核心提示
本文全面综述了重症监护室中的多模态监测技术，强调了融合神经物理学以优化患者预后的重要性。内容涵盖有创和无创神经监测工具，并重点突出了机器学习在多模态监测数据实时分析与解读中的作用，助力精准临床决策。通过多模态监测整合多种数据流，机器学习算法能够深化对脑生理学和疾病状态的理解，为重症监护室中的个体化患者治疗提供宝贵见解。这种整合有助于神经危重症医生更准确地进行神经预后评估，并为未来靶向治疗干预开辟新途径。
引言
近年来，ICU中的神经危重症监护实践取得了显著进展，尤其是在多模态监测领域。基于神经物理学原理，这些进展极大地拓展了我们实时评估脑功能和代谢状态的能力。尽管现有技术的复杂性和精密性不断提升，但临床医生在选择和解读最合适的神经监测模式组合以改善患者预后方面仍面临诸多挑战。
传统上，ICU中的神经监测在很大程度上依赖有创技术，如颅内压（ICP）监测、颈静脉血氧饱和度（SjvO₂）监测、脑组织氧合监测、热扩散血流测定（TDF）、皮质和深部脑电图（dEEG）以及脑微透析（CMD）等。这些方法虽能提供精确测量，但也伴随着感染和出血等相关风险。然而，近年来神经监测领域已逐渐转向整合无创模式，包括经颅多普勒（TCD）、鼓膜位移（TMD）、近红外光谱（NIRS）、视神经鞘直径（ONSD）、正电子发射断层扫描（PET）以及通过心率变异性（HRV）分析进行的自主神经功能评估。
随着可用神经监测工具数量的增加，解读所产生数据的复杂性也随之上升。在这一背景下，机器学习和其他数据科学工具已成为传统方法的有力补充。这些算法能够筛选多模态监测产生的高维数据，为临床医生提供患者预后预测模型，从而助力个体化治疗策略的制定。
本综述旨在对当前聚焦于颅内压、脑电活动、代谢/能量学及自主调节的多模态监测技术现状进行批判性概述，分析其神经物理学基础及在ICU环境中的临床相关性。此外，本文还将探讨机器学习的日益广泛应用，研究其如何整合到神经监测实践中，帮助临床医生为个体化患者护理做出及时、准确的决策。
脑脊液流体动力学
人类大脑复杂的结构不仅受细胞间相互作用调控，还遵循支配流体动力学、压力梯度和代谢交换的物理原理。其中，脑脊液（CSF）的物理学特性在维持颅内稳态中起着核心作用，并且与我们在神经ICU中旨在监测和调节的参数密切相关。理解脑脊液的物理学特性对于解读有创和无创神经监测数据、优化患者预后具有直接意义。
脑脊液充当着大脑的浮力缓冲垫，促进废物清除，并作为神经活性物质分布的通道。然而，脑脊液动力学的改变可能引发严重后果，表现为颅内压升高、脑自主调节受损以及后续的神经功能恶化。因此，理解脑脊液的物理学特性有助于更全面地认识脑病理生理学，尤其是与其他神经监测工具结合使用时。本节将探讨支配脑脊液流动和压力的物理原理，包括但不限于流体静力学、流体动力学以及脑脊液与脑血流量（CBF）之间的耦合关系。
脉络丛是位于脑室系统内的特殊血管和上皮细胞网络，其主要功能是产生脑脊液。这些血管丛被一层上皮细胞包裹，该上皮细胞在血液和脑脊液之间形成选择性渗透屏障。通过主动分泌、过滤和重吸收过程的协同作用，脉络丛维持着脑脊液的成分和容量，这对于缓冲大脑、提供营养和清除废物至关重要。脉络丛存在于大脑的四个脑室中：两个侧脑室、第三脑室和第四脑室。大脑总体积为1400 mL，脑脊液约占150 mL，脑脊液生成速率约为0.35 mL/min（500 mL/d）。
Monro-Kellie学说（门罗-凯利定律）是神经危重症监护中的基本概念，描述了颅内压、脑组织、血液和脑脊液之间的关系。根据这一原理，颅骨是一个刚性、不可扩张的结构，容纳着这三种成分。任何一种成分的增加都必须通过一种或两种剩余成分的减少来补偿，以维持颅内压的稳定。若无法实现这种平衡，将导致颅内压升高，进而可能引发神经功能恶化。在这一框架中，腰椎池充当着重要的缓冲区域。位于腰椎区域蛛网膜下腔的这些池是脑脊液储存库，能够容纳多余的液体。当由于脑水肿、血肿或其他病理状况导致颅内压升高时，腰椎池可以扩张以容纳额外的脑脊液，从而起到稳定颅内压的代偿作用。它们作为“安全阀”的作用凸显了颅内腔室在调节颅内压方面的复杂性和适应性，并进一步强调了理解脑脊液动力学在神经危重症患者治疗中的临床重要性。
脑脊液生成速率由以下公式定义：CSFprod = 输注速率×(Ci – Co)/Co。在该公式中，输注速率是指某种物质（通常是示踪剂）注入系统系统的速率，Ci是流入液（通常是动脉血）中该物质的浓度，Co是流出液（通常是静脉血或脑脊液）中该物质的浓度。该公式表明，脑脊液生成速率受输注速率以及流入液与流出液浓度梯度（相对于流出液浓度标准化）的影响。这种数学表达为量化脑脊液动力学提供了一种方法，在需要精确测量的实验环境或临床评估中尤为有用，突显了物质浓度与输注速率之间的相互作用在决定脑脊液生成速率中的重要性，为理解这一关键生理过程提供了定量框架。
瑞典的Ekstedt等人首次采用恒压输注方法来更深入地研究脑脊液的流体动力学，观察到了线性的脑脊液压力-流量关系。因此，当颅内压高于矢状窦压力时，通过矢状窦的流量会增加。此外，脑脊液生成速率并不会随着年龄增长而保持恒定，在脑积水患者中，年龄增长与脑脊液生成速率呈负相关。动脉搏动在大脑内脑脊液流动的动力学中起着关键作用。在每个心动周期中，动脉搏动会产生压力波，这些压力波通过脑实质传播并影响脑脊液的流动。这些脉动力量充当着驱动机制，帮助脑脊液通过脑室系统循环并进入大脑和脊髓周围的蛛网膜下腔。动脉的节律性扩张和收缩促成了脑脊液的往返运动，促进其分布并有助于维持颅内环境的整体稳态。在高血压或动脉僵硬等情况下观察到的动脉搏动异常，可能会影响脑脊液的动力学，并可能参与多种神经系统疾病的发生发展。动脉低血压每降低50 mmHg，脑脊液流出阻力约减少17%；此外，高碳酸血症会增加脑脊液流出阻力（约18%；27-48 mmHg）。
类淋巴系统是最近发现的大脑废物清除途径，其也涉及对脑脊液吸收的新认识。根据类淋巴系统理论，脑脊液通过动脉周围的血管周围间隙流动，进入脑实质并与间质液混合。这种混合促进了可溶性蛋白质和代谢物的清除，包括淀粉样β等有害物质。随后，液体被引导至静脉周围间隙，最终流入淋巴系统。类淋巴系统过程被认为在睡眠期间更为活跃，对维持大脑健康至关重要。该理论为传统模型提供了替代或补充解释，传统模型强调脑脊液主要通过绒毛和蛛网膜颗粒引流。类淋巴系统在脑实质内脑脊液吸收中的作用为理解和治疗与废物积累和液体平衡相关的神经系统疾病开辟了新途径。尽管近年来随着脑膜淋巴管的发现，人们对该领域的兴趣日益浓厚，但仍需要进一步的机制研究来验证类淋巴系统模型中脑脊液的流体动力学。
脑血流量与灌注
脑血管树具有复杂多样的结构，能够有效地为大脑各个区域提供血液供应。Willis环（大脑动脉环）是位于脑底部的关键动脉环，充当着脑血供分配的主要枢纽，连接前后部血供并提供侧支循环，这在动脉闭塞的情况下至关重要。从主要动脉分支延伸出的小动脉和微动脉穿透脑实质，形成广泛的毛细血管网络，在此处进行营养物质和气体交换。随后，这些毛细血管汇集成小静脉和静脉，最终形成较大的静脉结构，促进缺氧血从大脑排出。
19世纪末杰出的意大利生理学家Angelo Mosso（1846-1910）对我们理解脑血流量和代谢做出了重大贡献。Mosso是探索大脑血液循环动力学的先驱之一，为现代神经生理学研究奠定了基础。他巧妙地在患有颅骨缺损的神经外科患者中设计实验，并开发了早期仪器来研究不同生理和心理刺激下脑血容量和压力的变化。Mosso发明了“人体循环天平”，这是一种无创的脑血流量测量工具，证明情绪压力和智力活动与大脑动脉搏动增强相关。Mosso的细致研究揭示了脑活动与血流变化之间的关系，提出了神经血管耦合的概念。
脑血管内的血流遵循流体动力学原理。根据泊肃叶定律（Poiseuille’s law），通过圆柱形管道的流量（Q）与半径（r）的四次方和压力梯度（ΔP）成正比，与流体的长度（L）和粘度（η）成反比。其数学表达式为：Q = (πr⁴ΔP)/(8ηL)。该方程表明，血管半径的微小变化会对血流量产生深远影响，强调了血管张力调节在维持充足脑灌注中的重要性。此外，雷诺数（Reynolds number）量化了血管内层流与湍流的可能性，对于理解脑血管的流动特性至关重要。脑自主调节机制通过微动脉的血管舒张和收缩来调节血管阻力，努力确保尽管全身血压波动，脑血流量仍能保持恒定。这些机制的任何破坏都可能导致充血或缺血等病理状态，损害脑组织的完整性及其功能。在清醒静息状态下，人类大脑的耗氧速率为35 mL/min/kg，这可以通过以下方程进行数学证明：脑氧代谢率 = 脑血流量×动静脉氧分压差。
脑血流量的自主调节
丹麦科学家、教授Mogens Fog（1904-1990）于1938年直接研究了猫的软脑膜血管及其对各种刺激的反应。他观察到血压下降会导致软脑膜血管立即收缩，随后扩张；而血压升高则会导致立即扩张，随后收缩。1959年，Lassen绘制了著名的脑自主调节曲线，并提出在较宽的平均动脉压（MAP）范围（约60-150 mmHg）内，脑血流量保持恒定。Lassen的脑自主调节曲线在高影响力的研究论文和教科书中得到了广泛普及（图1）。
图 1 拉森脑自动调节曲线。正常情况下，脑血流量在 50-150 mmHg 的较大平均动脉压范围内保持稳定。而在急性脑损伤患者中，该范围会明显偏移或变窄。缺血性临界灌注阈值定义为 30 mL/（100 g・min）。
然而，近年来Lassen的自主调节曲线因其不准确性和个体间的异质性而受到质疑。此外，Lassen关于脑自主调节的原始研究因其样本量小、单点数据分析以及误差范围报告不足而受到批评。尽管如此，Lassen的开创性工作为理解脑自主调节提供了基础框架。Czosnyka等人通过对创伤性脑损伤（TBI）患者进行每日经颅多普勒脑血流量分析，验证了这一自主调节曲线。他们证实了自主调节的下限和上限以及平台期，与Lassen最初的发现一致。然而，与Lassen声称的宽范围相反，此处实验显示的曲线仅约为40 mmHg。自主调节曲线中这一相对较小的平台期被认为与这些患者遭受的急性脑损伤有关。
脑自主调节的核心原则是，尽管全身血压波动，脑血流量仍保持恒定，确保精密复杂的神经网络获得持续的营养和氧气供应。这一复杂机制由肌源性、化学性、神经元性和代谢性反应共同协调，动态地实现脑微动脉的血管舒张和收缩。Kontos等人证实，脑动脉会对全身血压的波动做出舒张和收缩反应。有趣的是，刺激迷走神经会增加压力感受器传出活动，随后平均动脉压下降，而软脑膜微动脉直径的相应增加会出现约10秒的相位偏移。在后续实验中，连续输注三磷酸腺苷（ATP）会导致全身性低血压的振荡发作，同时软脑膜微动脉直径会出现相应的、但相位偏移的振荡反应。
平均动脉压是患者一个心动周期内动脉的平均压力，其取决于心输出量（CO）和全身血管阻力（SVR），公式为：MAP = CO×SVR + 中心静脉压。然而，由于中心静脉压通常远低于平均动脉压（在健康个体中通常接近零），因此在计算中常常被忽略，简化为：MAP = CO×SVR。平均动脉压也可以通过收缩压和舒张压（DBP）估算：MAP ≈ DBP + 1/3×(收缩压 – DBP)。
颅内压是颅骨内液体（如脑脊液）和组织施加的压力，颅内压升高会减少脑血流量。脑灌注压（CPP）是驱动氧和营养物质到达脑组织的净压力梯度，是确保脑血供的有效压力。由于血液必须从全身循环（以平均动脉压为代表）流入颅内空间（压力为颅内压），因此驱动这种流动的有效压力（脑灌注压）是这两种压力之间的差值，公式为：CPP = MAP – ICP。
肌源性/内皮反应
肌源性反应是自主调节的基本组成部分，微动脉中的血管平滑肌细胞会对血管内压力的变化做出反应。压力升高会诱导血管收缩，减少血流量；而压力降低则会触发血管舒张，增加血流量。这种内在机制对于防止大脑灌注过度或不足至关重要，从而保护神经完整性。一氧化氮（NO）、内皮衍生超极化因子和前列环素是内皮因子，也是强效的血管舒张剂。内皮素1、血栓烷A2和血管紧张素II是促进微动脉血管收缩的内皮因子。一氧化氮由内皮型一氧化氮合酶合成，扩散到血管壁的平滑肌细胞中并激活鸟苷酸环化酶，导致环鸟苷酸单磷酸水平升高和血管舒张，从而调节脑血流量。前列环素是内皮细胞合成的另一种重要血管舒张剂，它激活平滑肌细胞中的腺苷酸环化酶，导致环腺苷酸水平升高，随后血管平滑肌松弛。内皮衍生超极化因子使血管平滑肌细胞超极化，导致松弛和血管舒张，尽管其确切身份和作用机制仍在研究中。内皮素1是内皮细胞产生的强效血管收缩剂，主要通过血管平滑肌细胞上的ET-A受体发挥作用，导致细胞内钙增加和平滑肌收缩。内皮细胞合成的血栓烷A2通过促进血管平滑肌细胞内钙的动员而充当血管收缩剂。通过肾素-血管紧张素系统产生的血管紧张素II通过激活血管平滑肌细胞中的血管紧张素I受体诱导血管收缩。血管舒张剂和血管收缩剂根据跨壁压力的变化协调作用，确保脑血流量维持在特定的灌注压力范围内，保护大脑免受灌注不足和灌注过度事件的影响。此外，镁可能在维持脑血管系统的内皮稳态中发挥重要作用，并与可逆性脑血管收缩综合征和后部可逆性脑病综合征等脑血管疾病相关。
化学/代谢反应
化学调节是另一个关键方面，主要由脑血管平滑肌内二氧化碳、氢离子和氧气浓度的变化驱动。二氧化碳对脑血管具有显著的舒张作用。血液中二氧化碳水平升高（高碳酸血症）会导致血液pH值下降（呼吸性酸中毒），并迅速引起脑微动脉舒张，进而增加脑血流量以满足增加的代谢需求。这种机制在脑活动增加或呼吸状态改变的情况下尤为重要，此时二氧化碳产生或潴留增加，需要增加脑血供。相反，二氧化碳水平降低（低碳酸血症）会诱导脑血管收缩，减少脑血流量，可能导致脑组织供氧不足。
一般经验法则是，动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）每变化1 mmHg，脑血流量变化约1-2 mL/100g/min。在PaCO₂的生理范围（约20-80 mmHg）内，这种关系通常是线性的。这种关系的数学表达式通常为：ΔCBF = k×ΔPaCO₂。其中，ΔCBF是脑血流量的变化（单位：mL/100g/min），ΔPaCO₂是PaCO₂的变化（单位：mmHg），k是常数，代表脑血流量对PaCO₂变化的敏感性，通常在1-2 mL/100g/min per mmHg之间。需要注意的是，在某些病理条件下，这种关系可能会发生改变，并且在慢性高碳酸血症或严重脑血管疾病患者中，脑血流量对PaCO₂的反应可能会减弱。
另一方面，氧对脑血管的作用与二氧化碳相反。缺氧（氧气水平低）会诱导脑血管舒张，以改善脑组织的氧气供应。这是一种关键的适应性反应，确保在氧气供应减少的情况下神经细胞的存活。相反，高氧（氧气水平升高）会诱导脑血管收缩，导致脑血流量减少。这种机制可防止脑组织灌注过度，并有助于维持向大脑的最佳氧气输送。脑自主调节中氧气和二氧化碳之间的相互作用是一种精细的动态平衡，确保最佳的血液供应、营养物质输送和大脑废物清除。
动脉血氧分压（PaO₂）与脑血流量之间的关系不如PaCO₂与脑血流量之间的关系直接。然而，人们对PaO₂变化如何影响脑血流量有了大致的了解，尽管具体的定量关系可能因个体而异，并受不同生理和病理条件的影响。一般来说，在较宽的正常PaO₂范围内，脑血流量保持相对稳定。然而，当PaO₂降至临界阈值以下（通常约为50-60 mmHg）时，脑血流量开始显著增加，作为维持向大脑充足氧气输送的代偿机制。这种关系通常是非线性的，可以表示为：CBF ∝ [1/(PaO₂×n)]。其中，n是决定脑血流量对PaO₂变化敏感性的常数。该方程表明，随着PaO₂降低，脑血流量增加，但当PaO₂降至临界阈值以下时，脑血流量的变化速率会加快。n的具体值可能会有所不同，通常通过经验确定。
动脉血气改变导致的平衡破坏会影响脑代谢和功能。理解氧气和二氧化碳在调节脑血管中的相互作用对于管理改变脑血流量和压力动力学的疾病至关重要，例如创伤性脑损伤、中风以及各种呼吸和代谢疾病。仔细监测和调节动脉二氧化碳和氧气水平可以成为脑自主调节受损情况下的治疗策略。
神经元反应
这种调节通常被称为神经血管耦联，涉及神经元、星形胶质细胞和血管之间的复杂相互作用。神经源性调节涉及血管周围神经的复杂网络和神经递质（主要是去甲肾上腺素和乙酰胆碱）的局部释放，控制血管直径。这调节了脑血管张力，有助于维持最佳脑血流量，并对不同脑区域的动态突触活动做出反应。舒张血管肽包括一氧化氮和乙酰胆碱；收缩血管肽包括神经肽Y和血清素。
主要由颈动脉供应的前循环通常更擅长调节脑血流量。这种强大的自主调节能力确保即使血压发生变化，大脑半球也能获得稳定的血液供应。相反，包括供应脑干、小脑和枕叶的椎-基底动脉在内的后循环，其自主调节反应相对较弱。这种差异使得后部区域在低血压条件下更容易发生缺血事件。造成这些区域差异的一个因素是交感神经密度的变化，这在调节血管张力中起着关键作用。与后部区域相比，大脑前部区域的交感神经支配密度更高。这种交感神经分布的差异可能在一定程度上解释了前循环中观察到的更有效的自主调节反应。理解脑自主调节的这些区域差异至关重要，尤其是在可逆性脑血管收缩综合征和后部可逆性脑病综合征谱系疾病等病理过程中。
压力反应指数
压力反应指数（PRx）是一项先进的神经监测参数，对于理解脑自主调节，特别是在创伤性脑损伤和其他神经危重症情况下至关重要。压力反应指数通过将颅内压与动脉血压（ABP）相关联，定量评估脑血管自主调节状态。它被计算为特定时间窗口（通常为30秒至数分钟）内颅内压和动脉血压慢波之间的移动皮尔逊相关系数。正的压力反应指数表明自主调节受损，此时颅内压被动跟随动脉血压的变化；而负值或零值则表明自主调节完好，脑血管会对动脉血压的变化做出适当的收缩或舒张反应。压力反应指数的实用性在于其能够持续实时评估脑血管对生理和病理刺激的反应。它在指导创伤性脑损伤患者的治疗策略（如优化脑灌注压）方面特别有价值。研究表明，压力反应指数与创伤性脑损伤患者的预后相关，压力反应指数值越高，预后越差。这种相关性表明，压力反应指数可以作为一种预后工具和个体化患者管理的指南。
此外，压力反应指数已被用于研究脑自主调节的病理生理学及其在各种临床条件下的改变。例如，研究探索了二氧化碳水平、体温和代谢变化等因素对压力反应指数和脑自主调节的影响。从这些研究中获得的见解有助于更深入地理解脑血流量调节的复杂动态，并为神经危重症的靶向治疗开发提供了启示。
脑能量学
在理解了脑血流量、自主调节及其压力-流量关系以更好地掌握神经物理学之后，有必要从微动脉深入到毛细血管床再到细胞层面进行探讨。脑能量学涵盖对大脑能量代谢的研究，这对于其功能和对损伤的反应至关重要。如前所述，尽管大脑仅占体重的约2%，但它却消耗了身体总能量消耗的约20%。这种高需求主要源于突触传递和维持神经元膜离子梯度等能量密集型过程。大脑的主要能量底物是葡萄糖，通过有氧糖酵解代谢产生三磷酸腺苷（ATP），这是细胞的主要能量货币。大脑对葡萄糖的依赖性极强，因此葡萄糖代谢的改变会对神经功能产生深远影响，并与包括神经退行性疾病和脑损伤在内的多种神经病理相关。
氧对于大脑中葡萄糖的有氧代谢至关重要。脑血流量与代谢需求之间的紧密耦联确保了氧的持续供应，并适应神经元活动的时空变化。这种关系是脑自主调节的基础，在代谢需求或血流量发生改变的病理状态下会受到影响。最近的神经能量学研究开始阐明能量代谢、脑功能和神经系统疾病之间的联系。例如，在缺血性中风或创伤性脑损伤等情况下，能量代谢的破坏会导致神经元功能障碍和死亡。线粒体功能障碍是许多神经退行性疾病的关键特征，导致能量不足和神经元变性。专注于改善线粒体功能或保护线粒体免受损伤的研究为多种神经系统疾病的治疗干预带来了希望。
在健康的大脑中，神经元活动与脑血流量之间存在紧密耦合，确保活跃的神经元获得充足的葡萄糖和氧供应。这对于维持离子梯度和神经递质循环（这些都是能量密集型过程）至关重要。在创伤性脑损伤或中风等急性脑损伤期间，正常的神经代谢耦合可能会被破坏。这种破坏导致神经代谢解耦联，即神经元能量需求与必需底物（氧和葡萄糖）供应不匹配的状态。
脑损伤中的神经代谢耦合可能由多种因素导致：（1）脑血流量减少导致缺血和氧/葡萄糖供应不足；（2）影响三磷酸腺苷产生的线粒体功能障碍；（3）由于细胞修复过程或兴奋性毒性加剧导致的能量需求增加；（4）血脑屏障破坏导致底物输送改变。神经代谢解耦联的后果包括能量不足、乳酸积累（由于无氧代谢）、细胞水肿、氧化应激，最终导致神经元死亡。在创伤性脑损伤等情况下，损伤周围区域（半暗带）特别容易发生神经代谢解耦联。该区域可能会经历由代谢不匹配加剧的继发性损伤过程。例如，创伤性脑损伤后会出现脑高糖酵解，即脑细胞以高于正常的速率消耗葡萄糖，即使在氧气供应充足的情况下也是如此。这被认为是受损大脑对膜修复、离子稳态和炎症等过程增加能量需求的一种反应。治疗策略通常旨在恢复能量供应和需求之间的平衡，例如确保充足的脑灌注、使用神经保护剂减轻兴奋性毒性以及支持线粒体功能。脑微透析和正电子发射断层扫描成像都为脑能量学提供了更深入的见解，本文将对此进行更详细的探讨。
有创神经监测工具
下一节将概述各种有创和无创神经监测工具、适应症、方法学以及在神经危重症患者和急性脑损伤治疗中的生理基础（图2）。
图 2 神经危重症患者及急性脑损伤治疗中，各类有创与无创神经监测工具的概述、适用指征、监测方法及生理学依据（缩写说明：EEG = 脑电图；ICPwf = 颅内压波形）
颅内压监测与波形分析
脑室外引流管（EVDs）是神经危重症监护中管理颅内压和脑积水的关键工具。脑室外引流管提供了一种直接测量颅内压的方法，并允许引流脑脊液以减轻颅腔内的升高压力。这种方法在急性脑损伤患者中尤为重要，因为颅内压的快速变化会对患者的预后产生重大影响。脑室外引流管的放置涉及将导管插入侧脑室，通常在神经影像引导下进行，以确保定位准确。导管连接到外部传感器，提供连续的颅内压读数，从而便于实时监测和管理。通过脑室外引流管监测颅内压对于创伤性脑损伤、中风或其他导致颅内压升高的疾病患者至关重要。通过及时检测和干预颅内压升高，脑室外引流管在预防继发性脑损伤和改善患者预后方面发挥着重要作用。
尽管脑室外引流管是一种宝贵的工具，但它并非没有风险。并发症可能包括感染、出血和导管错位。严格的插入和维护协议对于最大限度地降低这些风险至关重要。在多模态监测的背景下，脑室外引流管提供了可与其他监测方法（如脑灌注压和脑组织氧合监测）整合的关键数据。这种整合提高了对患者神经状态的理解，并指导治疗干预。此外，脑室外引流管通过颅内压波形（ICPwf）分析提供了关于脑脊液流体动力学的关键信息。
颅内压波形分析对于神经危重症患者的详细评估和管理至关重要。这些波形通常被称为伦德伯格波（Lundberg waves），分为三种主要类型：A波、B波和C波。A波也称为平台波，其特征是颅内压突然急剧升高至50-100 mmHg，持续5-20分钟，通常表明脑自主调节严重受损，并与严重的颅内病理相关。B波是颅内压较小的节律性振荡，每1-2分钟发生一次，通常与不稳定的脑血流量相关，尤其是在创伤性脑损伤或脑积水患者中。C波是更小、更频繁的波动，通常在正常颅内压监测中观察到，反映了颅内动力学的正常生理变化。
对这些颅内压波形的持续监测和分析提供了关于脑顺应性、血流动力学和患者整体神经状态的关键信息，指导神经危重症监护环境中的治疗决策。SYNAPSE-ICU研究表明，对急性脑损伤患者进行连续颅内压监测可提高治疗警惕性，降低死亡率，并改善神经预后。此外，多年来颅内压升高的阈值也在不断变化。2000年，脑创伤基金会指南建议正常颅内压范围为20-25 mmHg；2007年改为≤20 mmHg；最近在2016年，指南修订为颅内压≤22 mmHg，这显示出更低的死亡率和更好的预后。
Güiza等人评估了颅内压升高对成人和儿童创伤性脑损伤患者神经预后的影响。研究人员分析了261名成人和99名儿童的每分钟颅内压和血压数据。成人颅内压高于20 mmHg且持续超过37分钟，儿童超过8分钟，均与较差的预后相关。该研究还确定，除了已知的严重创伤性脑损伤基线风险因素外，颅内压的累积负荷是死亡率的独立预测因子。此外，研究强调，脑血管自主调节受损会显著限制耐受颅内压升高的能力。当脑灌注压低于50 mmHg时，任何持续时间的颅内压升高都与较差的预后相关。该研究强调，儿童创伤性脑损伤的继发性损伤发生在较低的颅内压阈值，并强调维持脑灌注压高于50 mmHg的重要性，尤其是在严重创伤性脑损伤的情况下。因此，颅内压不应被视为一个二分值，而应被视为一个动态值，需根据每个患者的具体情况并考虑脑自主调节的完整性进行个体化评估。
脑组织氧合监测
脑组织氧合（PbtO₂）的连续监测是神经危重症监护中的一项关键进展，提供了关于脑氧合状态的局部实时信息。该技术涉及将探针插入脑组织（通常是额叶白质），直接测量脑组织中的氧分压。脑组织氧合监测在创伤性脑损伤和中风等脑氧合面临风险的患者管理中尤为重要。该技术的主要用途是检测脑缺氧，即脑组织供氧不足的状态，如果不及时处理，可能导致细胞功能障碍和死亡。正常的脑组织氧合值通常在20-40 mmHg之间，低于10 mmHg表明严重缺氧。一些研究人员将脑缺氧定义为脑组织氧合
通过连续监测，脑组织氧合监测允许神经危重症医生量身定制治疗干预措施，包括优化脑灌注压和调整通气策略。它通常与其他神经监测方法（如颅内压监测和脑微透析）一起使用，以提供对大脑状态的全面了解。尽管具有这些优势，但脑组织氧合监测仅测量有限脑区域的氧合，并且由于其侵入性，存在感染和出血等风险。然而，传感器技术的进步正在提高其准确性和应用范围，为神经危重症监护中的个体化治疗方法铺平了道路。
严重创伤性脑损伤脑组织氧合优化第一阶段（BOOST-1）和第二阶段（BOOST-2）研究在推进我们对严重创伤性脑损伤治疗中脑组织氧合的理解方面具有重要意义。BOOST-1是一项观察性研究，确立了在严重创伤性脑损伤患者中监测脑组织氧合的可行性，并强调了脑组织氧合水平较低与预后较差之间的相关性。该研究 强调 了在创伤性脑损伤管理中维持充足脑组织氧合的潜在重要性。
基于此，BOOST-2研究（一项随机临床试验）进一步评估了以脑组织氧合为导向的治疗。研究表明，专注于维持脑组织氧合高于阈值的管理方案是可行且安全的，这表明神经预后可能会有所改善，尽管该研究并未最终证实这一益处，这表明需要更多的试验。作为回应，正在进行的BOOST-3试验旨在提供更确凿的证据。这项大规模研究探讨了使用脑组织氧合监测结合颅内压监测管理严重创伤性脑损伤患者是否比仅依赖颅内压监测能带来更好的预后。人们热切期待BOOST-3的结果，因为它们有可能显著影响严重创伤性脑损伤管理的治疗标准。
颈静脉血氧饱和度监测
颈静脉血氧饱和度（SjvO₂）是神经危重症监护中的一项重要监测工具，通过测量从大脑引流的静脉血中的血氧饱和度，提供关于整体脑氧合状态的关键见解。该技术涉及将导管插入颈内静脉，连续监测颈静脉血氧饱和度，作为脑氧供应和需求之间平衡的间接指标。通常，颈静脉血氧饱和度值在55%-75%之间，低于55%表明可能存在脑缺血或缺氧，即大脑的代谢需求未得到充分满足。
这种监测在创伤性脑损伤、蛛网膜下腔出血（SAH）或严重缺血患者中尤为相关，因为它有助于检测脑氧合的关键变化，并指导通气调整和灌注管理等治疗决策。导管通常放置在优势颈静脉中（通过影像或临床评估确定），以确保准确测量脑静脉流出量。
尽管颈静脉血氧饱和度监测提供了关于脑氧合的连续整体信息，但它也存在局限性，包括无法提供区域数据以及容易因患者体位或颅外污染而不准确。尽管存在这些局限性，其在动态评估脑氧合方面的作用使其成为神经危重症监护中的宝贵工具。当前的研究努力旨在提高其精度，并将其与其他神经监测方法整合，丰富整体患者护理策略。
热扩散血流测定与局部脑血流量
热扩散血流测定（TDF）在神经危重症监护中提供了一种独特的方法来评估局部脑血流量（rCBF），这在创伤性脑损伤或脑血管疾病患者中尤为重要。该技术涉及将专门的探针放置在脑组织中，根据热扩散原理测量血流量。探针由加热器和温度传感器组成；加热器的散热受邻近脑组织血流量的影响，从而提供局部脑血流量的测量值。热扩散血流测定因其能够提供局部脑血流量的连续实时监测而受到重视，使临床医生能够立即检测和应对脑灌注的变化。正常的局部脑血流量值在20-30 mL/100g/min之间，偏离该范围可能表明存在病理状态。例如，局部脑血流量减少可能预示着缺血，而过高的值可能表明充血，这两种情况都需要立即进行医疗干预。热扩散血流测定能够连续监测局部脑血流量，有助于指导优化脑灌注压和管理颅内压等治疗干预措施。尽管具有这些优势，热扩散血流测定仍存在局限性，包括其侵入性以及由于探针放置或探针周围组织变化可能导致的测量误差。然而，热扩散血流测定仍然是神经危重症患者脑血流量动力学精细化管理中的宝贵工具。
脑微透析
脑微透析（CMD）是一项复杂的神经监测技术，在神经危重症监护中越来越多地用于评估细胞水平上脑组织的代谢状态。该技术涉及将一根小导管插入脑实质（通常是大脑皮层）。导管中灌注生理溶液，允许收集反映脑组织内发生的代谢过程的细胞外液。脑微透析的主要适应症是创伤性脑损伤、蛛网膜下腔出血或大面积半球卒中患者，帮助检测可能导致继发性脑损伤的代谢紊乱。微透析导管的放置通常在神经影像引导下或手术过程中进行，目的是将其定位在感兴趣区域内或附近，例如中风期间的半暗带或创伤性脑损伤中的危险区域。收集的样本分析各种生化标志物，这些标志物提供关于细胞代谢的信息，例如葡萄糖、乳酸、丙酮酸和谷氨酸水平。
脑微透析中的关键结局指标之一是乳酸/丙酮酸比率（LPR）。正常的乳酸/丙酮酸比率通常低于25。乳酸/丙酮酸比率升高表明转向无氧代谢，通常是由于缺血或缺氧，并与脑损伤患者的不良预后相关。乳酸/丙酮酸比率升高可以指导旨在改善脑灌注和氧合的干预措施。相反，乳酸/丙酮酸比率低（尤其是伴有低血糖水平时）可能表明高糖酵解，这是损伤后早期观察到的一种情况。脑微透析提供了关于大脑生化环境的实时信息，允许对急性脑损伤患者进行量身定制的治疗。来自该技术的数据有助于指导治疗决策，例如优化脑灌注压、调整葡萄糖和氧气输送以及减轻兴奋性毒性。尽管具有侵入性且需要专门的设备和专业知识，但脑微透析是神经危重症监护中的强大工具，提供了关于脑代谢的独特见解，并指导针对患者的治疗策略（表1）。
反向透析是脑微透析的一种独特应用，其中物质通过微透析导管施用于脑实质，允许局部治疗干预或代谢研究。反向透析的一个具体应用是琥珀酸（三羧酸循环中的关键中间产物）的局部灌注。通过反向透析施用琥珀酸可以作为评估大脑内线粒体功能和细胞代谢的工具。这种方法基于这样的前提：局部施用琥珀酸可以改善线粒体呼吸，特别是在代谢受损或线粒体功能障碍的区域。Stovell等人旨在研究琥珀酸对急性创伤性脑损伤患者脑能量代谢的影响。在8名创伤性脑损伤患者中进行的这项研究表明，通过微透析灌注琥珀酸增加了细胞外丙酮酸水平并降低了乳酸/丙酮酸比率，表明细胞化学得到改善。有趣的是，在个体患者中观察到乳酸/丙酮酸比率的降低与磷酸肌酸/三磷酸腺苷比率的增加之间存在显著相关性，这表明琥珀酸可能增强线粒体功能障碍的创伤性脑损伤患者的脑能量代谢。这项研究支持了乳酸/丙酮酸比率与脑能量状态之间的联系，以及琥珀酸在治疗创伤性脑损伤患者中的潜力。
Khellaf等人的研究重点关注表现出能量代谢受损的创伤性脑损伤患者，如乳酸/丙酮酸比率升高所示，在接受多模态监测的33名创伤性脑损伤患者中，73%的患者被确定存在这种情况。研究人员通过反向透析施用2,3-13C2琥珀酸钠，观察到乳酸/丙酮酸比率降低了12%，脑葡萄糖增加了17%。微透析液的核磁共振波谱证实，施用的琥珀酸通过三羧酸循环在细胞内代谢。这项研究使用了以乳酸/丙酮酸比率为重点并整合了各种神经危重症监护监测方法的分层管理方案，表明施用琥珀酸可以改善接受脑微透析的创伤性脑损伤患者的能量代谢。
皮质脑电图和深部脑电图
在ICU的神经危重症监护中，皮质脑电图（ECoG）和深部脑电图（dEEG）在全面监测和治疗严重脑损伤患者以及有神经并发症（如癫痫发作）风险的患者方面发挥着关键作用。ICU环境中的皮质脑电图主要用于需要精确监测皮质电活动的情况，例如创伤性脑损伤患者或神经外科手术后的患者。该技术将电极直接放置在大脑表面，提供皮质电活动的高分辨率数据。在急性护理环境中，皮质脑电图有助于检测头皮脑电图上不明显的轻微癫痫发作，从而指导抗癫痫治疗。此外，它可以实时监测皮质功能，为涉及脑水肿或缺血的情况下的决策提供有价值的信息。
深部脑电图涉及将电极插入脑组织，对于监测患有深部脑损伤或接受过皮质下结构手术的患者至关重要。在ICU中，深部脑电图通常用于有深部大脑区域起源的癫痫发作风险的患者，这些癫痫发作不容易被表面脑电图捕获。该技术对于区分癫痫活动与其他形式的异常脑活动（如创伤后或手术后变化）特别有价值。深部脑电图提供的癫痫发作的精确位置对于指导靶向抗癫痫药物的给药以及在难治性癫痫情况下制定潜在的手术干预决策至关重要。
Connolly等人在2名接受临床爆发抑制的患者中获得了同步脑电图和颅内压数据。他们确定了一种血管舒张指数来评估急性脑损伤患者的神经血管耦合。他们发现，脑电图捕获的电活动与颅内压的短暂升高相关，并且颅内压的上升和下降与脑电图上观察到的爆发和抑制都相关。他们估计存在一种抛物线关系，其中颅内压在脑电图爆发后8秒达到峰值，然后在大约15秒后恢复正常。此外，相关血管舒张指数的存在表明，颅内压的升高主要是由脑血管血流动力学的变化驱动的。
无创神经监测工具
经颅多普勒
经颅多普勒（TCD）的一个关键应用是计算Lindegaard比率，这是一种用于区分脑血管痉挛和充血的指数。Lindegaard比率通过将大脑中动脉的平均血流速度除以颅外颈内动脉的平均速度（MV）来计算，比率大于3表明存在血管痉挛。这种区分至关重要，尤其是在蛛网膜下腔出血后的患者中，因为它指导治疗决策和干预措施，以管理血管痉挛并预防缺血性并发症。
经颅多普勒还允许间接估计脑血流量。尽管经颅多普勒不直接测量脑血流量，但血流速度可以作为替代指标。通过评估各种生理和药理学刺激下血流速度的变化，经颅多普勒可以提供关于脑血管反应性和自主调节的信息。例如，屏气或二氧化碳激发试验等技术可用于评估脑血管反应性，其中二氧化碳水平升高导致血管舒张和血流速度增加。这种反应可以量化并用于评估脑自主调节机制的完整性。
从经颅多普勒超声获得的脉动指数（PI）是反映脑血管血流阻力的宝贵参数。脉动指数使用以下公式计算：PI =（收缩期峰值速度 – 舒张末期速度（EDV））/平均速度。Bellinger脉动指数公式是表达脑血管阻力的另一种方式，计算如下：Bellinger PI = [2×(平均速度 – 舒张末期速度)] /（收缩期峰值速度 + 舒张末期速度）。这两个公式都用于评估脑血流动力学，脉动指数值越高，通常表明脑血管阻力越大，这可见于脑血管痉挛或颅内压升高等情况。
在蛛网膜下腔出血中，脉动指数升高通常表明脑血管阻力增加，这可能是由于脑血管痉挛或颅内压升高等因素导致的。监测蛛网膜下腔出血患者的脉动指数对于早期检测血管痉挛特别有用，血管痉挛是一种常见且严重的并发症，可能导致延迟性脑缺血。脉动指数的升高可能先于血管痉挛的临床症状出现，为早期干预提供了机会。此外，脉动指数有助于评估旨在减轻血管痉挛和管理脑血流动力学的治疗干预措施的有效性。在蛛网膜下腔出血中，约1.5的脉动指数升高与血管痉挛相关，正常脉动指数范围为0.5-0.6。
脑灌注压也可以通过经颅多普勒测量值通过以下公式估算：CPP = 平均血流速度 / (平均血流速度 – 舒张末期速度) × (平均动脉压 – 舒张压)。
Kim等人从数千个单独的波形中创建了平均颅内压波形。在ICU的非急性脑损伤中也观察到了类似的脑血流动力学损害。例如，脓毒症患者在脓毒症早期表现出中位血流速度和脉动指数升高，而脑自主调节没有受损；然而，在脓毒症晚期，观察到脑自主调节受损。
近红外光谱与脑血氧仪
近红外光谱（NIRS）利用电磁波谱的近红外区域（约500-800 nm）来确定大脑的特性。红外光束穿过物质，然后由传感探针根据比尔-朗伯定律（Beer-Lambert’s law）进行解读，公式为：A = log₁₀(I₀/Iᵢ) = alc。其中，A = 吸光度，a = 摩尔吸光系数，l = 样品的光程长度，c = 溶液中化合物的浓度。
近红外光谱的主要优势在于其无创性、易用性以及无需患者镇静或转运即可提供实时监测的能力。然而，其局限性包括对颅外污染（如头皮和颅骨血流）的敏感性、有限的穿透深度（限制其对皮质表面的评估）以及基于个体解剖结构和探针放置的读数变异性。近红外光谱的一个重要应用是评估脑自主调节以及大脑在全身血压变化时维持稳定脑血流量的能力。近红外光谱可以生成各种测量值，包括区域脑血氧饱和度（rSO₂）、区域脑血流量指数、组织氧提取分数、组织氧合指数和相对总组织血红蛋白浓度。神经元内的氧代谢也可以通过测量细胞色素c氧化酶的氧化状态来估计。
时域和频域分析对于评估脑自主调节和血流动力学至关重要。脑血氧仪指数（COx）源自区域脑血氧饱和度与动脉血压的相关性，利用时域分析观察区域脑血氧饱和度随血压波动的时间变化，并利用频域分析检查这些信号的频谱成分。正的脑血氧仪指数表明自主调节受损，此时脑氧合被动跟随全身压力的变化。与动脉血压相关的组织氧反应指数（TOx）功能类似，提供关于脑氧合稳定性的信息。血红蛋白体积指数（HVx）使用近红外光谱的相对总组织血红蛋白浓度，并将其与动脉血压相关联，以评估脑血容量的变化。正的血红蛋白体积指数表明脑血容量与血压之间存在被动关系，提示自主调节受损。
最后，脑血流自主调节指数将区域脑血流量指数与动脉血压相关联，帮助理解通过近红外光谱估算的脑血流量如何响应全身压力变化。脑血流自主调节指数的高相关性意味着血压对脑血流量有直接影响，表明自主调节能力丧失。正常的区域脑血氧饱和度为55%-80%，
表2 神经危重症医生的近红外光谱衍生指数和临床效用
Damian等人探讨了近红外光谱在监测大面积大脑中动脉卒中和相关脑肿胀患者颅内氧合方面的有效性。该研究涉及24名患者，在双侧额叶放置近红外光谱传感器，频繁测量区域脑血氧饱和度。研究结果表明，虽然不同患者的区域脑血氧饱和度绝对值差异显著，且与临床数据无直接相关性，但梗死半球和对侧半球之间的区域脑血氧饱和度差异提供了有价值的信息。在大多数情况下，梗死侧的这种差异通常更高。特别是，随着脑肿胀，区域脑血氧饱和度差异会减小，在脑疝患者中会消失，但在成功的去骨瓣减压术后会显著增加。Kurth等人的研究旨在使用近红外光谱确定新生儿（小猪）脑氧饱和度（SCO₂）的缺氧缺血阈值。在60只麻醉小猪中，该研究将脑氧饱和度水平与脑电图、脑三磷酸腺苷和乳酸浓度的变化相关联，并与脑血流量和矢状窦血氧饱和度进行比较。主要发现包括确定了乳酸增加、脑电图轻微和重大变化以及三磷酸腺苷减少的脑氧饱和度阈值，分别为44%、42%、37%和33%。这些阈值显著低于68%的基线脑氧饱和度，表明正常功能和功能障碍之间存在相当大的缓冲区域。
近红外光谱应用的一个主要限制是散射和反射。光束穿过包括皮肤、组织和骨骼在内的多个层。对于典型的4 cm光源到探测器距离，大约测量0.3 cm的大脑皮层。此外，在神经外科患者或创伤性脑损伤患者中，脑脊液、硬膜下积液和含铁血黄素等血液制品可能进一步混淆近红外光谱的临床效用。患者之间的生物变异性（包括动静脉充盈的变化）也阻碍了“正常”基线值的使用。相反，将近红外光谱指数用作变化的“趋势监测器”可能具有更大的临床效用。
视神经鞘直径
视神经鞘直径（ONSD）测量已成为神经危重症监护中估算颅内压的无创技术。视神经鞘直径评估基于这样的原理：视神经鞘与蛛网膜下腔相连，反映脑脊液压力的变化。颅内压升高会导致鞘直径相应增加。视神经鞘直径通常使用经眶超声（一种床旁超声技术）进行测量。将超声探头放置在闭合的眼睑上，在眼球后方3 mm处测量视神经与探头垂直的位置。
视神经鞘直径测量在无法进行有创颅内压监测的情况下或对有创方法有禁忌症的患者中特别有用。它已有效地用于治疗创伤性脑损伤、中风和特发性颅内高压等疾病。多项研究验证了视神经鞘直径测量与有创颅内压读数之间的相关性。据报道，视神经鞘直径检测颅内压升高升高的敏感性和特异性较高，使其成为可靠的替代标志物。然而，个体患者变异性和技术依赖性是需要仔细解读视神经鞘直径测量结果的因素。
Chang等人探讨了创伤性脑损伤术后患者的脉动指数、视神经鞘直径和颅内压之间的相关性。这项涉及68名创伤性脑损伤患者的研究使用经颅多普勒超声分析了这些参数之间的关系。主要发现包括视神经鞘直径与颅内压之间存在显著相关性，尤其是当视神经鞘直径≥5 mm时。此外，在术后第6天和第7天，观察到脉动指数与颅内压之间存在强相关性。该研究还评估了脉动指数和视神经鞘直径在预测颅内高压方面的有效性，发现脉动指数≥1.2且视神经鞘直径
Aletreby等人在其系统评价和荟萃分析中，评估了视神经鞘直径超声作为升高颅内压的无创估算方法的诊断准确性，并与标准有创颅内压测量进行了比较。该评价包括18项前瞻性研究，主要分析了16项涉及619名患者的研究。特别是，分析显示颅内压与视神经鞘直径之间的相关系数为0.7，表明存在强相关性。然而，元回归未发现任何显著的协变量，并且对严重创伤性脑损伤和脑实质颅内压的亚组分析表明不存在异质性。该研究得出的结论是，尽管视神经鞘直径超声是评估颅内压的宝贵工具，但在可行和适当的情况下，不应取代有创方法。视神经鞘直径的高诊断精度表明其作为颅内压评估的辅助手段的效用，尤其是在无法立即获得或无法进行有创监测的情况下。
鼓膜位移
鼓膜位移（TMD）测量是一种新兴的无创估算颅内压的技术。其基本原理基于颅腔与内耳外淋巴液之间的解剖学和生理学联系。颅内压的变化传递到外淋巴，并可能影响鼓膜的位置和活动性。鼓膜位移使用专门的设备测量，该设备检测并量化鼓膜对声刺激的运动。通常，将探针插入外耳道，形成密封。引入低频声波，并记录鼓膜产生的运动。然后分析位移模式以推断颅内压水平，特定的位移特征与颅内压升高相关。
Evensen等人进行了一项研究，以确定鼓膜压力（TMP）波形是否可以无创估算颅内压波形。该研究涉及28名因临床原因（如蛛网膜下腔出血后的监测或脑脊液循环障碍的诊断）接受有创颅内压测量的人。研究人员为每位参与者建立了有创颅内压和无创鼓膜压力信号之间的传递函数估计，旨在评估该方法的潜力。该方法的验证涉及比较从估算的和有创测量的颅内压波形计算的平均波幅（MWA）。研究发现，特定患者的无创颅内压信号可以令人满意地预测28名个体中4名（14%）的平均波幅。在这4名患者中，原始平均波幅和估算平均波幅之间的差异在超过50%的观察结果中小于1.0 mmHg，在超过20%的观察结果中小于0.5 mmHg。此外，该研究揭示了耳蜗导水管作为物理低通滤波器的作用，影响压力信号的传递。这一发现意义重大，因为它表明在某些患者中使用鼓膜压力波形无创估算颅内压波形是可行的，尽管该方法的有效性因个体而异。研究表明，鼓膜压力波形分析在无创颅内压监测中具有潜力，但也强调需要进一步研究以提高其准确性和适用性。
正电子发射断层扫描
正电子发射断层扫描（PET）是一种高度复杂的成像方式，通过提供关于脑病理的功能和代谢信息，在神经危重症监护中发挥着关键作用。正电子发射断层扫描通过检测由正电子发射放射性核素（示踪剂）间接发射的伽马射线来工作，该放射性核素被引入体内的生物活性分子中。这种技术对于评估脑代谢、血流量和受体结合特别有价值，为大脑的生化过程提供了独特的视角。通常使用诸如18F-氟脱氧葡萄糖之类的示踪剂，其被活跃的脑组织吸收。正电子发射断层扫描成像的示踪剂分布与区域脑葡萄糖代谢相关，提供关于神经元活力和功能的见解。正电子发射断层扫描的主要优势在于其能够提供关于大脑功能状态的详细信息，这是其他成像方式无法获得的。然而，其局限性包括高成本、可用性有限以及需要放射性示踪剂。此外，正电子发射断层扫描数据的解读需要复杂的分析技术和对脑病理生理学的深入理解。
Veenith等人使用15氧标记的正电子发射断层扫描和18氟标记的氟米索硝唑（18F-FMISO）正电子发射断层扫描成像研究了创伤性脑损伤患者的组织缺氧和缺血。该研究涉及10名创伤性脑损伤患者和两个各10名健康志愿者的对照组，分别接受18F-FMISO和15氧标记的正电子发射断层扫描。该研究评估了早期创伤性脑损伤中大血管和微血管缺血的负荷和分布。主要发现是，与对照组相比，创伤性脑损伤患者的中位缺血脑体积和缺氧脑体积显著更高。受伤和正常表现脑区域内这些病理生理组织类别的空间分布匹配不佳。缺氧脑体积区室显示出与缺血脑体积区室相似的脑血流量、脑血容量和脑氧代谢率，但氧提取分数更低，表明损伤更严重。脑组织氧合监测表明，18F-FMISO滞留增加可能发生在15 mmHg或更低的氧分压下。该研究得出结论，创伤性脑损伤中的组织缺氧不仅限于具有结构异常的区域，并且可以在没有传统大血管缺血的情况下发生。这一发现与微血管缺血一致，强调了针对这些生理变化的新型神经保护策略的必要性。
心率变异性分析
心率变异性（HRV）是神经危重症监护中的一种新兴工具，为自主神经系统功能提供了宝贵的见解。心率变异性是指心跳之间时间间隔的生理现象，通过逐搏间隔的变化来测量。它反映了心脏对各种生理和环境刺激的反应能力。在创伤性脑损伤、中风和其他神经系统疾病患者中，心率变异性分析可以帮助评估自主神经功能障碍，这通常是一种继发性并发症。心率变异性指标与脑损伤的严重程度相关，并可以预测预后。例如，心率变异性降低与创伤性脑损伤患者的不良预后相关，表明自主神经调节障碍程度更高。
Megjhani等人进行了一项研究，评估使用心率变异性指标检测动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者的神经心源性损伤（NCI）。该研究包括326名连续入院患者，其中56名（17.2%）发生了神经心源性损伤，定义为心室功能障碍伴异常壁运动或心肌肌钙蛋白I水平升高，且无冠状动脉供血不足的迹象。计算了前48小时的心率变异性指标，包括时域和频域，以及去趋势波动分析等非线性技术。该研究使用多级纵向线性回归检查了心率变异性指标与神经心源性损伤之间的关系，并评估了各组在基线和随时间的差异。结果显示，神经心源性损伤患者的迷走神经活动减少，表现为低频/高频比率升高，表明交感神经活动占主导的交感迷走平衡变化。患有神经心源性损伤的蛛网膜下腔出血患者的所有时域心率变异性指标均较低。
使用集成机器学习方法，这些心率变异性指标被转化为一种分类工具，该工具表现出良好的区分能力，受试者工作特征曲线下面积（AUC-ROC）为0.82，精确召回曲线下面积为0.75，正确分类率为0.81。该研究得出结论，心率变异性指标与神经心源性损伤显著相关，并且使用心率变异性衍生特征的机器学习模型可以有效分类发生神经心源性损伤的蛛网膜下腔出血患者。这表明，通过机器学习技术增强的心率变异性分析可能是早期检测蛛网膜下腔出血患者神经心源性损伤的宝贵工具。
弥漫性白质疾病引起的恶性紧张症和中毒性白质脑病的医疗管理也与心率变异性参数降低相关，包括正常-正常间期的标准差、连续正常-正常R-R间期差异超过50 ms的百分比、连续R-R间期的均方根和心脏熵。
Srichawla等人进行了一项系统评价，以评估心率变异性生物反馈治疗创伤性脑损伤后自主神经系统功能障碍的有效性。该评价发现，参与者平均接受了11次心率变异性生物反馈治疗（范围为1至40次）。结果表明，心率变异性生物反馈与创伤性脑损伤患者的心率变异性改善相关。此外，生物反馈后心率变异性增加与创伤性脑损伤恢复之间存在正相关。观察到认知和情绪功能的改善，以及头痛、头晕和睡眠问题等身体症状的改善。
多模态监测与机器学习
多模态监测与机器学习在ICU中的整合代表了神经危重症监护的重大进步。这种融合利用从各种监测模式（如颅内压、脑血氧仪、脑电图和脑组织氧合）获得的综合数据，通过预测分析和决策支持系统改善患者护理。机器学习算法可以分析来自多模态监测的大量复杂数据集，识别人类分析可能无法察觉的模式和相关性。这种方法能够在关键事件（如继发性脑损伤、脑缺血或即将发生的癫痫发作）在临床上显现之前很久就对其进行预测。例如，充分利用多模态监测结合先进的机器学习技术可能允许在脑疝综合征发生前数小时识别它们。神经网络、支持向量机和决策树等算法已应用于神经监测数据，以预测预后并指导治疗干预。
Tas等人研究了多模态监测在各种急性脑损伤成人患者中的应用，包括创伤性脑损伤、蛛网膜下腔出血、脑出血、急性缺血性中风和心脏骤停后的缺氧缺血性脑损伤。该综述涵盖了2015年至2022年的研究，确定了112项多模态监测研究，强调了在大多数研究中颅内压监测与脑组织氧合（PbtO₂）的主要组合。他们的分析表明，多模态监测主要应用于创伤性脑损伤和蛛网膜下腔出血病例，研究中的中位样本量为36名患者，其中许多研究需要超过5年的时间才能招募参与者。这些研究分为观察性研究（68项）和干预性研究（44项），干预措施进一步细分为全身性、脑性和多模态监测指导的干预措施。绝大多数（82%）多模态监测指导的干预研究将临床结局作为终点，其中78%的这些研究表明，多模态监测指导的干预措施显著改善了结局。该综述的主要局限性包括由单一作者进行记录筛选，以及未按照公认的PRISMA指南作为系统综述进行。
Schweingruber等人进行了一项研究，使用递归机器学习模型预测接受有创颅内压监测的患者的颅内压显著升高。该研究使用机构队列（ICP-ICU）的1346名患者训练模型，并在两个公开可用的数据集上进行外部验证：重症监护医学信息库（MIMIC，998名患者）和急诊重症监护室协作研究数据库（eICU，1634名患者）。这些模型旨在预测未来数小时内颅内压升高至22 mmHg以上且持续时间超过2小时的情况。该研究评估了在关键阶段前长达24小时的不同时间间隔的预测性能，观察到随着间隔时间的延长，性能下降。然而，即使在24小时时，这些模型也表现出稳健的受试者工作特征曲线下面积（ICP-ICU：0.826；MIMIC：0.836；eICU：0.779），在较短的间隔时间内更高（1小时受试者工作特征曲线下面积：ICP-ICU：0.982；MIMIC：0.965；eICU：0.941）。基于长短期记忆（LSTM）的机器学习模型在稀疏的每小时数据上运行，能够处理可变的输入长度和数据缺失。该研究还应用了基于梯度的特征重要性分析，以揭示模型的决策过程，提高其临床可解释性。研究结果表明，递归机器学习模型（尤其是基于长短期记忆的模型）可能是预测颅内压升高的有效工具，在神经危重症监护环境中具有很高的转化潜力。该研究涉及预测颅内压随时间的变化，这本质上是序列数据。长短期记忆等递归模型旨在通过维持对先前输入的记忆来处理时间序列数据。这对于基于过去的趋势准确预测未来事件至关重要。它们可以处理数据收集中的不一致性，这在临床环境中很常见。由于其复杂性，存在过拟合训练数据的风险，这会降低模型在新的、未见过的数据上的性能。
MASTER-TBI项目是一项多中心纵向队列研究，采用新颖的混合云平台和数据科学技术，收集和分析在澳大利亚三个创伤ICU接受颅内压监测和ICM+（剑桥企业）神经监测的中重度创伤性脑损伤（m-sTBI）患者的数据。该合作项目采用混合云平台进行数据存储和管理。混合云平台结合了本地基础设施（或私有云）与公有云，允许灵活、可扩展且更安全的数据处理。这在生成大量敏感数据且需要高效处理同时遵守数据保护法规的医疗环境中特别有用。收集用于分析的数据包括病理生理事件、手术干预、住院和ICU住院时间、患者出院状态以及6个月时的扩展格拉斯哥结局评分（如可用）。该研究强调了MASTER-TBI合作项目中数据科学驱动的系统和技术的发展，旨在最大限度地发挥高分辨率中重度创伤性脑损伤患者神经监测数据的效用。所开发的系统被描述为创新且世界一流，有潜力显著改善中重度创伤性脑损伤患者的治疗和结局。
结论
融合神经物理学原理（包括脑血流动力学和能量学）、多模态监测以及使用机器学习算法的先进数据科学分析，为神经危重症监护领域提供了一个充满希望的交叉点。未来还将出现进一步的进展，包括评估颅内压、脑氧合和温度的三腔颅内监测器，以及同步的脑组织氧合-脑电图、近红外光谱-脑电图和反向透析技术。利用这些工具以及先进的机器学习模型，旨在改善ICU内的预测建模。例如，在蛛网膜下腔出血患者中，提前数小时或数天估算颅内高压、相关的脑疝综合征和延迟性脑缺血。此外，更好地理解急性脑损伤的潜在脑生理学将为治疗提供更多途径。因此，神经危重症医生的角色正从神经预后评估者转变为神经保护者。然而，至关重要的是继续推进我们的技术和方法，以进一步加深我们对神经ICU中脑生理学和患者治疗的理解。
本文荟萃自，只做学术交流学习使用，不做为临床指导，本文观点不代表数字重症 ICU.CN立场。
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