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神经阻滞引导技术研究进展

2020-01-10 10:12 | 来源:未知 | 责任编辑:本站编辑

作者:吴泽昊,王云,首都医科大学附属北京朝阳医院麻醉科

 

相较于传统的解剖定位加神经异感的神经阻滞方法,神经刺激器定位技术更加准确、客观,安全性更高。但神经刺激器引导技术的实质仍然是一种盲探方法,在患者存在解剖变异时仍有较高的失败率。超声可以提供更为直观和准确的神经定位,明确穿刺部位周边血管、神经、肌肉的相互位置关系,提供阻滞目标神经时的实时图像,对局部麻醉药的扩散进行实时监测,实现精准麻醉。

 

近年来,随着计算机技术在医学图像领域的应用,学者们将超声技术与人工智能技术和医学图像融合技术相结合,并应用于引导神经阻滞,使神经阻滞引导技术的发展进入超声联合其他技术(简称“超声+”技术)时代,在临床上获得了较好的初步结果。本文对传统的神经阻滞引导技术和最新的神经阻滞引导技术的优缺点和临床应用进行综述。

 

1.神经异感法和神经刺激器引导神经阻滞

 

1.1神经刺激器与异感法引导神经阻滞相比的优势

 

神经刺激器的使用提高了神经阻滞的成功率,与传统盲探异感法相比减少了阻滞时间。Sia等比较了四点异感法和四点神经刺激器法在臂丛神经阻滞中的差异,结果表明神经刺激器组在阻滞成功率、起效时间等方面都优于异感组(91%比76%)。此外研究表明在三点腋路臂丛神经阻滞中神经刺激器引导神经阻滞能缩短麻醉起效时间和外科医师等待时间,对急诊手术具有一定的价值;有助于提高患者的满意度、减轻患者止血带不适,这同其定位精确性较高和对肌皮神经阻滞效果较好有关。

 

1.2异感法产生的神经异感与神经刺激器引起的肌肉收缩之间的关系

 

Urmey和Stanton的研究发现,对30例研究对象行传统异感法肌间沟臂丛神经阻滞获得异感后,接神经刺激器,发现仅30%的患者在1mA下有运动反应,而且所有患者均获得成功的阻滞。这表明缺乏运动反应并不能排除穿刺针接触感觉神经的可能性。choyce等采用与其类似的方案,也发现30%的患者在经腋路臂丛神经阻滞中存在异感与运动反应分离的现象。

 

以上研究显示,异感法产生的神经异感与神经刺激器引起的肌肉收缩是分离的现象。因此,神经阻滞过程中,当患者出现异感时行神经电刺激并不一定会产生神经所支配的肌肉收缩;相反,神经刺激器引导神经阻滞过程中,当患者出现神经所支配的肌肉收缩时,患者也不一定会出现异感。

 

1.3异感法和神经刺激器引导行神经阻滞均不能避免神经内注射

 

Selander等认为,异感技术能够增加发生神经阻滞后神经损伤的危险。之前的研究表明,传统的异感法很多时候都发生了神经内注射。穿刺针距离神经越近,异感越强。由于患者的异感阈值不同及神经解剖变异,往往并不能确定在产生异感时行神经阻滞是否发生了神经内注射。神经刺激器引导神经阻滞的支持者认为使用该技术能减少损伤神经的风险,他们认为,如果使用刺激器,阻滞针在触及神经以前便可以引发相应的肌肉收缩,从而避免进一步进针。

 

然而choyce等的研究质疑了这一观点,他认为0.5mA是使用神经刺激器时的合理阈值,但是这个阈值下是否发生神经内注射是未知的。Mulroy和Mitchell也报道了4例患者在实施神经刺激器引导的肌间沟阻滞时发生不经意的异感,表明使用神经刺激器并不总能避免穿刺针尖同神经的接触。RobardS等研究发现在24例膝关节手术患者中行超声引导下坐骨神经阻滞时,有20例患者(83.3%)仅当穿刺针刺入神经内时才能引起运动反应,其余4例(16.7%)在穿刺针已经刺入神经内时,给予1.5mA的刺激电流仍无运动反应;在调节刺激电流为0.2~0.4mA时,所有有运动反应的患者均发生神经内注射;所有24例患者均获得充分麻醉且没有术后神经功能障碍。这个结果表明在神经刺激器引导下行神经阻滞并不能避免神经内注射。

 

Sala-Blanch等的研究发现,腘窝坐骨神经神经内注射后超声和CT下扫描神经横断面积发生了变化,而临床和电生理研究均未发现神经功能障碍,表明神经刺激器引导下行坐骨神经阻滞时若发生神经内注射,不一定会导致临床神经损伤。但是,虽然上述RobardS等和Sala-Blanch等的报道表明,发生神经内注射的患者并未导致术后神经功能障碍,但不能排除神经内注射在部分高危患者(如糖尿病患者)不会导致神经障碍。Kirchmair等[的研究证明,针刺损伤神经或神经内注射后,复合肌肉动作电位振幅显著下降,这是由于髓鞘破裂或轴突丢失导致的传导阻滞而引起的神经功能障碍。

 

2.超声引导神经阻滞

 

2.1超声引导下神经阻滞不能避免神经内注射

 

单纯使用神经刺激器并不能降低神经损伤发生率,理论上超声引导下周围神经阻滞可以更加直观地显示神经和针尖的相对位置以及注药后局部解剖结构的动态变化,能够更好地避免神经损伤。但一些研究发现超声引导神经阻滞并不能有效避免神经内注射,也不能有效降低术后神经损伤的发生率。

 

其原因如下:第一,目前便携式超声的分辨率尚不能分辨神经束膜,所以不能避免神经束膜损伤。第二,不同患者超声图像上神经的显示差别很大,部分患者神经显示很模糊。第三,不同操作者的扫查技巧也可影响患者神经超声影像质量。另外,超声引导下神经阻滞发生神经内注射时,也不一定会导致神经损伤。chin等的研究表明,超声观察到神经内注药后神经扩张并不能代表神经会发生永久功能性损伤。综上所述,超声引导和神经刺激器引导神经阻滞都不能完全避免神经内注射,神经内注射后也不一定导致神经损伤。

 

2.2超声引导相对于神经刺激器引导的优势

 

徐诚实等比较了神经刺激器引导和超声引导下的臂丛神经阻滞的优缺点,发现超声引导下臂丛神经阻滞的感觉和运动阻滞起效时间均短于神经刺激器引导。这是因为在超声图像中可以清晰地看到目标神经的位置,还可以看到局部麻醉药的注射部位以及在神经周围的扩散情况。超声引导下臂丛神经阻滞的另一个优势是降低了局部麻醉药的使用量。杨川对比了3组择期上肢手术患者(分别用异感法、神经刺激器引导、超声引导)进行臂丛神经阻滞的操作时间、阻滞效果、患者满意度,从而证实了超声引导下行臂丛神经阻滞较神经刺激器辅助和传统异感法下的阻滞效果更好,起效时间更短。

 

贺端端等研究发现,当患者存在肌肉骨骼系统异常时,因解剖变异神经刺激器的使用会失败,与神经刺激器比较,超声引导明显改善有畸形患者的神经阻滞成功率,超声和神经刺激器定位技术可以优势互补。最新的研究表明,在肥胖患者的臂丛神经阻滞中,对比了超声引导、神经刺激器与传统盲探法的应用,超声引导下行肌间沟臂丛神经阻滞感觉阻滞起效时间短,维持时间长,麻醉效果更优,且并发症发生率低,临床应更为安全,优于神经刺激器与传统盲探法。李蕊桢等对前锯肌平面阻滞在胸科术后镇痛中进展的综述也表明了超声引导可视化技术进一步提高了阻滞成功率并减少镇痛不全导致的一系列并发症,相比神经刺激器和传统盲探法效果更优。

 

2.3超声联合神经刺激器引导的优势与不足

 

联合应用超声和神经刺激器阻滞特定神经使操作更加有效、安全。其优势主要体现在:第一,联合应用超声和神经刺激器在有解剖变异患者的神经阻滞中能够获得更好的阻滞效果和成功率。第二,超声下神经显影模糊不清时,联合神经刺激器引导可帮助确认神经。第三,联合引导能避免单用神经刺激器引导下的多次穿刺导致的创伤。尽管超声与神经刺激器联合引导神经阻滞有众多优势,但仍不能有效避免术后神经损伤。Barrington等分析了8000余例周围神经阻滞患者的数据,发现超声引导、神经刺激器引导或者超声和神经刺激器联合使用时对神经损伤的发生率并无显著影响,而且该调查得到的远期神经损伤的发生率与10年前的相关报道差异并无统计学意义。

 

单纯依靠超声很难有效避免神经损伤的发生,如何及时有效地发现穿刺针误入神经,仍是临床上待解决的难题。有研究试图通过比较穿刺针电阻的变化来判断针尖和神经的位置关系。Tsui等对猪坐骨神经的研究发现,无论在超声引导下穿刺还是直接暴露神经,绝缘穿刺针位于神经内和神经外时的电阻都有明显差别,神经外穿刺针的电阻小于神经内穿刺针,两者的差异有统计学意义。该结论提示可以通过使用神经刺激器监测针体电阻的情况来判断针尖的所在位置,同时联合超声引导进行神经阻滞,可以大大避免神经内注药。此外,警惕注药时的高阻力并在神经阻滞操作时保持患者处于清醒状态也被认为是避免神经损伤的有效手段。

 

3.“超声+”技术引导神经阻滞

 

超声对部分深部结构分辨率较差。另外,超声引导下行平面内或平面外穿刺时,经常不能正确判断穿刺针尖的准确位置。所以超声必须与其他新兴技术联合应用,进一步提高精准性,降低并发症发生率。

 

3.1“超声+磁导航”技术

 

超声下引导神经阻滞虽然有众多优点,但是也有不足之处。如平面外穿刺针尖显示困难、深部穿刺针尖显示困难等,由于针尖位置的显影不清,不能判断针尖与神经的距离,仅仅凭借局部麻醉药扩散的范围去判断针尖的位置,限制了精准麻醉的实现。超声的这一不足促使我们研究针尖导航技术与超声结合用于引导神经阻滞。2009年,UltraSonix推出了一款基于磁定位的超声穿刺导航系统,使穿刺针可以在任意角度进行穿刺,可实时监控针尖的位置,节省了穿刺时间,降低了穿刺风险。

 

随后,飞利浦推出的三维超声导航系统G4xMAtRIXiU22,实现了三维区域内任意角度的穿刺导航,避免了周围重要器官或血管对穿刺的影响。磁定位方式是利用磁场对非屏蔽物体的穿透性来实现非可视状态下的实时定位技术,它由具有一定覆盖范围的电磁场发射器、一个或多个很小的可贴在探头上的接收器及微处理器组成。微处理器用于控制发射器向空间发射电场,接收器固定在探头和穿刺针上。神经阻滞穿刺过程中,接收器可以感知探头和穿刺针在三维空间内的坐标信息和方位信息,然后将两组自由度参数储存在计算机中,通过后期处理即可把穿刺针的位置信息与超声图像的位置信息进行匹配。

 

总之,“超声+磁导航”引导神经阻滞,解决了针尖的实时追踪显影问题,在未来区域阻滞麻醉中有广阔的发展前景。

 

3.2“超声+压力”引导技术

 

区域麻醉的许多目标间隙呈负压(如硬膜外腔、胸椎旁间隙),超声联合压力监测下行区域麻醉穿刺时,可通过压力的变化和超声图像上针尖的位置判断针尖是否到达目标间隙,该技术可提高穿刺成功率。另外,外周神经阻滞穿刺给药时同时监测压力变化,可避免神经内注射。一些学者对压力引导下神经阻滞做了研究,这些研究提示我们运用压力变化可以间接提示穿刺针的位置,进一步扩展了可视化的衡量范围,为超声引导神经阻滞的研究提供了新思路。

 

3.3“超声+视频”引导技术

 

超声由于其独有的众多优势而得到广泛应用,但是超声图像毕竟不是真实的组织图像,所以图像质量往往成为限制其发展的一个重要因素,超声图像质量的提高没有止境。当由于患者肥胖或者创伤等因素造成的穿刺部位超声成像模糊或困难时,需要可靠的图像确认手段;当平面外、平面内穿刺,穿刺针或者针尖不能很好地显示于超声图像中时,也同样需要可靠的图像确认手段。这就启发我们研究出了“超声+视频”引导技术,在视频图像直视下进行超声引导神经阻滞。

 

3.4“超声+人工智能”引导技术

 

低年资医师在使用超声时,由于缺乏经验,识别结构困难,在一些疑难图像的辨别上产生困难,例如肥胖、老年患者成像质量差,创伤患者组织水肿,结构成像差等。这些情况下,超声的优势就无法很好地显现出来,这时就需要人工智能识别系统帮助引导。人工智能技术主要包括神经网络、专家系统以及模式识别等。而神经网络有学习能力强、多输入多输出优点,且易于硬件实现,可以与医学图像有效地结合。深度学习是一个自动的特征提取器,模仿人类神经处理信号的过程。只要有了大量的训练数据(神经图像及专家标注),那么通过深度学习,可以让其自动地学习到这种神经的图像特征,从而不需要人为地去设计特征。

 

此技术在之前在超声结合人工智能引导检查中被证实准确性显著提高,如用此技术建立非侵入性肝纤维化评级体系,训练出的相应模型经过评估,其准确性可达88.3%;此技术进行早期甲状腺结节良恶性分类,其准确性、敏感性、特异性分别可达82.3%、84.5%和79.1%。在神经阻滞麻醉中,由于实际扫图时的位置、图像参数以及患者特异性的不同,神经的表现各不一样。深度学习神经网络与传统特征提取方法相比,更稳定、更准确。

 

这给我们提供了新的探索方向,利用人工智能系统帮助识别神经结构,有助于低年资医师更好地学习和利用超声,更快地掌握超声在复杂图像患者神经阻滞中的应用,“超声+人工智能”在区域阻滞麻醉的未来发展必将有更广阔的前景。

 

3.5“超声+图像融合”技术

 

医学图像融合是来自相同或不同成像方式的医学图像之间的空间配准和叠加,这些图像经过必要的变换处理,使它们的空间位置、空间坐标达到匹配,叠加后获得互补信息,增加信息量,把有价值的生理、生化信息与精确的解剖结构结合在一起,给临床诊断提供更加全面和准确的资料。

 

CT突出的优点是密度分辨率高、断面解剖关系清楚、病变细节显示良好,但同时也有辐射、占用空间大等缺点。MRI具有的优点是可多平面成像,弥补了CT不能直接多平面成像的缺点,对病变显示更为清楚,无骨骼伪影干扰,对颅底、椎管内结构显示良好,但有价格昂贵、成像复杂、不适合急诊检查、不适合观察骨折等缺点。而超声具备便捷、无辐射、可床旁操作的优势。超声结合CT、MRI的优势进行图像融合,可在超声图像上显示单纯超声图像上不能识别的细微结构,从而实现床旁超声引导下这些细微结构的介入操作。“超声+图像融合”技术已在区域麻醉领域中得到应用。

 

Strid等做了首个研究超声/MRI融合的腰骶丛神经阻滞的随机对照试验,旨在探讨超声/MRI融合对腰骶丛神经阻滞的安全性。结果证明,超声/MRI融合技术同样有效、安全,但与超声引导技术相比,需要较长的准备过程。在神经阻滞麻醉中,神经内注射的实时监测在临床上仍然是一个挑战,Munirama等证实了通过一种新型的超声B模式与弹性成像进行融合,增强了弹性成像的功能,通过不同的成像方式可以观察到神经横截面积和亮度的不同,早期就能发现神经内注射并抽出穿刺针避免发生术后神经损伤,可以作为神经内注射实时监测的重要手段,可以有效地减少神经内注射的发生率。近年来许多文献报道并倡导在CT引导下进行选择性神经根阻滞,正是利用了CT对腰椎成像的优势,但CT引导也具有价格昂贵、辐射性大等不足。

 

2005年Galiano首次报道实时超声引导下腰神经根注射,正式将超声引导技术引入腰神经根疼痛治疗领域。李志强等的研究采用下述方法进行图像融合:将提前获取的患者俯卧位CT图像DICOM格式(层厚1mm)导入容积导航系统,通过“一点一面”实现图像匹配,误差<5mm即完成图像融合,记录配准误差。使用容积导航系统的同屏显示功能,在CT图像上选相应神经根标记为靶点,对应超声图像出现相应标记点,在超声监视下缓慢进针至针尖在超声图像上不能显示为止,记录最后显示的穿刺针尖距标记点的距离d,然后根据这一距离d及标记点的方向,穿刺针可以继续再推进一定的距离,最后X线透视辅助调整穿刺针位置,记录穿刺过程总时间、X线透视次数。可测量的距离d是融合成像引导相对于单独超声引导的一个最大的优势。

 

结果显示,融合成像的操作中X线透视次数低于单独超声引导组,减少了患者接触辐射的次数,但穿刺总时间融合成像与单独超声差异无统计学意义,这可能与操作者已有丰富的超声操作经验有关。此外,配准误差是目前融合成像领域的重要研究问题,也是实现精确导航和治疗的基础。

 

方岩等通过评估三维解剖投影联合超声多媒体展示教学方法在超声引导区域麻醉教学中的应用与效果,指出应用三维重建技术与超声结合这种新图像融合技术能够显著提升超声解剖图像辨识正确率,显著提高了临床过程中神经阻滞的成功率,并得到学习者尤其是初学者的普遍认可,这证明了三维重建技术在临床上的可行性及“超声+图像融合”技术的重大前景。

 

4.总结和展望

 

在外周神经阻滞麻醉中,超声、神经刺激器、超声联合神经刺激器等引导方法都不能有效避免神经内注射。超声引导技术虽然在临床上越来越受青睐,但超声应用于深部阻滞以及肥胖、老年患者成像方面仍有许多问题需要解决。“超声+”技术有助于解决单独使用超声引导时由于患者肥胖、解剖变异等因素造成的穿刺定位困难,未来需要研究和开发更多的技术和超声联合使用,发挥超声的优势,弥补超声的劣势。

 


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