【神麻人智】处理后脑电图监测系统预测术后认知损伤的潜力
时间：2026-06-16 19:40:37 热度：37.1℃ 作者：网络
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摘要
背景： 术后神经认知障碍（PND），特别是术后谵妄（POD），是手术后重要但常被忽视的并发症。PND以认知损害、意识混乱和注意力缺陷为特征，在老年患者中尤其常见，可导致术后结局恶化和死亡率增加。目前已有关于其危险因素的研究。本研究旨在评估术前记录的处理脑电图（pEEG）指标与术后谵妄（POD）之间的关联。
方法： 研究分析110例在全身麻醉下接受外科手术的患者。纳入标准为术前脑电图记录无伪影，且术后采用简明意识模糊评估法（bCAM）进行认知评估。纳入了来自三个不同系统的pEEG指标，即BIS监测仪提供的脑电双频谱指数（BIS）和频谱边缘频率（SEF）、SEDLine的患者状态指数（PSI），以及熵模块的状态熵（SE）。采用Mann-Whitney U检验进行成对比较，并通过效应量（曲线下面积，AUC）评估区分能力。
结果： 30例患者因基线数据受损被排除。在其余80例中位年龄为71岁（第1四分位数67，第3四分位数79）的患者中，24例POD筛查为阳性。分析显示，发生与未发生POD的患者之间，pEEG值存在显著差异，尤其是在闭眼（EC）条件下。除SEF外，所有监测指标均显示PND患者的闭眼基线指标显著更低，但效应量较小，AUC范围为0.62至0.65。在睁眼（EO）条件下以及从闭眼到睁眼的变化中，各指标的效应相似。最强的效应量出现在睁眼时的PSI，AUC=0.71 [0.58; 0.83]（*p* < 0.01）。
结论： 本研究表明术前pEEG监测在识别老年手术人群中存在POD风险患者的潜力。将其纳入术前评估可改善患者护理并降低PND风险。未来需在更大规模、更多样化的人群中验证这些发现，并阐明pEEG模式与术后认知结局之间的关联机制。
1.引言
术后谵妄（POD）等围术期神经认知障碍（PND）是外科手术后常见但往往被低估的并发症。PND以认知功能损害、意识混乱、注意力缺陷障碍以及环境感知能力下降为特征。该病最常见于老年患者，并对患者的预后产生重大影响。发生POD的患者院内死亡风险更高，住院时间延长，并且丧失功能独立性的风险也增加。已知的危险因素包括年龄、身体机能损害、衰弱，以及术前已存在的认知功能障碍、心理健康问题、心血管危险因素、生活方式选择和代谢因素。随着人口老龄化，外科手术干预的数量将持续增加，PND的发病率可能随之上升，带来医疗和社会经济方面的挑战。单例谵妄可造成高达24,000美元的额外费用。在美国，每年有超过260万名65岁及以上的患者发生谵妄，导致估计约1640亿美元的额外医疗支出。
近十年来，研究发现麻醉过深（表现为脑电图中爆发抑制模式）与发生PND的风险升高之间存在关联。除此关联外，在适宜麻醉深度下的其他脑电图特征也被讨论为可能存在脆弱大脑、更易发生PND的标志物，其中最突出的特征是使用GABA能麻醉药时出现的低alpha频带功率。近期研究指出，基于脑电图的术前筛查可能有助于识别高风险患者，并据此调整麻醉管理策略。目前这些术前发现主要来源于原始脑电图的频谱信息。尽管使用原始脑电图和频谱图进行患者评估的优势显而易见，临床解读的主要依据仍然是处理后的指数。由于这些处理指数系统最初设计用于防止术中知晓并反映麻醉“深度”，可能并不适合准确反映脑电图中的更细微差异，如既往研究中所描述的伴有和不伴有POD的患者在清醒状态下的脑电图差异。本研究旨在探讨清醒基线下记录处理后的脑电图指数是否与POD存在关联。
2. 方法
本研究对既往用于评估PND患者脑电图基线差异的数据进行回顾性分析。研究经慕尼黑工业大学医学院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。共纳入110例全麻手术患者，其中30例因基线数据缺失或受损被排除，最终将80例患者的脑电图回放至三种处理脑电图监测系统（BIS、SEDLine、熵模块）。数据分析使用MATLAB R2023b。
2.1. 基线脑电图记录与认知测试
麻醉诱导前分别采集睁眼和闭眼状态下的基线脑电图。信号以250 Hz采样率记录，并经过0.5–47 Hz带通滤波。术后采用简明意识模糊评估法（bCAM）评估谵妄（PACU-D）：于苏醒后15、45分钟及术后第1–3天进行测评。所有筛查阴性者归入无PACU-D组，任一次阳性者归入PACU-D组。
2.2. 脑电图采集
从每位患者的基线记录中选取至少60秒无技术伪影的额叶通道（Fp1、Fp2、F1、F2）片段，不做额外预处理。将片段回放至三种监测系统：BIS监测仪（提取BIS指数和95%频谱边缘频率SEF）、SEDLine监测仪（提取患者状态指数PSI）、熵模块（提取状态熵SE）。睁眼条件下分析记录结束前35–20秒的时段，闭眼条件下分析睁眼前20–5秒的时段。每个15秒片段计算指数值的中位数作为该患者的代表值。各系统趋势数据分别通过U盘、专用工具或串口导出，分辨率分别为1秒（BIS、PSI）和5秒（SE）。
3. 结果
3.1. 研究人群
本研究分析纳入80例患者。其中24例（30%）患者bCAM呈阳性，即在麻醉后监护室（PACU）出现PACU-D征象。23例患者在苏醒后15分钟表现出谵妄征象，8例在45分钟表现出谵妄征象，其中7例在15分钟和45分钟均表现出谵妄征象。在普通病房进行的后续评估中，术后前三天内未发现阳性谵妄筛查结果。PACU-D组与无PACU-D组在年龄、ASA分级、体重、身高、性别以及爆发抑制发生率方面均无显著差异。麻醉药物的选择及手术时长亦无显著差异。仅在手术科室方面发现显著差异（*p* < 0.001）。然而，部分类别例数极少，因此结果应视为探索性分析。
3.2. 处理脑电图（pEEG）分析
3.2.1. 处理脑电图值的一般变化与差异
睁眼与闭眼状态下的指数差异：所有三种麻醉指数及SEF在睁眼记录期间均显著高于闭眼记录期间，睁眼时中位指数分别为：BIS 82、PSI 74、SE 87、SEF 26.5 Hz；闭眼时分别为：BIS 78、PSI 65、SE 78、SEF 24.6 Hz。每次比较的*p*值均<0.01，U3效应量分别为：BIS 0.89 [0.76;0.97]、PSI 0.79 [0.69;0.91]、SE 0.84 [0.76;0.91]、SEF 0.87 [0.71;0.96]。详细信息见图1和表2。
图1. 闭眼与睁眼条件下pEEG值的比较：BIS（蓝色）、SEF（粉色）、PSI（灰色）和SE（橙色）。 每个受试者在“闭眼”和“睁眼”条件下的个体数据点以小圆点表示。其中绿线表示从“闭眼”到“睁眼”pEEG值升高，红线表示pEEG值降低。
（A）睁眼时BIS显著升高（*p* < 0.01）；U3：0.89 [0.76;0.97]。
（B）睁眼时SEF显著升高（*p* < 0.01）；U3：0.87 [0.71;0.96]。
（C）睁眼时SE显著升高（*p* < 0.01）；U3：0.84 [0.76;0.91]。
（D）睁眼时PSI显著升高（*p* < 0.01）；U3：0.79 [0.69; 0.91]。
不同指数之间的相关性：将所有患者的BIS值按升序排序，并与其他指数进行对比绘图（图2 A-C）。研究仅使用闭眼状态下的数值，因为研究的分析显示在该状态下两组间的总体差异更大。所有监测仪之间均呈正相关。BIS与其他所有监测仪均呈弱的正线性相关（与SEF：ρ=0.32，与PSI：ρ=0.25，与SE：ρ=0.33）。SEF与PSI（ρ=0.68）及SE（ρ=0.68）呈中度正线性相关。PSI与SE亦呈中度至良好相关（ρ=0.65）。Bland-Altman图显示，BIS平均比SEDLine高11个点，比SE低3个点。相应图示见图2 A-C。
图2. 各监测仪之间的相关性：左图比较了BIS与脑电图熵（SE）、BIS与SEDLine（PSI）、以及脑电图熵（SE）与SEDLine（PSI）。Bland-Altman图（右图）展示了测量值之间的一致性。
（A）BIS与SE的比较：将每位患者的BIS值（蓝点）按升序排列，并与SE值（橙点）一同绘制（左图）。总体而言，BIS略低于SE（平均低3个点）（右图）。
（B）BIS与PSI的比较：将每位患者的BIS值（蓝点）按升序排列，并与PSI值（黑点）一同绘制（左图）。总体而言，BIS高于PSI（平均高11个点）（右图）。
（C）SE与PSI的比较：将每位患者的SE值（橙点）按升序排列，并与PSI值（黑点）一同绘制（左图）。总体而言，SE高于PSI（平均高13个点）（右图）。
3.3. 处理后脑电图与术后认知状态
3.3.1. PACU-D组与无PACU-D组在同一指数上的比较
图3展示不同情况下PACU-D患者与无PACU-D患者的BIS、SEF、PSI和SE指数。在闭眼状态下，研究数据表明BIS（*p*=0.04；AUC: 0.65 [0.51;0.78]）、PSI（*p*=0.05；AUC: 0.64 [0.51;0.77]）和SE（*p*=0.04；AUC: 0.64 [0.51;0.76]）存在显著差异，但SEF无显著差异（*p*=0.09；AUC: 0.62 [0.48;0.75]）。所有效应量均仅提示相当小的效应。在睁眼状态下，无PACU组患者的PSI显著更高（*p* < 0.01），AUC为0.71 [0.58;0.83]，表明效应可接受。SEF（*p*=0.06，AUC: 0.63 [0.49;0.76]）显示PACU-D患者数值较低但无显著性，SE（*p*=0.05，AUC: 0.64 [0.51;0.76]）显示PACU-D患者数值显著降低，但两个参数均显示小的效应量。对于BIS，研究未发现PACU-D组与无PACU-D组之间存在显著差异，AUC显示无效应（*p*=0.61，AUC: 0.54 [0.39;0.67]）。评估睁眼与闭眼状态之间的指数差异仅对BIS而言能更好地区分两组。在这种情况下，谵妄患者表现出更强的变化（Δ：*p* = 0.02），但效应量仍较低（AUC: 0.68 [0.54;0.81]）。
图3. 无PACU-D患者与PACU-D患者（橙色圆点）在各指数上的比较：（左）闭眼状态，（中）睁眼状态，（右）闭眼至睁眼的变化量。指标包括BIS（蓝色）、SEF（粉色）、PSI（灰色）和SE（橙色），其中深橙色代表PACU-D患者。大圆圈表示各组的中位数。
（A）无PACU-D与有PACU-D患者之间BIS的差异。
（B）无PACU-D与有PACU-D患者之间SEF的差异。
（C）无PACU-D与有PACU-D患者之间SE的差异。
（D）无PACU-D与有PACU-D患者之间PSI的差异。
4. 讨论
本研究旨在探究利用处理后脑电图（pEEG）指数术前识别PACU-D高危患者的可行性。结果显示，从闭眼转为睁眼时，所有监测仪指数均显著升高，这与睁眼状态下的高频脑电活动主导有关，与既往PSI研究一致。各监测仪指数间呈正相关但相关性较低，其可比性有限，原因包括指数标度差异、算法及频率范围不同。尽管如此，在部分条件下，各指数在PACU-D组与无PACU-D组间均有显著差异，但效应量较小（AUC约0.6或更低），仅睁眼状态下的PSI显示出临床相关效应（AUC=0.71）。SEF虽无显著差异，但效应量相当。
PACU-D患者术前指数及SEF均低于对照组，这与既往研究（老年术后谵妄患者、阿尔茨海默病患者BIS值降低）一致。由于两组年龄无差异，POD组的脑电图慢波化不能归因于年龄，而可能反映潜在的认知脆弱。因此，安放电极后采集闭眼基线或可提供静息脑活动的有用信息。通过术前脑电图特征识别高危患者，有助于实施更早期的针对性围术期护理。既往研究已证实术中脑电图特征（爆发抑制、低alpha功率等）及术前频谱差异（POD患者高beta频段功率降低）与PND风险相关，后者也能解释为何POD患者指数值较低。总体而言，基于pEEG指数的术前筛查潜力有限，因效应量较小。
5.结论
本研究表明，基于脑电图的麻醉指数和处理后脑电图参数可作为术前识别术后谵妄风险患者的有价值工具。考虑到人口老龄化及外科手术数量的不断增加，将处理脑电图整合至标准化术前筛查中，对于改善患者护理和预后具有重要意义。未来研究应侧重于在更大规模、更多样化的人群中验证，并探究处理后脑电图参数与术后认知结局相关联的机制。
原文链接：
Rieck E, Widmann S, Ostertag J, Obert D, Schneider G, Pilge S, Kreuzer M, Letz S. The potential of processed EEG monitoring systems in predicting postoperative cognitive deficits. J Clin Anesth. 2026 Jun;112:112219.
