睡眠脑电 | 多导睡眠图技术

摘要

多导睡眠图(PSG)一词由Holland等人于1974年提出，用于描述在睡眠期间同时记录、分析和解释多个生理特征。PSG是诊断睡眠障碍患者和增进我们对正常睡眠认识的重要工具。这是一个复杂的过程，应由训练有素的技术人员执行。本文回顾了多导睡眠图(PSG)的技术方面，介绍了传统的、经典的实验室PSG记录技术，并探讨了记录过程中可能遇到的问题，以及解决这些问题的方法。

PSG的临床适应症

根据2005年美国睡眠医学会(AASM)指南，PSG被认为是以下情况的实践标准：①睡眠相关呼吸障碍(SRBD)的诊断②气道正压滴定③打鼾或阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)的术前评估④评估以下治疗的效果：用于中重度OSA的口腔矫治器中重度OSA的手术治疗SRBD因症状复发而进行治疗⑤需要随访PSG的治疗结果：体重大幅减轻或增加(体重的10%)当临床反应不足或症状复发时⑥患有收缩性或舒张性心力衰竭和夜间SRBD症状的患者⑦尽管CHF得到最佳治疗但症状仍持续的患者⑧伴有睡眠相关症状的神经肌肉疾病⑨嗜睡症⑩继发于患者或观察者主诉的周期性肢体运动障碍(睡眠期间的运动，频繁醒来，白天过度嗜睡)

根据AASM指南，不需要PSG进行诊断的情况：①异态睡眠②癫痫发作，除非疑似夜间癫痫发作③不宁腿综合征④常见的、简单的、无害的事件(觉醒、噩梦、遗尿、梦话、磨牙症)⑤昼夜节律紊乱

研究前问卷

对于患有过度嗜睡症的病人来说，往往难以准确评估自己的警觉水平。此外，那些难以入睡和维持睡眠的患者通常对自己的总睡眠时间和质量的主观评估与实验室收集的客观数据不一致。因此，建议将主观数据系统地作为睡眠实验室评估的一部分进行收集。斯坦福嗜睡量表(SSS)是一种用于评估患者在进行PSG检查前的主观评估嗜睡程度的工具。另一种工具是Epworth嗜睡量表，可提供有关慢性睡眠障碍的相关信息。要求患者报告在乘车、看电视等情况下打瞌睡的可能性。此外，患者还被问及他们的药物史、吸烟史、一天中是否发生过异常事件、研究前的最后一餐、饮酒情况以及最近24小时内的睡眠史(包括午睡等)。患者提供的这些信息对研究十分有益，有助于技术人员对特定患者特质进行全面了解，并确保为收集高质量的数据奠定良好的基础。

记录参数临床睡眠研究中使用的常规PSG记录蒙太奇通常包括以下参数：①中央、额叶和枕叶脑电图(EEG)②眼球运动(眼电图或EOG)③颏肌活动(颏肌电图或EMG)④腿部肌肉活动(左、右胫前肌EMG)⑤心电图(ECG)⑥鼻腔和口腔气流⑦呼吸力(基于胸腹运动)⑧脉搏血氧饱和度

可以根据研究目的添加其他参数。例如，当PSG与非侵入性通气联合使用时，其他参数通常会包括呼吸道正压、潮气量、吸气/呼气比率、漏气值以及与综合治疗评估相关的其他重要数据。另一方面，如果PSG用于评估夜间癫痫发作或异态睡眠时，其他记录参数还可能包括扩展数量的EEG通道和肢体EMG通道。

PSG滤波设置和采样率

在PSG记录中，EEG数据通常在0.5-25Hz范围内读取。为了保留频谱的两端，低频和高频滤波范围的设置略高于此范围；低频滤波(LFF)范围通常设置为0.3Hz，高频滤波(HFF)范围一般设置为30或35Hz。同样，其他PSG参数(如EMG和ECG)的LFF和HFF设置是根据预期在这些通道内读取的频率范围来设置的。此外，可以根据记录的信号类型选择采样率。表1列出了不同PSG参数建议的滤波和采样率设置。表1.基于AASM建议的各种PSG参数的滤波和采样率设置示例。

电极和传感器的应用

睡眠实验室生成的脑图质量取决于电极运用情况。在使用任何电极或传感器之前，应向患者说明操作过程，并给予患者提问的机会。电极应用过程的第一步是测量患者的头部尺寸。采用国际10-20电极放置系统来放置电极(见图1和2)。接下来的部分将介绍EEG、EOG、EMG和ECG电极的应用过程。

图1.国际10/20电极放置系统(俯视图)。

图2.国际10/20电极放置系统(侧面图)。

EEG

Rechtschaffen和Kales手册最初描述的标准电极导联用于监测睡眠期间的EEG活动，包括中央EEG(C3/A2或C4/A1)活动和枕叶EEG(O1/A2或O2/A1)活动。AASM评分手册使用术语“M1”和“M2”来代替“A1”和“A2”作为放置在双侧乳突上的参考电极。在这种情况下，导联就是C3/M2或C4/M1，以及O1/M2或O2/M1(AASM建议使用C4/M1和O2/M1作为默认导联，将C3/M2和O1/M2作为备用导联)。AASM还建议在考虑K复合波或慢波活动时使用额叶EEG记录(F4/M1和F3/M2)。此外，某些情况下可能需要额外的电极。例如，为了排除睡眠期间癫痫发作的可能性或检测是否存在其他与睡眠相关的EEG异常，可能需要根据国际10-20系统应用完整的EEG电极。

EOG

EOG是对眼睛中存在的角膜视网膜电位差运动的记录。记录的是该偶极子相对于EOG电极位置的运动(图3)。可以使用金杯电极或氯化银电极来记录EOG。

图3.两通道EOG记录演示了与共轭眼动相关的EOG描记中的反相偏转。

AASM评分手册建议将右眼EOG电极(E2)放置在右外眦(ROC)上方一厘米处，将左眼EOG电极(E1)放置在左外眦(LOC)下方一厘米处。有可能需要对这些位置进行一些细微调整，以避免将E2电极直接放置在右眉毛上方，或者避免将任何一个电极放置得过于靠近眼睑的敏感组织。AASM还建议将两个EOG电极参考到右侧乳突(M2)；然而，采用对侧参考(E2/M1和E1/M2)可能更适合最大化两个EOG通道中的信号幅度，并使共轭眼动时观察到的反相信号偏转相等。

值得注意的是，电极放置和记录衍生的许多变化已被用于各种临床和研究环境中。鉴于目前临床和研究环境中存在的方法学差异，当EOG活动的解释对诊断或治疗结果有重大影响时，了解准确的电极放置和EOG通道的输入是至关重要的(图4)。

图4.EOG、颏EMG、接地电极和参考电极位置的示意图。

EMG

记录颏EMG活动时，在颏肌和颏下肌上放置金杯或氯化银电极。AASM评分手册建议在下颌骨下缘上方1cm的中线放置一个电极，下颌骨下缘下方2cm放置两个电极，分别向中线左右侧偏移2cm。其中两个电极用于创建双极EMG记录，而第三个电极作为备用电极。一些医生在咬肌上方放置电极，以便更好地检测与磨牙症相关的EMG活动(见图4)。

为了记录腿部EMG，在每条腿的胫骨前肌上放置一对电极。电极间距约为2-3cm，并以双极导联的方式相互参考。

ECG

PSG中ECG的记录方法多种多样。最简单的方法是使用带有应力环的一次性ECG贴片。通过将一个电极放置于右锁骨下方，并将其与置于左下胸的电极比对，即可获得一个改良的Ⅱ导联。第三个电极放置在左锁骨下方，可以记录改良的Ⅰ导联(左锁骨下至右锁骨下)和Ⅲ导联(左锁骨下至左下胸)ECG。

接地电极和参考电极

接地电极通常位于患者的前额，略低于发际线。接地电极的目的是将患者身体中过多的50或60Hz线频干扰转移。如果PSG设备提供系统参考功能，通常会放置在头皮中线处(Cz)。需要注意的是，无论是接地电极还是系统参考电极的连接出现故障，都会导致信号衰减，从而影响所有的PSG通道。接地连接故障可能会导致记录中出现过多的50或60Hz干扰，而系统参考连接故障可能会导致所有通道的信号完全丢失(除了专用的双极或转导信号)。因此，应确保这两个电极在整个记录期间得到正确使用和良好维护。

电极阻抗

在记录之前，应目视检查所有电极，并进行阻抗检查和记录。理想情况下，阻抗计应作为记录系统的一部分。或者，也可以使用单独的设备。对于阻抗读数大于5000Ω(5kΩ)的任何电极，应进行调整。可以通过仔细清洁和擦拭每个电极部位来降低阻抗水平。只需擦拭一小块皮肤，不要大于电极杯的大小，以防止电桥接和最大程度地减少记录中的伪迹发生。

生理校准

生理校准记录了电极和其他记录设备的正常运行情况，并为PSG评分时的审查和比较提供了基线数据。对患者进行此校准的具体指令包括：睁开眼睛，直视前方30s。闭上眼睛，直视前方30s。保持头部不动，向左和向右看，向上和向下看。重复这些过程。保持头部不动，慢慢眨眼，五次。紧闭下颌，咬紧牙关。慢慢吸气和呼气，三次。屏住呼吸10s。右足背伸，左足背伸。

给患者呈现这些指令时，技术人员会检查并记录患者的反应。当患者睁眼直视前方30s时，检查背景EEG活动。当患者的眼睛左右看时，检查与记录EOG相关的信号反相偏转。如果第1个EOG通道的输入为E2/M1，第2个EOG通道的输入为E1/M2，则会发生反相偏转。当患者闭上眼睛时，观察枕叶EEG中α节律的反应性；α节律通常在患者闭眼时最容易观察到。通过让患者紧闭下颌，咬紧牙关或打哈欠来检查颏/颏下EMG信号。通过要求患者依次背伸右脚和左脚，来监测胫骨前肌EMG活动所使用的电极和放大器的正确功能。如果怀疑存在快速眼动(REM)睡眠行为障碍，则应在每只手臂的指伸肌上方的皮肤表面施加额外的电极。要求患者伸展手腕，同时技术人员检查相应EMG通道中振幅的增加情况。吸气和呼气可以检查监测气流和呼吸力的通道。惯例是，吸气会引起信号向上偏转，而呼气会导致信号向下偏转。

生理校准使技术人员能够在PSG开始之前确定数据质量。如果在生理校准过程中发现伪迹，则必须尽一切努力校正问题。在此校准过程中，还应检查备用电极的功能。如果研究中使用了任何其他监测设备，技术人员应进行必要的校准。当完成校准程序后，告知患者采取一个舒适的睡姿并尝试入睡。然后，将患者房间的灯熄灭，并在记录日志中记录“熄灯”时间。

故障排除和伪迹识别

一般来说，当记录过程中出现问题时，首先从患者开始排查问题，并遵循信号到记录设备的路径进行检查。通常情况下，可以检查出电极或传感器是否移位或发生故障。伪迹出现的原因不太可能是放大器出现问题所致。如果伪迹较为普遍(即在大多数通道中)，则应检查接地电极、系统参考电极或电极插孔盒中电缆的完整性。如果伪迹是局部的(即在某些通道中)，则应检查哪些通道有这种伪迹，以及这些通道之间有什么共同之处。

50或60Hz伪迹

50或60Hz伪迹(图5)源于研究区域附近的电力线频率所产生的干扰。此外，接地电极可用于转移患者身上的杂散电干扰。共模抑制的有效性以及患者接地电极的功能都取决于电极与患者连接的完整性。因此，50或60Hz伪迹的存在往往要么是由于电极阻抗过高(从而破坏了共模抑制的功能)，要么是由于接地连接故障(阻碍了电干扰的有效转移)，或两者兼而有之。这种50或60Hz的干扰也可能因研究区域附近任何电气设备的泄漏电流而加剧。

图5.60Hz伪迹示例。

肌电伪迹当患者移动或绷紧头皮或面部肌肉时，通常会在EEG和EOG中出现肌电伪迹(图6)。肌电伪迹有时会与50或60Hz伪迹混淆，因为两者都是高频伪迹。与50/60Hz伪迹不同的是，肌电伪迹是不规则的，并随着肌张力的增加或减少而波动。将乳突参考电极(M1和M2)放置得过低或距离耳廓(耳垂)太远、靠近颈部肌肉，可能会导致肌电伪迹过多。将乳突电极重新定位到靠近耳廓的硬骨质区域通常可以最小化该问题。

图6.EEG和EOG中的肌电伪迹。

心电伪迹

由于PSG记录中使用的电极间距相对较长，因此在EEG和/或EOG通道中普遍存在心电伪迹。然而，EEG和EOG通道中的电极阻抗过高，或者乳突参考电极(M1和M2)放置得过低或距离耳廓太远，都会导致ECG伪迹过多(图7)。如上所述，参考电极最好放置在靠近耳廓的硬骨质区域上，远离颈部肌肉或脂肪组织。通过将M1和M2合并为双参考电极也可以最小化或校正ECG伪迹，但不应该作为常规做法，因为它可能会减弱EEG信号，并且任何来自乳突参考电极的其他干扰都可能随后影响所有多参考通道。

图7.EEG和EOG中的心电伪迹。

慢电位伪迹

EEG和EOG中的慢电位伪迹(图8)通常是由出汗或电极受到的直接压力引起。汗水会导致电极和患者皮肤之间的电解质界面发生化学变化，从而导致EEG和EOG中出现慢电位伪迹，通常被称为“汗液伪迹”。类似地，对电极的间歇性压力或拉扯电极导线会引起“尖峰伪迹”。这种伪迹也可能是由于脏污或有故障的电极、或者电极与皮肤的连接松散所致。

图8.EEG和EOG中的慢电位伪迹。

通过正确的电极贴敷技术可以最小化慢电位伪迹。重要的是要确保所有电极都附着良好，并确保电极与皮肤之间形成紧密密封，这可以防止电极“漂浮”。同样重要的是，在贴敷电极时，不要将传导物质(导电膏)扩散到电极杯的边界之外。此外，使用风扇或空调降温，也可以减少出汗引起的慢电位伪迹。

ECG通道中的伪迹

虽然ECG电压明显高于EEG、EOG或EMG电压，但ECG信号同样容易受到高电极阻抗、接触不良、电极压力、出汗或运动伪迹的影响。在某些情况下，ECG中的伪迹可能与异位搏动或漏搏相似。为避免误读ECG，有必要将任何可疑的记录与其他ECG导联进行比较。如果记录设备提供了系统参考，则可以从两个距离足够远的电极获得替代ECG信号，例如将C4电极参考到左腿电极之一(图9)。

图9.ECG通道中的伪迹。

系统参考错误所引起的伪迹如果PSG记录提供系统参考，那么必须确保系统参考电极在整个研究期间的完整性。如果系统参考电极松脱或信号受损，所有依赖于系统参考的通道都会受到影响(图10)。

图10.源自系统参考电极的伪迹。

呼吸和血氧测定通道中的伪迹

睡眠期间的大多数呼吸监测形式都依赖于传感器，这些传感器提供呼吸气流和呼吸力的非定量、间接表示。因此，这些表示通常不够精确，并且容易受到多种信号失真的影响。在某些情况下，呼吸通道中的伪迹可能类似于生理性呼吸事件。对于那些使用PSG数据的人来说，了解呼吸传感器的特点和局限性并据此解释研究是很重要的。多通道PSG记录的一个优点是可以在睡眠和觉醒生理学的背景下评估所有呼吸数据，从而帮助读者确认或辨别任何可疑事件的真实性或病因(图11)。