封胶固化5分钟后，再在监测螺钉和探头的整个周围区域涂抹第二层密封材料。确保密封材料的任何缝隙均

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在大鼠中进行阴茎海绵体神经刺激以测量海绵体内压

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通过记录阴茎海绵体内压评估啮齿类动物勃起功能

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我们开发了一种技术，可在自由活动的大鼠中同步记录对伤害性激光刺激产生的皮层脑电图和局部场电位。该技术有助于建立介观和宏观水平上皮层电活动信号之间的直接关联，从而促进对大脑中伤害性信息处理机制的研究。...

对自由活动大鼠施加伤害性激光刺激后同时记录皮层局部场电位和皮层电图

本文介绍了一种在实验大鼠中同步记录心电图和动脉内血压（BP）的实验装置，该方法可使用动物实验设施中的常规设备完成，适用于生理学或药理学研究，以探讨心血管医学中的致病机制或治疗机制。...

大鼠同步心电图记录与有创血压测量

本文介绍了一种在成年雄性Wistar大鼠中使用侧向液体打击损伤（FPI）模型诱导重度创伤性脑损伤（TBI）的实验方案。同时，我们还展示了如何利用无线遥测系统进行连续的视频脑电图（video-EEG）记录，并监测符合创伤后癫痫发生特征的癫痫样放电活动。...

使用无线视频脑电图系统监测侧向液体打击致创伤性脑损伤后癫痫样放电

在非创伤性脑室内出血的啮齿类 动物模型中，监测颅内压在当前文献中并不常见。本文中，我们展示了一种在大鼠 动物模型脑室内出血期间测量颅内压、平均动脉压和脑灌注压的技术。...

非创伤性脑室内出血啮齿类动物模型中的颅内压监测

提出了一种基于计算机断层扫描（CT）图像的自动化中线偏移估测与颅内压（ICP）预筛查系统，用于创伤性脑损伤（TBI）患者，该系统采用图像处理与机器学习技术。...

基于脑部CT图像的自动中线移位与颅内压估测

了解使用光纤压力传感器在大鼠硬膜外空间测量颅内压的微创技术。该方法通过颅骨钻孔植入监测螺钉和传感器，形成气密密封以获取准确的生理压力波形，适用于神经科学研究。

使用光纤压力传感器在大鼠中进行硬膜外颅内压测量

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