颅面结构中腔内压力测量技术的应用进展

2017-4-24 10:04  来源:中华口腔医学研究杂志(电子版)
作者:姚宇 张志光 阅读量:319

    生物机体内,压力是一种常见的应力表现形式。颅面部中含有众多液腔性结构,腔内压力的平衡是维持生理功能的基础。压力测量技术是了解物体所处力学环境的重要手段,测量压应力的力值及其分布情况有助于了解组织器官的生物力学状态,对于颅面部相关疾病的病因机制、分类诊断、临床治疗和预后评估具有重要意义。本文就颅内压及颞下颌关节(temporomandibular joint,TMJ)内压在内的颅面部结构腔内压力测量方法的发展进行综述,并对TMJ无创测压发展方向提出展望。

    压力测量的本质是将内在的压力状态转化至体外,供外界元件测量。依照转化的方式可以分介入式测量与非介入式测量。介入式测量通过在机体内置入传导压力的“媒介”,直接测量应力,是最直观也是最传统的测压形式。根据传感装置可以分为液体式及电气式。液体式压力测量是以液体作为压力状态转化的媒介,把被测腔内压转化为水压,常用于低压、负压和压力差的测量。其结构简单,准确度高,但量程受限。Whitesides测量法等是经典的液压测量方法,时隔多年仍然是多学科中的压力测量诊断的金标准。

    电气式压力测量通过压力敏感元件(如压电材料、应变片和压阻元件等)将被测压力转换成电学量实现压力测量。在受外力作用时,压力敏感元件的电学性能,包括电荷量、电阻值和电阻率等将发生相应变化。电气法具有良好的动态与静态测量性能,量程大,线性好,便于进行压力的自动控制,尤其适用于压力变化快的条件下测量。目前,临床应用中Tekscan系统是较为成熟的测量系统。只有在生理条件下测量所得的数据,才能成为构建研究模型的数据基础,进而为机体生物力学机制的描述提供条件。传统的压力测量多为介入性方式,其弊端较为明显:(1)增加被测者不必要的痛苦与负担,且测量部分重要器官(如眼、颅脑和心脏等)时,可能会造成不必要的医源性创伤;(2)介入手段会影响被测部位的动态压力特征,压力变化时会产生测量误差。因此,如何完成由介入式向非介入式的转变是技术革新的一个重要方向。

    测量封闭腔隙内压,需要将被测内环境压力传导至外界。但当无法穿透物体的外壁,直接“感知”内环境的压力状态时,选择能体现压力状态的“替代者”,就成为了解决非介入式压力测量的关键问题。所谓“替代者”,既要求能够准确反应内环境的力学状态,又要求能够被现有的非介入式手段探测。在颅内压的测量中,鼓膜位移及视神经鞘的直径变化作为间接反映颅内压力状态的媒介。角膜曲率及弹性模量的变化同样可以作为反映眼内压的媒介。肝脏硬度因其可为弹性成像等手段探测而被作为评估门静脉高压的重要指标。

    一、颞下颌关节的压力测量

    TMJ是口腔颌面部的枢轴,承担了咀嚼、吞咽、发音等重要的生理功能。测压手段仍然以传统穿刺介入式液压测量为主。液压式压力测量最早于1975年提出,旨在为筋膜室综合征提供早期诊断依据。迄今为止,液压式测量仍然是众多手段中的金标准。TMJ腔内压的变化是评估关节内生物力学情况的基础,而液压式测量则是最直观准确的手段。许跃等研制了应用于TMJ内的压力测量系统。其测量方法亦采用了传统液体式压力测量的原理并与压力传感器的结合。该测量系统加入了计算机数据分析显示系统,实现了对测量数据的实时采集,以及关节内压力变化的动态分析。

    基于该关节内压力测量系统,大量研究结果显示该系统准确反映了TMJ内压力的变化情况,有助于临床常见TMJ的发病机制的相关研究。现阶段,针对TMJ内压的无创测量尚未见报道,手段仍以介入式测量为主。与TMJ内腔相似,颅腔也是在人体内重要的闭合性腔隙,内部充盈脑脊液,调节颅腔内压力变化。而在颅内压的测量中,无创测压技术已经有了长足的发展,对TMJ无创测压思路具有一定的提示作用。

    二、颅内压的非介入式压力测量

    1.经颅多普勒超声测量技术:

    该技术是一种基于多普勒效应原理的测量方法。利用2 MHz的低频脉冲超声测量颅内颅内血管流速,间接测量计算颅内压。美国神经成像实践指导委员会发布相应指南,指导经颅多普勒技术的应用。1970年,研究根据颅内血管动力学改变后多普勒脉冲曲线的变化提出搏动指数(pulsatility index,PI)并发现PI与颅内压的变化呈线性关系。而后有研究认为,PI可用于颅内压的预测。Brandi等比较超声测量与传统测量间的差异后发现,二者差值的两倍标准差在(3.2±12.6)mmHg。Ragauskas等改良测量方法,通过在眼球部位加压,以多普勒技术近似测量颅内动脉及其在眼部段动脉血流速。该方法具有较好的系统内一致性,且与穿刺金标准比较后发现测量差异较小。但由于术者操作间的差异及探测窗的局限,多普勒超声测量技术在临床应用中仍受到一定限制。

    2.计算机体层摄影术与磁共振成像:

    计算机体层摄影术(CT)是临床上针对颅内压异常的常规诊疗手段,颅内结构的形态变化常被作为提示颅内压异常的指征。研究发现,基底池异常是颅内压升高后颅内形态学改变的相关指征之一。但也有研究认为,正常的基底池形态也不能完全排除颅内压异常的可能。即便现阶段的CT诊断仅作为颅内压升高的定性评估,但较高的假阳性率仍不容忽视。只有基于成熟的相关压力模型,才能真正意义上利用CT测量颅内压的变化。同时,作为一种放射性检查手段,大量的检查检测可能提高其潜在致癌风险,而这些都将制约其临床的应用。

    Das 等利用磁共振成像(MRI)技术测量颅内压的变化。其基本原理是压力与内容物的体积对应关系,根据所测数据,计算颅内液体体积变量,进而估算颅内压的变化。Zhang等发现相差对比MRI测量所得的脑脊液流速峰值与腰穿测量的颅内压值存在相关,且在大部分测量样本中表现出较好的相关性(r=0.69,P<0.01)。影响MRI测量的因素较多,选取测量平面的变化,动静脉血流得微小差异及心脏搏动所带来的差异均可造成测量的误差。价格昂贵,无法长期持续测量亦是其临床应用中的缺陷。

    3.脑电图:

    脑电图是将脑部自发性生理电位加以放大记录而得到的图形。吴西等认为,颅内压与视觉诱发电位第三正向波延迟存在线性关系,可以此作为测量颅内压的途径。基于视觉诱发电位的颅内压测量多为半定量的描述,其准确性离临床应用仍存在差距。Chen等借助自研发的系统测量脑电功率谱并计算颅内压指数。计算所得结果与穿刺结果呈较高的负相关关系。

    4.听力学相关测量:

    鼓膜位移测量法是基于颅内压与耳蜗内液压之间关系而发展出的一类颅内压间接测量法。诱导听觉反射后导致的鼓膜位移是该方法测量的主要指标。不同的耳蜗内液压带动镫骨位移,进而改变鼓膜的位移。测量鼓膜的位移可以间接反映颅内压的情况。Shimbles等发现鼓膜位移测量值与穿刺测量值之间明显相关,且具备较好的线性回归拟合度,提示鼓膜位移可作为提示颅内压改变重要参考值。但是诊断测量前应先获取颅内压基线值及耳蜗结构的个体差异。耳声发射的原理同样可以作为测量颅内压的无创方法。

    1978年,Kemp首次报道,在外部声音刺激下,内耳可反应性发声,其声波可为外耳道的接收器探测。正如前文所述,颅内压改变带动镫骨位移,改变内耳的反应性发声。耳声发声畸变是该方法的主要检测值,Sakka等研究发现,畸变相位移程度与穿刺颅内压测量值之间呈线性回归关系。与鼓膜位移测量法相似,耳声发射法的应用同样受基线值测量及解剖差异的限制。

    5.眼科学相关测量:

    颅内压的变化可引起眼内部分结构的改变。视神经鞘与脑部硬脑膜相延续,包绕视神经,而二者之间为蛛网膜下腔在视神经处的延续,内涵脑脊液。当颅内压升高时,压力传导至视神经,扩张视神经鞘,致其直径增加。通过超声手段可直观测量视神经鞘直径,间接测量颅内压的改变,检查手段简便快捷。众多研究均证实视神经鞘直径与颅内压间的相关性,提示其在未来应用中的前景。MRI在视神经鞘直径的测量上更精确,但其检查费用高、检查时间长且适应证相对狭窄。

    2011年,Chen等研究发现,以瞳孔计测量所得的神经性瞳孔指数与颅内压负相关,在134例硬膜下与硬膜外血肿的患者中,高颅内压患者呈现异常的瞳孔反应。

    三、颅内无创测压对颞下颌关节测压的提示

    颅面部器官数量繁多、结构精细、承担着感官运动等重要的生理功能,对测压技术的无创性要求更高。实现测压的无创性,依赖于寻找机体内能反映压力变化的内在结构或参数,即“替代者”,例如眼部的角膜曲率、脑部血管流速等。以无创的手段检测这些结构或参数的变化,达到间接了解内压变化的目的。在颅内压的无创测压技术中,颅腔容积体积、颅内血液流速以及与颅腔相关的镫骨、鼓膜、视神经鞘等均可作为“替代者”,借此提出相关无创测量颅内压的理论。TMJ腔内压的测量与颅内压测量存在一定的相似之处。二者均是密闭性腔隙,腔内为液性体液充盈,且液体量均受结构内力学环境与血液代谢的调节。

    TMJ腔远不及颅部腔隙,其存在较独立,与周围器官结构并无交通,区域血运远不及颅脑处丰富,且缺少较知名的大血管。因此,借助血流动力学变化或关节周围结构间接反映腔内压变化存在困难。当机体存在颅内压改变的可能时,由于颅内容物的代偿作用,外界病理因素的存在并不一定引起颅内压变化,颅内容物体积与颅内压力的数量增加并不呈直线关系,这主要与颅内容物的可塑性与顺应性有关。对比颅腔内软组织丰富,腔隙众多的情况,TMJ腔的情况恰恰相反。其腔隙位置孤立,体积较小,不存在代偿性腔隙,其腔内压对于容积变化较颅内压更为敏感。与此同时,关节上下均为骨性硬组织,前后韧带、关节囊等结构的弹性亦有限,不存在较大的缓冲能力。研究证实,当TMJ积液,腔内压力增高时,关节囊厚度可出现明显增加,间接提示了关节腔内容积增加的可能。因此,容积-压力关系可以作为间接测量关节腔内压变化的思路。借助现有影像学手段,如CT、MRI及超声手段,可以通过评估关节腔容积变化,间接评估腔内压力的变化,进而达到无创测压的目的。

编辑: 陆美凤

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