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脑电功率谱在新生儿脑成熟度评估中的应用与研究进展2023摘要脑电图是评估新生儿大脑发育与功能状态的重要神经电生理手段，但其解 读专业性较强且依赖主观经验，临床应用受限。多种形式的定量脑电图可 对原始脑电图进行分析处理，提高了脑电图判读效率。脑电功率谱作为一 种定量脑电图，具有判读简便、客观、及时等优点，逐渐应用于缺氧缺血 性脑病、代谢性脑病、中毒性脑损伤等疾病，但其在新生儿大脑发育与功 能状态中的研究尚处在探索阶段。本文对脑电功率谱在新生儿大脑发育与 功能状态评估中的研究进行总结，并重点介绍其在新生儿脑成熟度评估中 的研究进展。新生儿期是大脑发育的关键阶段，缺氧、感染、早产等可引起脑功能或结 构改变，严重时还可导致神经功能障碍、生长发育迟缓、脑性瘫痪等不良 神经发育结局1 0而发育早期大脑的可塑性较强，这使早期干预改善神 经预后成为可能2, 3 O因此，大脑发育与功能状态评估是目前新生儿领 域研究热点之一。脑电图(electroencephalogram , EEG )是评估新生儿大脑发育与功能 状态的重要手段，但因判读专业性强且依赖临床经验使其应用受限。而应 用信号处理技术衍生出的多种定量EEG简化了 EEG判读。脑电功率谱是 目前常用的定量EEG之一，判读简便、客观，被用于大脑生理状态、缺氧 缺血性脑病（hypoxic ischemic encephalopathy , HIE ）及认知功能异 常等研究4, 5, 6, 7 0近年来有学者也对健康新生儿脑电功率谱进行研 究，并对新生儿HlE、高胆红素血症、脑白质损伤、脑卒中等疾病的频谱 改变特征进行了探讨。随胎龄增加，新生儿脑电功率谱虽有自身的变化规 律并因疾病发生改变，但不同研究的结论仍有差异。在脑电功率谱研究中， 明确健康新生儿基线指标是判读脑功能有无异常的基础，本文对脑电功率 谱在新生儿脑成熟度评估中的进展进行综述。一、脑电功率谱基本原理通过头皮电极记录的EEG是大脑各区域发出的各种频率脑电活动的总和, 因此正常EEG具有相对固定的频谱特征，可以反映大脑功能状态。将原始 EEG信号经快速傅里叶转换，从时域转换到频域，得到脑电功率随频率变 化的频谱图即脑电功率谱，常用观察指标包括总功率、各频段绝对及相对 功率、谱边缘频率（spectral edge frequency , SEF 总功率指一定频 率范围内EEG总的绝对功率，频率范围因不同脑电监护仪设置略有差别； 绝对功率是各频段（、& 8 3、等）计算出的实际脑电功率，但受个 体差异影响，变异较大；相对功率指某频段功率值占总功率值的百分比, 可消除个体差异干扰，是比较稳定的指标；SEF是95%总绝对功率以下的 频率，表示包含95%功率的EEG功率谱高边界频率。脑电功率谱将原始 EEG信号量化后，可直接观察到脑电活动在不同频段的功率信息，准确定 量、定位反映各脑区脑功能状况，使EEG判读更快速、便捷、直观，便于 非电生理专业医生对结果的判读。二、健康足月儿脑电功率谱特点健康足月儿脑电功率谱特征是脑电功率谱研究的重要基础。Finn等8 研究发现，健康足月儿娩出后双侧额叶和中央区绝对及相对功率最高， 其相对砌率中位数为87.8%o Castro等9 对健康足月新生儿生后前6 h及4872 h分别记录EEG ,发现前6 h相对砌率较高，c, B值较 低，而4872 h间&降叩频段相对功率均增加。Korotchikova等10 在健康足月儿生后12 h内记录2 h睡眠期EEG ,发现新生儿活动睡眠 (active sleep , AS )期 SEF 显著高于安静睡眠(quiet sleep , QS )期,相对砌率显著低于QS期。COrSi-Cabrera等11 的研究记录了健康足 月新生儿生后前5周睡眠期EEG ,发现仅210 Hz频段绝对功率随胎龄 增加而增加，但这一频段选择较宽，仍需进一步细化研究。以上研究表明 健康足月儿生后早期脑电功率从低频向高频转变不同阶段的睡眠-觉醒周 期脑电频谱分布也存在差异，QS期较AS期有更低的频率范围。三、早产儿脑电功率谱特点早产儿大脑随胎龄增加逐渐成熟，大脑皮层脑电活动也呈现与胎龄相适应 的特征。近年来，早产儿脑电功率谱的研究主要集中于无明确脑损伤危险 因素的早产儿不同胎龄脑电功率谱特征，及其在校正胎龄足月后与相应胎 龄健康足月儿的比较。Victor等12 对胎龄2430周早产儿生后前4 d每天行EEG检查，结 果显示相对砌率从第1天的68%增至第4天的81 %o West等13 对 胎龄32周早产儿生后1周内做多次EEG检查发现SEF从第1天的10.7 Hz降至第3天的9.9 Hz ,之后趋于稳定。Niemarkt等14 对胎龄32 周早产儿进行了至少4周的EEG记录，发现总功率随胎龄增长而下降，且 中央、题区最明显，这与早产儿大脑影像学表现一致，表明顶颍叶区脑回 发育先于其他区域；随胎龄增加，脑电功率总体变化趋势从低频转变为高 频，8 Hz频段的绝对及相对功率随胎龄增加而降低，除枕区外的SEF均 随胎龄增加而增加。磁和B波是复杂的EEG波形，高频功率的增加可能 与皮层和皮层下核之间的连接形成有关。此外，胎儿大脑皮质活动模式在妊娠晚期迅速发展，与睡眠模式平行建立。 为深入认识脑电活动发育特征和机制，有学者对新生儿清醒期、AS期和 QS期脑电功率谱的差异进行了研究。Whitehead麓15发现胎龄3443 周新生儿在清醒期和AS期的绝对砌率随胎龄增加而降低，但在QS期无 明显变化；绝对e功率在睡眠期，尤其是在QS期随胎龄增加而增加，但 在清醒期无明显变化。Scher等16 对胎龄28-43周新生儿行EEG检 查发现，胎龄36周前，随胎龄增加，AS期和QS期总功率降低，怀叩功 率增加，6功率无明显变化，而在AS期砌率降低；胎龄36周后总功率 和砌率无明显变化，AS期功率增加，QS期怀叩功率降低。由此可见, 新生儿脑电活动中济口6功率的变化有状态依赖性，可能代表不同状态时大 脑皮层活动模式的改变。早产儿校正胎龄足月后脑电功率谱特征与同胎龄健康足月新生儿的差异 是相关研究的另一重要内容。Scher等17 对胎龄32周早产儿在校正 胎龄足月时进行EEG检查，与同胎龄健康足月儿相比，早产儿睡眠期多个 频段功率值较低，特别是矢状旁和中线区，说明早产可能引起大脑发育功 能改变且主要反映在睡眠期，这可能与早产后宫外生长经历有关。关于长 期宫外经历对早产儿脑电活动的影响，有学者进行了初步探索18 ,但 对其加速还是抑制大脑成熟仍有争议相关定量EEG研究也较少。OTe)C)Ie 等19 对胎龄32周早产儿在生后前3 d进行EEG监测，发现包括脑 电功率谱在内的多种特征，生后1 d的发展相当于宫内1 2.5周的成熟水 平，认为出生后适应对早产儿脑电活动具有重要影响，但其纳入例数较少, 且仅记录出生前3 d的EEG变化,其后这种快速适应期可能逐渐减弱甚至 恢复基线水平。而Suppiej等20 对胎龄23-27周早产儿校正胎龄 34-35周时进行了脑电监测，并与同胎龄晚期早产儿进行比较，发现 23-27周组相对砌率显著高于晚期早产儿组，而&讲耶频段相对功率 显著低于晚期早产儿组。较高的环口较低的8 频段相对功率与较差的神 经发育结果相关。与上述研究不同，Grieve等21 对胎龄24-28周早 产儿校正胎龄足月时进行EEG分析,未观察到其与同胎龄健康足月儿脑电 功率值存在显著差异。上述研究虽然初步揭示了早产儿生后脑电功率谱的变化特征，为评估早产 儿脑发育情况奠定了基础，但目前所得结论不完全一致，可能与研究纳入 的早产儿胎龄、脑电检查时机及分析片段不同有关。现阶段比较一致的观 点认为早产儿生后数天内碗段功率短期增加，而随日龄进一步增加，总 功率下降，脑电功率从低频转变为高频。这与视觉EEG分析新生儿生后 EEG频率变化相符，即随胎龄增加波趋于减少，而硼及快波逐渐增加, 体现了新生儿大脑皮层功能活动由简单向复杂的转变过程。四、与新生儿认知相关的脑电功率谱研究新生儿期是人类认知活动的起始阶段，由于听觉发育较早，多数新生儿认 知相关研究集中于此领域22, 23 0 Zhang等24 将健康足月儿按日 龄分组，记录了清醒、安静且无外界刺激的静息状态和听觉刺激状态下的 脑电功率谱结果表明两种状态下绝对砌率从1 10 d逐渐增加,11 20 d达峰值，21 28 d逐渐下降，且听觉刺激状态功率大于静息状态，生后 1120 d可能是新生儿接受刺激信号并做出反应的关键时期。由此可见, 出生后数天EEG绝对砌率表现出识别听觉刺激的特征性表现，可作为评 价新生儿听觉发展的客观指标。Brito等25 研究了足月儿出生时静息 状态脑电功率谱与15月龄时神经系统预后的关系,发现低M 2435 Hz) 和高佛围(3648 Hz )功率与认知能力，特别是陈述性记忆和听觉理解 正相关，提示高频振荡活动的早期变化可能导致了认知轨迹的个体差异。 五、新生儿病理状态下的脑电功率谱研究H正是围产期缺氧缺血导致的新生儿脑损伤，中、重度患儿可遗留癫痫、 脑性瘫痪等神经系统后遗症26 ,是脑电功率谱研究的热点,HIE脑电 功率谱主要变化为总功率、绝对及相对功率下降。Kota等27 对HIE 足月儿生后第1天的EEG研究发现，随HIE严重程度增加，各通道绝对 功率和总功率均显著降低，用于HlE临床分度的总Sarnat评分与绝对功 率、总功率呈负相关，认为这两项指标可用于监测HIE严重程度。 Korotchikova等28 认为，相对砌率下降是HIE严重程度增加的主要 指标。此外，Majora等29 及Greene等30 研究表明，总功率及 高频信号增加可能对检测及预测癫痫发作有意义。Jain等31 用脑电功 率谱预测接受亚低温治疗的HlE足月儿的癫痫发作，研究发现总功率低于 10 V2可作为癫痫发作高风险的预测指标。该团队的另一项研究显示， 这类新生儿中，无或轻度MRI改变脑损伤患儿生后624 h总功率显著高 于中-重度MRI改变的患儿，总功率10 V2作为界值识别HlE患儿中- 重度MRI脑损伤的特异度为98% 32 o此外，学者也对新生儿在其他病理状态的脑电功率谱特征改变进行了初步 探索。李洁琼等33 对胎龄35-42周的高胆红素血症新生儿进行研究， 发现血清总胆红素 342 molL时,额区总功率明显增高,颗区、枕区 SEF明显降低，总功率和SEF可能与血清总胆红素对新生儿脑功能的影响 具有一定相关性。Inder等34 分析胎龄2331周早产儿生后前3周 的EEG检查结果，发现与无脑白质损伤早产儿相比，有脑白质损伤的早产 儿220 Hz范围的SEF明显较低，SEF与白质损伤的严重程度相关，但 该研究仅行单次检查，无法推测SEF的时间变化过程。Castro等35 对MRI诊断缺血性卒中的新生儿进行EEG监测发现癫痫发作后1 2 h , 6、濒段相对功率较发作前明显升高，癫痫控制后1 2 d则不再有差异， 提示EEG背景在发作期发生显著变化，并涉及缺血侧及对侧半球，这种背 景改变在癫痫控制后常常可逆。白璐等36 对胎龄2836周早产儿血 糖水平与脑电功率谱关系的研究发现，与血糖最高(>8.55 mmol/L )组 相比，其余血糖水平组各脑区总功率、额区和枕区各频段绝对功率均较高, 这一研究对确定早产儿血糖异常需干预的阈值有一定帮助，但尚缺乏低血 糖新生儿脑电功率谱特征的报道。六、宫内生长受限新生儿的脑电功率谱研究宫内生长受限可对发育中的脑组织结构、代谢、功能造成不同程度的损害 37 0 CaStro 等38 对足月小于胎龄儿(small fo