Utility of M-mode ultrasound for pupil assessment in patients with traumatic brain injury

FU Maoliang LIU Xinyan LI Xin YU Dapeng LI Wenyu MENG Wenwen GUO Xiuyan SONG Xuan

1.Dong'e Hospital，Shandong 252200 China；2.Shandong First Medical University；3.Shandong Provincial Hospital Affiliated to Shandong First Medical University

Corresponding Author "SONG Xuan，E?mail：songxuan0303@163.com

Keywords "M?mode ultrasound；"pupil diameter；"pupil diameter variation rate；"sensitivity to pupil light reflex；"pupil contraction time；ophthalmic care

摘要""目的：探討M型超聲作為一種瞳孔檢查評估方法的可行性，并通過M型超聲評估嚴重創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）病人瞳孔對光反射（PLR）的實用性。方法：選取2021年1月30日—10月30日東阿縣人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科收治的TBI病人作為研究對象，根據(jù)PLR敏感性將病人分為靈敏組、遲鈍組和消失組。M型超聲按照眼球超聲操作指南進行，采用標準化光刺激。觀察并記錄瞳孔直徑（PD）和PLR敏感性。同時，采用M型超聲進行瞳孔檢查，測量雙側(cè)瞳孔在靜息、同側(cè)PLR、對側(cè)PLR時PD和瞳孔收縮時間（PCT），并計算獲得瞳孔直徑變異率（PDVR）。結(jié)果：共納入TBI病人150例。靈敏組病人85例，同側(cè)PLR時左、右眼的PCT分別為（0.09±0.02）s和（0.10±0.09）s，PDVR分別為（0.36±0.10）和（0.35±0.09）；遲鈍組病人23例，同側(cè)PLR時左、右眼的PCT分別為（0.20±0.05）s和（0.19±0.03）s，PDVR分別為（0.18±0.07）和（0.19±0.11）。靈敏組中，同側(cè)PLR時PDVR的cut?off值為0.205，AUC為0.957，靈敏度與特異度分別為95.3%和90.8%；對側(cè)PLR時PDVR的cut?off值為0.146，AUC為0.962，靈敏度與特異度分別為95.3%和86.2%。結(jié)論：瞳孔M型超聲是一種簡單、快速、客觀的方法，可以準確地監(jiān)測PD、PLR靈敏度，特別是對眼瞼水腫或TBI的病人，證實了M型超聲定量評價瞳孔變化的有效性。

關(guān)鍵詞""M型超聲；瞳孔直徑；瞳孔直徑變異率；對光反射靈敏度；瞳孔收縮時間；眼科護理

doi：10.12102/j.issn.2095-8668.2025.07.036

瞳孔變化是臨床護理過程中的一項重要觀察指標，瞳孔大小、瞳孔對光反射（pupil light reflex，PLR）和雙側(cè)瞳孔大小的差異（瞳孔不等大），可以提供關(guān)于視神經(jīng)和動眼神經(jīng)功能狀態(tài)的信息^［1］。瞳孔變化有助于評估昏迷、驚厥、休克和中毒病人的病情以及評估藥物（止痛藥、鎮(zhèn)靜劑和麻醉劑）的治療效果^［2?3］。特別是在創(chuàng)傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）病人中，瞳孔變化是至關(guān)重要的一項指標，它有助于評估病人的病情變化和顱內(nèi)壓的變化趨勢，并預(yù)測腦疝的發(fā)生^［4?7］。目前，在臨床實踐中瞳孔檢查通常使用手持燈（如手電筒），因此，對瞳孔直徑（pupil diameter，PD）大小和反應(yīng)性的評估是基于視覺定性評估（即不存在或存在，靈敏或遲鈍）。然而，由于視覺定性評估受醫(yī)療人員經(jīng)驗的限制，存在一定主觀性。研究表明，不同檢查者間PLR的差異為40%，尤其是在瞳孔縮小的情況下，如果存在其他混雜因素，例如乙醇、藥物或體溫過低，差異可能進一步增加^［8］。Couret等^［9］觀察結(jié)果顯示，在中等大小（2～4 mm）瞳孔的測量中，錯誤率為20%，診斷失敗率為50%。Larson等^［10］證明在瞳孔反射幅度lt;0.3 mm時，手動檢查不能檢測到PLR。對無法直視下進行瞳孔檢查的病人（嚴重眼瞼水腫、眼瞼不能輕易收縮、重型顱腦損傷）極具挑戰(zhàn)性。目前，定量紅外視頻瞳孔監(jiān)測技術(shù)（infrared video pupillo graphy，IVP）被認為是瞳孔檢查的金標準，但在重癥監(jiān)護病房并不常規(guī)使用，也不能用于伴有嚴重眼瞼腫脹的TBI病人^［11］。床旁超聲作為一種診斷和監(jiān)測工具被廣泛應(yīng)用于重癥監(jiān)護病房，目前關(guān)于眼部超聲檢查瞳孔功能的相關(guān)研究較少^［12?13］。本研究旨在探討M型超聲作為一種測量PD的替代檢查方法的可行性，并評估在無法進行瞳孔視覺檢查的TBI病人中的PLR敏感性?，F(xiàn)報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2021年1月30日—10月30日東阿縣人民醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科收治的TBI病人。納入標準：TBI病人年齡為18歲～80歲，可配合瞳孔超聲檢查。排除標準：1）任何眼病史病人，如青光眼、白內(nèi)障或糖尿病性視網(wǎng)膜病變等眼部疾??；2）有任何類型眼科手術(shù)史或激光治療史的病人；3）使用可能影響瞳孔功能的局部或全身藥物（如阿托品、鎮(zhèn)靜劑、催眠藥）的病人。檢查前已征得病人或家屬同意并簽署相關(guān)知情同意書。所有方法均按照相關(guān)的指南和規(guī)定執(zhí)行。本研究是一項前瞻性觀察性研究，已通過東阿縣人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審核（審批號：K2022?倫理審查?02）。

1.2 瞳孔檢查

在超聲檢查前，采用IVP評估病人的瞳孔。在自然光、同側(cè)對光反射和對側(cè)對光反射下測量PD，并診斷瞳孔反射的靈敏度（靈敏、遲鈍或消失）。

1.3 瞳孔M型超聲檢查方案

所有病人的檢查均由同一名操作熟練的醫(yī)生采用Mindray M7便攜式彩色多普勒超聲（Mindray，深圳，中國）12 Hz線性陣列探頭進行。線陣探頭涂抹耦合劑，將超聲探頭標記點朝向病人的右側(cè)，探頭置于右側(cè)顴骨上方眼眶下方，以10～20 °傾斜探頭，并對病人面部輕輕施加壓力。在這個切面上，瞳孔呈無回聲的圓形，周圍環(huán)繞著一個超回聲環(huán)，即虹膜。將瞳孔顯示在屏幕中央，顯像清晰后，助手使用瞳孔筆照射病人同側(cè)瞳孔，操作者使用M型超聲觀察并記錄同側(cè)PLR運動軌跡的圖像，凍結(jié)圖像并將其存儲。助手再次使用瞳孔筆照射對側(cè)瞳孔，觀察并記錄M型超聲下對側(cè)PLR運動軌跡的圖像。利用超聲系統(tǒng)內(nèi)置的測量工具，標記對光反射時PD最大值（PD_max）和PD最小值（PD_min）。瞳孔收縮時間（pupil contraction time，PCT）定義為對光反射過程中PD_max和PD_min的時間間隔；這是用超聲設(shè)備內(nèi)置的時間差計算的。測量內(nèi)徑計算對光反射下的瞳孔直徑變異率（pupil diameter variation rate，PDVR）：PDVR=（PD_max-PD_min）/PD_max。

1.4 數(shù)據(jù)收集方法

收集病人的人口學(xué)數(shù)據(jù)，包括年齡、性別等，采用IVP檢測自然光線下雙側(cè)PD、瞳孔反射靈敏度（靈敏、遲鈍、消失）。在自然光、同側(cè)光刺激和對側(cè)光刺激下，采用M型超聲記錄PD、PCT和PVDR。PDVR的測定公式為：PDVR=（對光反射過程中PD_max-PD_min）/PD_max。PLR靈敏度根據(jù)PDVR來確定。

1.5 結(jié)局指標

M型超聲檢查PD、PLR靈敏度的可行性。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標準差（x±s）表示，行t檢驗。非正態(tài)分布數(shù)據(jù)以中位數(shù)和四分位數(shù)［M（Q₁、Q₃）］表示，組間比較采用Mann?Whitney U檢驗。定性資料采用例數(shù)、百分比（%）表示，行χ²檢驗。采用Bland?Altman檢驗比較M型超聲與IVP的一致性。根據(jù)受試者工作特征（ROC）曲線下面積（AUC）分析PDVR，評估瞳孔反射的敏感性。以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 研究對象的一般資料

本研究共納入TBI病人150例，其中男95例，女55例，年齡為（55.45±13.77）歲。根據(jù)PLR的靈敏度分為靈敏組、遲鈍組和消失組。其中，靈敏組病人85例，男48例，女37例；年齡為（56.05±14.17）歲。遲鈍組病人23例，男18例，女5例；年齡為（59.30±14.87）歲。消失組病人42例，男29例，女13例；年齡為（52.12±11.75）歲。所有受試者的耐受良好，沒有不良事件或不適的報告，檢查時間為（4.50±1.40）min。3組病人瞳孔測量結(jié)果見表1。

2.2 在靜息狀態(tài)和光刺激時的瞳孔參數(shù)

靜息狀態(tài)下，所有病人雙側(cè)PD差異≤1 mm，因此被認為生理瞳孔大小不同。Bland?Altman檢驗結(jié)果顯示，IVP和M型超聲測量的PD差值的均值為-0.096，差值的95%置信區(qū)間（CI）為（-0.515，0.376）。96.66%的測量數(shù)據(jù)均介于95%CI內(nèi)，說明2種方法具有良好的一致性，見圖1。3組病人同側(cè)和對側(cè)PLR時的PCT和PDVR變化相似。

2.3 基于PDVR診斷PLR的靈敏度

基于M型超聲測量PDVR診斷瞳孔反射靈敏度。靈敏組中，同側(cè)光反射PDVR的截斷值為0.205，AUC為0.957，靈敏度為95.3%，特異度為90.8%；對側(cè)光反射PDVR的截斷值為0.146，AUC為0.962，靈敏度為95.3%，特異度為86.2%。見表2、圖2。遲鈍組中，同側(cè)光反射PDVR的截斷值為0.255，AUC為0.589，靈敏度為82.6%，特異度為59.1%；對側(cè)光反射PDVR的截斷值為0.211，AUC為0.597，靈敏度為87.0%，特異度為55.5%。見表3、圖3。

3 討論

本研究中首次報告了M型超聲監(jiān)測PD、PVDR、PLR靈敏度的可行性和準確性，并證明了M型超聲可以快速、準確、便捷地在床旁為TBI病人監(jiān)測瞳孔變化，以盡早發(fā)現(xiàn)病情變化。特別是本研究引入了PDVR的概念，并使用客觀數(shù)據(jù)來反映PLR與傳統(tǒng)的主觀定性視覺檢查相比的敏感性。本研究結(jié)果與Schmidt等^［14］的研究結(jié)果一致。

瞳孔反應(yīng)異常常被用于臨床決策，以預(yù)測重型顱腦損傷是否發(fā)生顱內(nèi)高壓^［15］。對瞳孔功能的監(jiān)測有助于深入了解繼發(fā)性腦損傷，因為持續(xù)或新發(fā)瞳孔對光反應(yīng)異常與更差的預(yù)后相關(guān)。瞳孔對光反應(yīng)是TBI病人預(yù)后重要的預(yù)測因子，也是TBI預(yù)后和臨床試驗設(shè)計中使用的有效變量^［16?17］。然而，TBI病人多伴有眼眶周圍血腫、眼部創(chuàng)傷，這部分病人在進行瞳孔檢查時受到很大的限制^［18?19］。

與IVP比較，超聲監(jiān)測瞳孔是一種簡單、安全、床邊、無創(chuàng)的成像技術(shù)，能提供可靠的瞳孔參數(shù)值，應(yīng)用范圍廣。雖然超聲評估瞳孔需要一定的經(jīng)驗，但這一方法提供了監(jiān)測瞳孔參數(shù)的可能性，特別是瞳孔大小、對稱性、光刺激下的收縮變化、擴張/收縮速度。Schmidt等^{［14，20］}的研究中證實了超聲監(jiān)測瞳孔大小和瞳孔收縮速度的可行性，但均采用了B型超聲。本研究評估了M型超聲監(jiān)測PD的可行性，并引入了PDVR這一概念，用客觀的數(shù)據(jù)來反映PLR靈敏度。另外，PLR評估可以在受試者閉上眼睛的情況下進行，故在合作不良或嚴重的眶周水腫阻礙眼瞼收縮的情況下仍可進行檢查。這種新方法可能是一種有用且實用的工具，以揭示亞臨床狀態(tài)改變的瞳孔功能。特別是當(dāng)病人臨床癥狀輕微，但懷疑頸動脈夾層或腦干損傷時，瞳孔超聲可能在選擇適合進行緊急神經(jīng)影像學(xué)檢查的病人時發(fā)揮作用^［21］。此外，這項技術(shù)還有許多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，如研究神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)炎癥疾病中的瞳孔功能。

然而，與IVP比較，超聲也存在一些局限性。1）IVP可以在PD和PCT之外對PLR進行更詳細的分析，評估瞳孔潛伏期、速度、擴張、收縮和光感受器功能，但IVP在一般重癥監(jiān)護病房中很難常規(guī)獲得，在臨床使用中具有一定的局限性^［22］。2）本研究超聲檢查是在閉著眼睛的情況下進行的，因此，很難確定到達視網(wǎng)膜的輻照度，從而區(qū)分視桿細胞、視錐細胞和黑視素功能^［23］。

4 小結(jié)

綜上所述，本研究證實了M型超聲對TBI病人瞳孔評估的有效性和準確性。該方法是一種創(chuàng)新的、可廣泛使用的、時間和成本效益高的瞳孔檢查方法，M型超聲可以直接測量PD、通過測量PDVR來反映PLR靈敏度。

參考文獻：

[1] Diamond.The pupil.anatomy，physiology and clinical applications[J].The British Journal of Ophthalmology，2001，85（1）：121E.

[2] LARSON M D.Mechanism of opioid-induced pupillary effects[J].Clinical Neurophysiology，2008，119（6）：1358-1364.

[3] PAYEN J F，ISNARDON S，LAVOLAINE J，et al.Pupillometry in anesthesia and critical care[J].Annales Francaises D'anesthesie et de Reanimation，2012，31（6）：e155-e159.

[4] BLAIVAS M.Bedside emergency department ultrasonography in the evaluation of ocular pathology[J].Academic Emergency Medicine，2000，7（8）：947-950.

[5] BLAIVAS M，THEODORO D，SIERZENSKI P R.A study of bedside ocular ultrasonography in the emergency department[J].Academic Emergency Medicine，2002，9（8）：791-799.

[6] KIMBERLY H H，SHAH S，MARILL K，et al.Correlation of optic nerve sheath diameter with direct measurement of intracranial pressure[J].Academic Emergency Medicine，2008，15（2）：201-204.

[7] TAYAL V S，NEULANDER M，NORTON H J，et al.Emergency department sonographic measurement of optic nerve sheath diameter to detect findings of increased intracranial pressure in adult head injury patients[J].Annals of Emergency Medicine，2007，49（4）：508-514.

[8] MEEKER M，DU R，BACCHETTI P，et al.Pupil examination：validity and clinical utility of an automated pupillometer[J].Journal of Neuroscience Nursing，2005，37（1）：34-40.

[9] COURET D，BOUMAZA D，GRISOTTO C，et al.Reliability of standard pupillometry practice in neurocritical care：an observational，double-blinded study[J].Critical Care，2016，20：99.

[10] LARSON M D，MUHIUDEEN I.Pupillometric analysis of the \"absent light reflex\"[J].Archives of Neurology，1995，52（4）：369-372.

[11] ALMENDáREZ J E，VARGAS D M，GONZáLEZ C，et al.Ultrasound findings in ocular trauma[J].Archivos De La Sociedad Espa?ola De Oftalmología，2015，90（12）：572-577.

[12] ROQUE P J，HATCH N，BARR L，et al.Bedside ocular ultrasound[J].Critical Care Clinics，2014，30（2）：227-241.

[13] 金歌，黃海燕，郭曉嵐，等.基于循證的成人床旁超聲護理專家共識[J].中華危重病急救醫(yī)學(xué)，2020，32（9）：1029-1039.

[14] SCHMIDT F A，RUPRECHT K，CONNOLLY F，et al.B-mode ultrasound assessment of pupillary function：feasibility，reliability and normal values[J].PLoS One，2017，12（12）：e0189016.

[15] PARK J C，MOSS H E，MCANANY J J.The pupillary light reflex in idiopathic intracranial hypertension[J].Investigative Ophthalmology amp; Visual Science，2016，57（1）：23-29.

[16] GAO G Y，WU X，F(xiàn)ENG J F，et al.Clinical characteristics and outcomes in patients with traumatic brain injury in China：a prospective，multicentre，longitudinal，observational study[J].The Lancet Neurology，2020，19（8）：670-677.

[17] MAAS A I R，MARMAROU A，MURRAY G D，et al.Prognosis and clinical trial design in traumatic brain injury：the IMPACT study[J].Journal of Neurotrauma，2007，24（2）：232-238.

[18] GULY C M，GULY H R，BOUAMRA O，et al.Ocular injuries in patients with major trauma[J].Emergency Medicine Journal，2006，23（12）：915-917.

[19] POON A，MCCLUSKEY P J，HILL D A.Eye injuries in patients with major trauma[J].The Journal of Trauma，1999，46（3）：494-499.

[20] FARINA F，VOSKO M R，BARACCHINI C，et al.Ultrasound examination of the pupil--a new tool for the neuro-ophthalmological assessment[J].Ultraschall in Der Medizin （Stuttgart，Germany，2021，42（1）：84-91.

[21] FARINA F，BRUNNER C，SCHREIBER S J，et al.Ultrasound examination of the pupil suggestive for carotid dissection[J].Neurology，2017，89（9）：973-974.

[22] BREMNER F D.Pupillometric evaluation of the dynamics of the pupillary response to a brief light stimulus in healthy subjects[J].Investigative Ophthalmology amp; Visual Science，2012，53（11）：7343-7347.

[23] ADHIKARI P，F(xiàn)EIGL B，ZELE A J.Rhodopsin and melanopsin contributions to the early redilation phase of the post-illumination pupil response（PIPR）[J].PLoS One，2016，11（8）：e0161175.

（收稿日期：2024-05-09;修回日期：2025-01-07）

（本文編輯"薛佳）