不同麻醉深度监测指数在临床应用中的对比研究进展

左都坤李洪 任玉坤 李阳

陆军军医大学新桥医院麻醉科，重庆 400037

国际麻醉学与复苏杂志,2022,43(7):721-727.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20211217-00589

 基金项目 

国家重点研发计划（2018YFC0117200）

REVIEW ARTICLES

【综述】

对于手术患者来说，全身麻醉深度至关重要。麻醉深度过浅则无法达到术中镇静、镇痛的效果，导致患者术中知晓并产生强烈的应激反应；麻醉深度过深则会影响患者的血流动力学稳定，易出现苏醒延迟以及围手术期神经认知功能障碍等并发症[1]，继而影响患者的术后恢复。适当的麻醉深度可以减少全身麻醉药物的用量，以最少的麻醉药物用量达到最合适的麻醉水平，不仅可以维持麻醉期间血流动力学稳定，有效预防术中知晓，还可以缩短患者苏醒及拔管时间，最大限度地减少患者术后并发症，有利于患者术后康复[2]。而基于心率、血压等体征以及麻醉医师经验的麻醉深度评估已不能满足精准麻醉的需求，实施精准麻醉需要借助于麻醉深度监测[3]。

目前可供选择的麻醉深度监测指数较多，包括：意识指数（index of consciousness, IOC）、麻醉深度指数（depth of anesthesia index, Ai）、熵指数（entropy index, EI）、听觉诱发电位（auditory evoked potentials, AEP）、相位滞后熵（phase lag entropy, PLE）等。临床上目前公认的麻醉深度监测指数是BIS，BIS主要反映大脑皮质的电活动，用于监测镇静水平，BIS监测效果易受麻醉方式和患者年龄的影响，甚至出现与临床表现矛盾的监测数据[4~6]。而一些新推出的监测指数已不限于只监测镇静水平，是趋向于一种能够满足镇静、镇痛、抑制反射、肌松监测以及抗干扰因素等要求的多功能监测指数，弥补了BIS指数的不足。下面主要就几种新型麻醉深度监测指数与BIS在临床中的应用对比进行综述。

1IOC      

1.1　IOC的基本原理

IOC又称为定量意识指数（quantium consciousness index, qCON）[7]。它是通过采集脑电波信号再通过脑电波的频率值计算，并从脑电图（electroencephalogram, EEG）中提取的子参数的混合，分为IOC1（或qCON）和IOC2。IOC1即脑电意识指数，评价麻醉中的镇静程度，其监测区间是0~99%，建议IOC1最佳区间为40%~60%，表示镇静深度适宜；IOC2即镇痛指数，其最佳区间为30%~50%，表示镇痛适宜[8]。IOC兼具监测镇静和镇痛的作用，与仅具有镇静监测作用的BIS相比，有一定的优势。此外，BIS是脑电活动的双频谱分析，其有复杂而独特的运算公式，并参考了1 500例全麻患者的临床数据来修正算法，其计算的脑电频率范围为70~110 Hz；而IOC使用的是符号动力学方法，其计算的脑电频率范围为30~42 Hz。

1.2　临床应用

1.2.1　监测不同麻醉药镇静深度的准确性

麻醉深度监测指数对镇静深度的预测作用虽然存在手术因素的影响，但研究发现其对不同麻醉药物镇静深度的预测作用也存在明显差别[9]。目前，许多研究已表明BIS与常用的静脉麻醉药物（丙泊酚、咪达唑仑、依托咪酯、硫贲妥钠）和吸入麻醉药物（安氟醚、异氟醚和地氟醚）的镇静作用有较好的相关性，能够准确反映其镇静深度，但BIS并不能准确监测氧化亚氮（N2O）和氯胺酮的镇静深度[10]；有研究表明吸入70%N2O时，患者指令性反应消失，BIS却未发生变化，而氯胺酮可使BIS值升高[11~12]。IOC在监测各种麻醉药镇静深度的准确性研究主要集中在静脉麻醉药物中的丙泊酚，且研究表明，IOC与丙泊酚镇静作用也具有较好的相关性，能够准确反映丙泊酚的镇静深度[10，13]。

辛鑫等[13]采用警觉/镇静评分（Observer's Assessment of Alertness/Sedation Scale, OAA/S）研究了IOC和BIS在丙泊酚靶控输注下行全麻诱导时监测镇静深度的相关性，该研究结果表明在监测丙泊酚镇静深度下两者与OAA/S评分具有较好的相关性，且两者均可以准确反映丙泊酚镇静深度的变化。Müller等[14]对IOC与BIS在丙泊酚靶控输注下监测镇静深度的一致性进行了研究，结果表明，在丙泊酚镇静下IOC与BIS均能够准确反映丙泊酚的镇静深度。Jensen等[15]研究证实了在丙泊酚靶控输注下IOC与BIS能在不同状态（意识消失、伤害性刺激）下准确反映丙泊酚镇静深度的变化。张化等[16]研究了不同方法监测患者丙泊酚镇静深度的准确性，结果表明中年患者在非伤害性刺激条件下，BIS和IOC监测丙泊酚镇静深度的优势无差异。潘艳等[17]在七氟醚麻醉下使用qCON和BIS监测镇静深度，结果表明qCON和BIS在各时间点（麻醉诱导前基础值测定时、气管插管前即刻、术中、拔管后）监测七氟醚镇静深度的相关性均较好，两者均能准确反映七氟醚的镇静深度。

此外，李茜和张丽[18]评价了IOC和BIS在监测小儿吸入七氟醚时麻醉深度的准确性，结果表明，在呼气末七氟醚浓度小于3.1%时，IOC和BIS两者均能准确反映患儿镇静深度；但高于此浓度，IOC监测麻醉深度的准确性优于BIS。

1.2.2　抗干扰因素

肌电图（electromyogram, EMG）信号的频率范围为30~300 Hz，其低限非常接近EEG的频率范围（0.5~30.0 Hz）的高限，因此低的EMG信号可能被误认为高的EEG信号，从而导致BIS值偏高,误以为是清醒或者浅麻醉的表现，而肌松药通过影响肌肉电活动进而影响EMG对BIS值产生影响[19]。IOC包含一个滤波器，它消除了大部分潜在干扰性EMG活动。目前还没有IOC和BIS在该方面的对比研究，还需要大量研究来验证两者在该方面的抗干扰能力。有研究显示电极放置的位置会对监测指数产生一定的影响。Fernández‑Candil等[20]的研究结果表明，在清醒状态下，qCON在额叶区（98.8）和顶枕区（94.3）的差异无统计学意义，但是两个位置的BIS差异有统计学意义（额叶区为94.1，顶枕区为80.7）；这可能是由于前额叶肌肉的EMG活动常常会出现高频波形，导致了BIS值增高，误导麻醉深度监测；相比之下，qCON两个部位的值差异不大。丙泊酚靶控输注致睫毛反射消失时，qCON呈现显著差异，额叶区为57.5，顶枕区为71.8，而此时两个区域BIS没有显著差异，同时观察到α波从顶枕部到额部的前移，提示α波的前移可能影响两者的值。手术麻醉期间，两个指数在两个不同的区域均表现出差异（额叶区和顶枕区的qCON分别为40.9与54.6，额叶区和顶枕区的BIS分别为44.7与55.0），相应脑区的BIS和qCON较为接近。该结果提示，在不同脑区行脑电监测得到的麻醉深度值存在一定的差异，可能与α波在不同脑区的分布不同或转换有关。但该研究未明确肌松药是否对两指数值产生影响。有研究表明，在CPB低温状态下，BIS、IOC2和qCON与体温显著相关[7]，即体温越低，镇痛效应越强（IOC2越低），镇静程度越深（qCON越低），但IOC2和qCON对低体温的敏感性较BIS强。此外，有关电刀干扰对其的影响还有待研究。

1.2.3　反映意识状态改变的即时性

一般来说，麻醉深度监测在不同意识状态过渡时都有一定的时间延迟（因其运算处理时间有差异）。研究表明意识过渡时间延迟不是恒定的，是在一定范围内波动，且BIS延迟时间比IOC短[21]。Kreuzer等[5]的研究表明，从清醒到麻醉状态，IOC时间延迟为（116±56） s；而从麻醉状态到清醒，IOC时间延迟为（98±51） s。相比之下，BIS在不同意识状态的过渡的时间延迟更短，从清醒到麻醉状态和从麻醉状态到清醒分别为（25±8） s和（25±7） s。

2Ai     

2.1　Ai的基本原理

Ai是基于脑电信息样本熵的麻醉深度监测，它以频率、时域、复杂度等多个指标为基础，采用多变量统计方法来对脑电波进行从清醒到最深程度麻醉的量化，选取爆发抑制比、边缘频率以及样本熵等脑电波参数进行加权求和，得到0~99的无量纲数值反映麻醉深度[22]，适宜麻醉深度区间为40~60，数值越低说明镇静程度越深[23]。Ai数据库参数来源于亚洲人群,符合中国人脑电信号特征,而BIS值数据库来源于欧美地区人群。

2.2　临床应用

2.2.1　监测不同麻醉药镇静深度的准确性

国内外研究表明，Ai与丙泊酚镇静作用具有较好的相关性，能够准确反映其镇静深度。蒋毅等[24]在成年人非伤害性刺激下采用OAA/S评估方法评估镇静，研究了丙泊酚麻醉下BIS和Ai在镇静深度监测方面的准确性，结果表明，Ai可准确监测丙泊酚的镇静深度，且与BIS相比差异无统计学意义。Fu等[25]在一项多中心临床研究中发现，采用丙泊酚靶控输注麻醉诱导和麻醉维持的患者，在意识消失（loss of consciousness, LOC）和意识恢复（recovery of consciousness, ROC）时，BIS和Ai的预测概率（prediction probability, Pk）和监测指数值几乎相等，证实了BIS和Ai在反映意识水平方面以及区分意识状态的准确性方面具有相似性。付阳等[26]纳入144例患者进行多中心对比研究，采用靶控输注丙泊酚麻醉，两者在LOC时（Ai 61±12，BIS 62±11）和 ROC时（Ai 74±14，BIS 76±8）的指数值近乎相等，临床上判断麻醉深度差别不大。此外，阿片类药物对Ai和BIS的影响相似，即在丙泊酚镇静下，使用阿片类药物可以使两者的数值降低，可能由于阿片类药物增加了丙泊酚的镇静作用[26]。而关于其与七氟醚等吸入麻醉药的相关性研究较少，还有待进一步研究。

2.2.2　抗干扰因素

陶守君等[27]研究发现，与BIS相比，术者使用电刀时，Ai和EEG波形更稳定，无明显失真现象，显示出Ai具有比BIS更好的滤除电刀干扰信号的功能。虽然Ai在使用过程中，患者清醒时其数据较易受到患者眨眼、皱眉等活动影响，但Ai信号较为稳定，抗干扰能力相对较强，且信号恢复快，使用方便。而关于电极片安装位置以及肌肉活动是否会对其产生影响还有待研究。

2.2.3　反映意识状态改变的即时性

有研究显示在全麻诱导到气管插管期间，Ai变化较BIS变化更为迅速，Ai常常在BIS变化前10~15ｓ就有响应，特别是丙泊酚注射液静脉注射前后可明显监测到Ai瞬间大幅降低，真实反映出患者意识突然消失的瞬时脑电状态，而BIS值变化相对比较平缓滞后[27]。且有研究表明在LOC后1 min内Ai减少15.0%、BIS减少9.3%，而ROC后1 min内Ai增加15.0%、BIS增加7.0%，表明在意识的变化过程中，Ai的改变比BIS更明显,更能反映意识的改变[26]。

3EI       

3.1　EI的基本原理

EI旨在通过测量EEG和额叶EMG的不规则性帮助麻醉医师调控麻醉深度，其采集的电信号越不规则，值就越高，则患者处于清醒状态；电信号越规则，其值越低，有意识的可能性越低[28]。它使用专有算法来处理EEG和额叶EMG数据，并产生两个指示麻醉深度的值。第1个值是反应熵（response entropy, RE），它基于EEG和额叶EMG信号，可指示患者对外部刺激的反应，并可能提示早期苏醒。第2个值是状态熵（state entropy, SE），它是基于EEG的稳定参数，可用于评估麻醉药物对大脑的催眠作用。且RE始终≥SE。RE和SE两者均>80，表示清醒状态；两者在60~80，表示镇静状态；两者在40~60，表示适合手术的无意识水平；两者均<40，表示全麻药物使用过量（呈爆发抑制状态）[29]。当麻醉深度适宜时，SE应等于RE，如果两者不相等，表示可能存在疼痛刺激等因素引起的面部肌肉活动，从而提示麻醉深度不够。

3.2　临床应用

3.2.1　监测不同麻醉药镇静深度的准确性

相关研究表明，EI和BIS预测成年人丙泊酚或七氟醚镇静程度的准确性近似[30]。在老年患者中，BIS、RE和SE均可较好地反映丙泊酚靶控输注中的麻醉深度，且BIS、RE和SE与靶控输注丙泊酚的相关性较好（相关系数分别为0.899、0.869和0.902）[31]，能够准确地监测丙泊酚麻醉下的镇静深度。在小儿中，Sciusco等[32]研究了EI、BIS在七氟醚麻醉中的应用，在各年龄组［1~12个月（婴儿）、13~36个月（幼儿）和37~144个月（儿童）］中，两者的Pk相似；但婴儿的Pk较低。虽然BIS、RE和SE在幼儿和儿童应用中的相关性好，但准确性均较差；而在婴儿中，两者的相关性、准确性均较差。此外，有研究表明，在同一麻醉深度水平，氯胺酮可使EI和BIS增加[33]。故学龄期儿童在氯胺酮麻醉时，EI和BIS仅能反映麻醉深度的变化趋势，不可反映确切的麻醉深度。

3.2.2　抗干扰因素

有研究发现，BIS和EI容易受到电刀和肌电活动的影响，BIS并不能提供EMG对EEG信号影响的信息，而EI通过分析面部生物信号可提供EMG的相关信息[30]。Aho等[34]研究发现，在电灼过程中两者的值均升高，但在电灼停止后恢复到基线值，在产生的4次异常肌电活动中，BIS均高于SE。即便如此，SE在正确区分临床状态方面不如BIS可靠（特别是区别有无意识状态），因为高频率信号（EMG、眨眼）对EI的影响高于BIS[30]。另外，有研究显示，EI在手术患者体位变化（平卧位、头低脚高位30°、平卧位、头高脚低位30°）时对麻醉深度的监测较BIS更准确[35]。

3.2.3　反映意识状态改变的即时性

Kreuzer等[5]的研究结果表明，从清醒到麻醉状态，SE时间延迟为（47±23） s；而从麻醉状态到清醒，SE时间延迟为（43±20） s。而BIS从清醒到麻醉状态和从麻醉状态到清醒分别为（25±8） s和（25±7） s，相比之下，BIS在不同意识状态过渡的时间延迟较SE更短一些。

4 AEP      

4.1　AEP的基本原理

AEP是指听觉系统受声音刺激后，从耳蜗至各级听觉中枢产生的相应电活动，分为3个部分，即脑干听觉诱发电位、中潜伏期听觉诱发电位（midlatency auditory evoked potential, MLAEP）和长潜伏期诱发电位。有研究表明，MLAEP与麻醉深度有良好的相关性，且麻醉药物主要影响MLAEP，导致MLAEP潜伏期延长和波幅降低。听觉诱发电位指数（a‑line ARX index, AAI）是根据MLAEP和自回归模型研发的AEP指数，AAI>60患者处于清醒状态，AAI<60为麻醉状态，临床推荐适合外科手术的AAI为15~25，且可部分反映皮质下活动，因此可在一定程度上反映伤害性刺激的体动反应[36~37]。

4.2　临床应用

4.2.1　监测不同麻醉药镇静深度的准确性

张化等[16]研究了不同方法监测患者丙泊酚镇静深度的准确性，结果表明中年患者在非伤害性刺激条件下，BIS和AAI监测丙泊酚镇静深度的优势差异无统计学意义。Matsushita等[37]的前瞻性研究证实了从麻醉诱导开始至患者意识消失期间，AEP在反映咪达唑仑、硫喷妥钠和氯胺酮的镇静程度上具有较好的一致性；而BIS在反映咪达唑仑、硫喷妥钠镇静方面一致性较好，但无法准确反映氯胺酮的镇静程度，且意识消失时与基线时的值几乎相同（均为75左右），BIS表现出与临床症状分离的现象。该研究结果表明，AEP在与咪达唑仑、硫喷妥钠、氯胺酮联合麻醉诱导时作为镇静程度指标可能比BIS更有效。在小儿麻醉中， Cheung等[38]研究了地氟醚麻醉时BIS和AEP的变化，结果表明AEP对不同意识水平的Pk明显低于BIS（分别为0.68和0.85），而AEP和BIS的受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线下面积分别为0.89 和0.76；该研究结果提示，AEP比BIS能够更好地区分接受地氟醚麻醉儿童患者的意识状态和无意识状态，且其敏感性和特异性均比BIS高10%。

4.2.2　抗干扰因素

有研究显示，相较于BIS，AEP监测受传感器放置部位的影响较小，即使安放在鼻部的传感器也可以准确记录到AEP。因此，在涉及额部的手术中，鼻部AEP可能有助于监测脑电活动。AAI是与听觉相关的指数，在部分有听力障碍的患者中应用受到限制[39]。有关电刀干扰和肌电活动是否对其产生影响的相关研究较少。

5 PLE      

5.1　PLE的基本原理

PLE是一种新型的麻醉深度监测指数，它利用四通道EEG测量脑内频率信号相位关系的时间模式多样性，提取两个脑电信号之间相位关系的时间特征。它提供了一种用PLE值表示意识水平的测量方法，范围从0（突发抑制或深度镇静）到100（清醒），类似于BIS量表。全身麻醉推荐的PLE范围与BIS相同，均为40~60[40]。

5.2　临床应用

5.2.1　监测不同麻醉药镇静深度的准确性

多项研究表明，PLE在反映丙泊酚镇静程度方面与BIS有较好的一致性，与BIS一样能够准确反映丙泊酚的镇静深度。Seo等[40]研究表明，在丙泊酚麻醉的诱导期和苏醒期，PLE和BIS具有较好的相关性（相关系数分别为0.98和0.92），且两者对麻醉诱导时患者意识消失的Pk（PLE 0.750和BIS 0.756）和苏醒期意识恢复的Pk（PLE 0.749和BIS 0.746）近似。但有研究显示，在浓度较高的丙泊酚麻醉时，PLE表现出相反的趋势（其值上升），此时不能准确反映镇静深度[41]。Park等[42]对15例患者进行了前瞻性研究，结果表明PLE和BIS与OAA/S均表现出很强的相关性，在意识消失前PLE与BIS的相关性较好（相关系数为0.838），而意识消失后两者的相关性有所下降（相关系数为0.669），但整个丙泊酚麻醉期间，PLE与BIS呈显著正相关。Ki等[43]对30例受试者采用改良的观察者警觉/镇静评分（modified Observer's Assessment of Alertness/Sedation Scale, MOAA/S）评估镇静水平，结果表明该评分与PLE和BIS相关性较好，PLE和BIS对丙泊酚镇静程度的Pk相近（分别为0.697和0.700），进一步证实了两者监测丙泊酚镇静深度均较准确。Jun等[44]研究也表明，PLE和BIS 与OAA/S相关性较好（相关系数分别为0.755和0.788），且两者反映丙泊酚镇静的Pk值分别为0.731和0.718，也提示两者能够准确反映丙泊酚的镇静深度。此外，Kim等[45]研究了全麻诱导期PLE监测七氟醚麻醉镇静深度的可行性，结果表明PLE与OAA/S以及呼气末七氟醚浓度高度相关（相关系数分别为0.731和−0.759），PLE可以用于七氟醚麻醉诱导的监测中，但该研究未与BIS 进行对比。

5.2.2　抗干扰因素

有研究显示，PLE受肌电信号的影响较BIS小[41]；但在Park等[42]的研究中，PLE和BIS在给予肌肉松弛剂后均显著降低，提示肌电信号对两者的监测均有影响。

6 麻醉深度监测前景      

麻醉深度监测越来越受到临床麻醉医师的重视，其不仅可以减少患者术后的相关并发症，提高患者的满意度，还有助于医疗资源的合理利用。与此同时，麻醉深度监测技术正迅速发展并改进，目前临床上推广使用的国产麻醉深度监测仪（如普可、威浩康、太极等）对麻醉中镇静程度的监测效果正在向经典的BIS靠近，有的还增加了镇痛监测、肌松监测等功能，这更利于实现真正意义上的麻醉深度监测。尽管目前临床上已有多个品牌的麻醉深度监测仪，但其麻醉深度监测指数的效果尚未完全满足临床需求，随着对麻醉深度监测的深入认识以及人工智能算法的应用，相信在不久将来，功能更强大、更准确、更智能的麻醉深度监测仪将进入临床。