圍術(shù)期腦電及腦氧飽和度監(jiān)測的研究進展
轉(zhuǎn)載來源:麻醉科
本文原載于《中華麻醉學(xué)雜志》2022年第3期
腦電(EEG)及腦氧飽和度(ScO2)監(jiān)測是圍術(shù)期常用的腦功能監(jiān)測手段。EEG是一種腦生物電活動的檢查技術(shù),可通過額部電極實時監(jiān)測腦電活動情況。全麻狀態(tài)下,EEG的變化在一定程度上能夠反映麻醉藥物對腦的抑制水平,因此能夠輔助麻醉醫(yī)師評估麻醉和鎮(zhèn)靜程度?;诮t外光譜技術(shù)(NIRS)的ScO2監(jiān)測,使用光源和探測器來感應(yīng)腦組織中的血流動力學(xué)變化,直接測量含氧血紅蛋白(O2Hb)和脫氧血紅蛋白(HHb)的濃度,計算局部腦氧飽和度(rScO2),其正常值一般為60%~80%。麻醉醫(yī)師通過rScO2可在一定程度上了解患者整體的氧供和氧耗平衡。本綜述將闡述圍術(shù)期EEG及ScO2監(jiān)測在圍術(shù)期應(yīng)用的研究進展。
一、圍術(shù)期EEG監(jiān)測
1.全身麻醉EEG特點
全身麻醉藥物包括吸入麻醉藥和靜脈麻醉藥,其代表藥物分別為鹵族類吸入藥物和丙泊酚,這兩種藥物均屬于γ-氨基丁酸(GABA)受體激活劑,應(yīng)用此類藥物時可通過前額EEG變化來辨別全身麻醉的不同階段[1]。從清醒到麻醉狀態(tài),EEG將會經(jīng)歷從高頻低振幅波形到低頻高振幅波形的轉(zhuǎn)變。EEG頻率分類見表1。
EEG已被建議作為圍術(shù)期常規(guī)監(jiān)護手段,以預(yù)防麻醉過淺術(shù)中知曉的發(fā)生或麻醉過深不良并發(fā)癥的發(fā)生[2,3],多種基于專利算法的EEG監(jiān)測儀已廣泛應(yīng)用于臨床中。但這些EEG監(jiān)測指數(shù)存在一定局限性,如與某些麻醉藥物相關(guān)性差[4,5],指數(shù)變化滯后[6]和受年齡及肌電影響[7]。因此這些基于算法的麻醉深度指數(shù)所反映的麻醉和鎮(zhèn)靜深度可能與患者的真實情況并不相符,進而對麻醉醫(yī)師的圍術(shù)期管理產(chǎn)生誤導(dǎo)作用[8]。Epstein建議應(yīng)鼓勵麻醉醫(yī)師學(xué)習(xí)閱讀和分析原始EEG[9]。有研究顯示通過15 min的培訓(xùn)課程麻醉醫(yī)師即可掌握清醒期、鎮(zhèn)靜期、麻醉期的原始EEG特點[10]。
通過進一步培訓(xùn),麻醉醫(yī)師可從原始EEG準確估測出BIS值[11]。通過對全身麻醉下原始EEG了解的不斷深入,研究者有望將更多EEG信息整合到現(xiàn)有算法中去,進一步完善EEG監(jiān)測設(shè)備。研究者發(fā)現(xiàn)丙泊酚全身麻醉下alpha振蕩與delta振蕩的相位振幅關(guān)系可以區(qū)分意識消失期和意識清醒期[12],利用這個特點麻醉醫(yī)師可以更加準確的預(yù)防術(shù)中知曉的發(fā)生。也有研究發(fā)現(xiàn)慢波振蕩與藥物劑量的關(guān)系[13]。當(dāng)麻醉藥物濃度增加到不會使慢波振蕩功率增加時,患者對外界的感知消失,這個狀態(tài)稱為"慢波振蕩飽和"。丙泊酚和吸入類麻醉藥物均可達到這種"慢波振蕩飽和"狀態(tài),并且此狀態(tài)下藥物濃度的個體差異很大。這種狀態(tài)下的慢波功率有望成為意識消失的個體化標記物。通過不斷探索與全身麻醉相關(guān)的個體化EEG標記物,研究人員將不斷完善EEG監(jiān)測裝置,使其更好的為臨床工作保駕護航。頻譜圖是原始EEG經(jīng)過轉(zhuǎn)換后最常見的呈現(xiàn)形式。原始EEG信號經(jīng)過傅里葉轉(zhuǎn)換分解為頻率和功率兩個變量,橫坐標為時間軸(s),縱坐標為EEG頻率軸(Hz),特定頻段的功率強弱以顏色區(qū)分,從藍色到紅色表示功率從弱到強。頻譜圖可動態(tài)反映出全身麻醉下,患者從清醒到意識消失再到蘇醒的整個變化過程,且應(yīng)用不同麻醉藥物可呈現(xiàn)出不同特點的頻譜圖[1]。在丙泊酚麻醉期間,GABA受體的激活使丘腦-皮質(zhì)連通性降低,表現(xiàn)為前額alpha頻段功率增強;另一方面,皮質(zhì)內(nèi)連通性中斷導(dǎo)致delta頻段功率增加。頻譜圖上呈現(xiàn)出在8~13和0~1 Hz頻段上,兩個紅色的強功率條帶圖形。
在鹵族類吸入藥物麻醉期間,當(dāng)藥物濃度達到MAC值或高于MAC值時,在alpha和delta條帶之間會出現(xiàn)一個強功率theta條帶[1]。但如果麻醉繼續(xù)加深,EEG將出現(xiàn)爆發(fā)抑制,頻譜圖表現(xiàn)為等電位和非等電位交替出現(xiàn)的條紋圖形。Theta條帶出現(xiàn)的原因尚不清楚,但其可能表明除激活GABA受體外,吸入類麻醉藥物還存在其他促使意識消失的機制。MAC值與頻譜圖之間的這種相關(guān)性很有臨床價值。吸入麻醉藥物ED99為1.3 MAC,當(dāng)頻譜圖出現(xiàn)theta條帶時藥物濃度即已達到或高于MAC值,表明此時的麻醉和鎮(zhèn)靜深度適合或接近適合手術(shù)所需要的深度;當(dāng)頻譜圖出現(xiàn)等電位條紋時,表明藥物濃度過高引起爆發(fā)抑制,此時應(yīng)調(diào)整藥物劑量。
2."脆弱大腦"與EEG
隨著人口老齡化,高齡手術(shù)患者越來越多,此類患者圍術(shù)期神經(jīng)認知障礙(PND)發(fā)生率高。老年患者因腦容量減低和神經(jīng)退行性變,通常術(shù)前即存在一定程度的認知功能損傷,術(shù)中用藥量較青年患者減少[14]且術(shù)后PND發(fā)生率高[15,16],這類大腦被稱為"脆弱大腦"。無論在解剖學(xué)還是生理學(xué)方面,"脆弱大腦"均不同于年輕大腦,因此EEG也會有所變化。研究顯示,在丙泊酚和七氟烷麻醉下,隨著年齡增加全頻段功率均降低,特別是alpha和delta振蕩[17]。在相同年齡校正MAC值下,老年患者更容易出現(xiàn)爆發(fā)抑制;且在全身麻醉下,老年患者EEG中beta頻段功率占比更大,beta比率更高(13~30 Hz頻段功率與11~20 Hz頻段功率比值)[18]。研究者通過熵分析發(fā)現(xiàn),老年患者EEG片段一致性更低,可預(yù)測性更差[18]。Beta比率和熵均為傳統(tǒng)EEG監(jiān)測指數(shù)算法的一部分,兩者受年齡影響可降低EEG監(jiān)測指數(shù)的可靠性。事實上在相同年齡校正MAC值下,傳統(tǒng)EEG監(jiān)測指數(shù)值已被證明與年齡成正相關(guān)趨勢(即年齡越高患者的監(jiān)測指數(shù)值更高,提示麻醉和鎮(zhèn)靜深度更淺)[19]。如果麻醉醫(yī)師不考慮年齡因素對EEG的影響,僅憑EEG監(jiān)測指數(shù)進行麻醉管理,老年患者往往會因麻醉過深導(dǎo)致血流動力學(xué)不平穩(wěn)。
全身麻醉下alpha頻段低功率可被作為"脆弱大腦"的標記物,有此類EEG標記物的患者術(shù)中爆發(fā)抑制發(fā)生率更高,從而導(dǎo)致術(shù)后認知功能障礙發(fā)生率增高[20]。術(shù)前存在認知功能損傷的患者,術(shù)中alpha功率也會顯著降低[21]。另有研究顯示,一些術(shù)前合并癥,包括冠心病、肺動脈高壓、糖尿病等也會使alpha功率降低[22],可能由于這些疾病會影響腦功能。"脆弱大腦"患者的麻醉管理比正?;颊邚?fù)雜,尚沒有研究證明通過調(diào)控術(shù)中alpha功率能否改善此類患者的預(yù)后,更深入的理解需要進一步大樣本臨床研究探索。
3.譫妄與EEG
術(shù)后譫妄(POD)是一種急性認知功能改變,表現(xiàn)為隨時間波動的意識改變和注意力不集中[23],可使患者住院時間延長,并發(fā)癥發(fā)生率增高。有學(xué)者認為應(yīng)用傳統(tǒng)EEG監(jiān)測指數(shù)可降低POD的發(fā)生率[2],但Wildes團隊質(zhì)疑了EEG監(jiān)測指數(shù)對POD的預(yù)防作用[24]。雖然結(jié)論尚不統(tǒng)一,近年來許多針對原始EEG的研究顯示,POD的發(fā)生與原始EEG存在一定相關(guān)性。
1項針對全身麻醉蘇醒期EEG特點的研究顯示,POD的發(fā)生與麻醉期出現(xiàn)爆發(fā)抑制及蘇醒期缺失alpha頻段存在相關(guān)性[25,26],不同軌跡的EEG可預(yù)測恢復(fù)室內(nèi)蘇醒期譫妄的發(fā)生,在全麻蘇醒期當(dāng)前額alpha頻段功率較強時,POD發(fā)生率較低[26,27]。在傷害性刺激持續(xù)存在時,前額alpha活動會消失[28,29]。因此Gaskell等[30]提出假設(shè),通過術(shù)中個體化麻醉管理使alpha頻段功率最大化,也許可以做到在保證充足抗傷害性刺激的條件下,維持最適宜的麻醉和鎮(zhèn)靜深度,降低POD的發(fā)生率。術(shù)前認知功能下降是POD的危險因素[31]。Giattino等[32]通過全腦32導(dǎo)聯(lián)EEG監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)全麻術(shù)中前額alpha頻段功率的減弱與術(shù)前認知功能損傷密切相關(guān),進而說明術(shù)中alpha頻段功率減弱也許是POD的預(yù)測因子。近年有研究得出了相似的結(jié)果,與全腦EEG監(jiān)測不同,此項研究只進行了前額單通道的EEG監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)術(shù)前認知功能水平與術(shù)中前額alpha頻段功率正相關(guān)[33]。通過觀察alpha頻段功率篩選出高?;颊?,進行早期干預(yù)或術(shù)后密切隨訪,也許可以降低POD的發(fā)生率。
在1項單中心觀察性研究中,研究者對28例心胸手術(shù)患者術(shù)后進行CAM量表評估譫妄的同時采集前額EEG,發(fā)現(xiàn)前額閉眼delta頻段相對功率對POD具有診斷意義[34]。Numan等[35]在一項多中心研究中對159例患者術(shù)后3d連續(xù)進行譫妄量表評估,并以此作為診斷POD的金標準,同期采集前額EEG,繪制ROC曲線,同樣發(fā)現(xiàn)delta頻段相對功率和1~6 Hz頻段相對功率對POD具有診斷意義。不僅如此,還有研究發(fā)現(xiàn),心臟外科術(shù)后POD患者EEG以額葉alpha頻段功能連通性缺失和delta頻段的連通性增加為特征[36]。Tanabe等[37]發(fā)現(xiàn)POD患者更易在后腦區(qū)出現(xiàn)強功率的delta和theta頻段,且這兩個頻段功率與POD嚴重程度和炎性因子濃度相關(guān),提示可能是由于炎性反應(yīng)導(dǎo)致了POD的發(fā)生。此團隊1項最新的隊列研究納入了86例年齡>65周歲的老年手術(shù)患者,發(fā)現(xiàn)POD嚴重程度與術(shù)后delta功率呈線性相關(guān),術(shù)后delta功率越強,POD嚴重程度越重[38]。EEG與POD發(fā)生發(fā)展相關(guān),并具有潛在的診斷POD的價值,但尚需大樣本前瞻性臨床試驗證明其可靠性。
二、圍術(shù)期rScO2監(jiān)測
1.術(shù)前評估與預(yù)后分析
rScO2可以反映患者的生理狀態(tài),Madsen等[39]發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,急性心功能不全患者的rScO2偏低,且在治療心功能不全后有所回升。冠心病患者運動期間rScO2降低對未來不良心腦血管事件的發(fā)生有極強的預(yù)測作用,可能由于這種降低與腦低灌注有關(guān)[40]。心臟手術(shù)患者術(shù)前基線rScO2與左室射血分數(shù)相關(guān),且在預(yù)測左室功能障礙方面準確性很高[41]。1項納入1 178例心臟手術(shù)患者的前瞻性研究顯示,術(shù)前基線rScO2與左室射血分數(shù)、肌鈣蛋白和腦鈉肽存在相關(guān)性,可反映心肺功能不全嚴重程度[42]。這個發(fā)現(xiàn)對臨床具有一定指導(dǎo)意義。第一,大部分指南建議體外循環(huán)期間應(yīng)將rScO2維持在高于基線值的80%水平[43],這種標準在術(shù)前已存在嚴重心肺功能不全的患者中可能是不夠的;第二,rScO2有望成為指導(dǎo)心功能不全治療的個體化指標。
NIRS常應(yīng)用于頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù),一般認為當(dāng)清醒患者rScO2降低超過基線值的20%時為組織灌注不足[44],多數(shù)學(xué)者認為rScO2下降15%~20%或rScO2絕對值低于50%時具有臨床意義[45]。Casati等[46]研究發(fā)現(xiàn)老年患者行腹部手術(shù)更容易出現(xiàn)長時間rScO2降低的情況,PACU停留時間及住院時間延長都與這種rScO2降低相關(guān)。其他研究發(fā)現(xiàn)在胸科手術(shù)單肺通氣時出現(xiàn)rScO2降低的患者,POD及PND的發(fā)生率增高[47,48]。1項前瞻觀察性研究發(fā)現(xiàn)高達53%的心臟術(shù)后患者在術(shù)后早期發(fā)生超過1 h的rScO2持續(xù)降低,且這些患者幾乎都在術(shù)中出現(xiàn)了低rScO2狀態(tài)[49]。心臟術(shù)后多種不良事件與持續(xù)低rScO2相關(guān),比如卒中、術(shù)后認知功能下降[50]及POD[51]等。Sanfilippo等[52]薈萃了17項關(guān)于NIRS的研究總結(jié)出在心肺復(fù)蘇中維持高rScO2可明顯提高復(fù)蘇的成功率,此結(jié)果與先前1篇研究結(jié)果一致[53]。近年有學(xué)者提出可將rScO2作為指導(dǎo)和優(yōu)化心肺復(fù)蘇的指標[54]。圍術(shù)期rScO2與患者自身狀態(tài)及多種臨床不良預(yù)后相關(guān),有望成為指導(dǎo)圍術(shù)期管理的新指標。
2.腦血管自主調(diào)節(jié)功能評估
腦血管自主調(diào)節(jié)功能(CA)是指腦組織在灌注壓發(fā)生變化時仍能維持穩(wěn)定腦血流的內(nèi)在能力。若CA異常則增加了組織灌注不足、高灌注的風(fēng)險,灌注不足及高灌注均可引起腦功能損傷。CA不是一成不變的,腦血流隨灌注壓變化而變化的曲線可表示CA,該曲線的平臺期、下限和上限可能受年齡、疾病、麻醉、二氧化碳等多種因素影響,因此對CA的個體化實時評估具有重要的臨床意義。目前有很多方法評估CA,但還沒有公認的方法和標準。當(dāng)動脈氧飽和度、腦組織的代謝速率和腦組織氧擴散能力保持穩(wěn)定時,rScO2的變化能在一定程度上體現(xiàn)腦血流的變化。全身麻醉狀態(tài)下能夠使以上變量維持在相對穩(wěn)定的水平,可認為rScO2反映了腦組織微循環(huán)流量的變化。如果患者的CA功能正常,當(dāng)各種原因引起全身血流動力學(xué)指標發(fā)生改變時,腦組織微血管管徑發(fā)生相應(yīng)變化,但腦組織微循環(huán)流量保持相對穩(wěn)定。因此從CA的角度看,rScO2體現(xiàn)腦血管的自主調(diào)節(jié)結(jié)果,rScO2相對穩(wěn)定,提示CA功能穩(wěn)定。
1項針對老年患者腹腔鏡手術(shù)中麻醉、氣腹、頭低位對血流動力學(xué)改變的研究中發(fā)現(xiàn)[55],在腹腔鏡頭低位手術(shù)中,平均動脈壓和心排量的數(shù)據(jù)離散程度較大,表明相同的手術(shù)對不同老年患者的血流動力學(xué)產(chǎn)生了不同影響,但rScO2離散程度較小,不同患者的rScO2變化相對一致。這說明當(dāng)不同患者的血流動力學(xué)變化時,由于其各自激發(fā)了不同的腦血管自主調(diào)節(jié)行為,從而保證了腦血管自主調(diào)節(jié)結(jié)果總體上的相對一致。因此對老年患者實施圍術(shù)期ScO2監(jiān)測十分重要,可實時監(jiān)測腦血管自主調(diào)節(jié)功能,以提供個體化治療。
3.rScO2監(jiān)測目標導(dǎo)向治療
低rScO2與多種不良預(yù)后的發(fā)生相關(guān),因此針對術(shù)中低rScO2有許多干預(yù)措施。rScO2反映全身氧供和氧耗平衡,因此有兩類方法可以提高rScO2,增加氧供和降低氧耗。增加氧供的措施有:頭低位、提高吸入氧濃度、提高平均動脈壓、增加二氧化碳分壓等。降低氧耗的措施有:增加麻醉和鎮(zhèn)靜深度、有效管理疼痛、低體溫等。研究證實,在心臟手術(shù)中,這些措施恢復(fù)腦灌注的成功率高達80%,從而降低了ICU停留時間及術(shù)后死亡率[56,57]。但在1項多中心隨機對照試驗中研究者得出了不同的結(jié)果。該研究擬評價術(shù)中維持正常或較高rScO2能否降低術(shù)后認知功能障礙發(fā)生率,結(jié)果顯示,干預(yù)組與對照組術(shù)后認知功能障礙發(fā)生率無差異[58]。薈萃研究顯示,rScO2監(jiān)測目標導(dǎo)向治療不會改善心臟搭橋術(shù)后患者預(yù)后[59],也不會降低非心臟手術(shù)術(shù)后死亡率及PND發(fā)生率[60],以上2篇文章所納入的研究證據(jù)級別普遍較低,這可能與陰性結(jié)果的得出相關(guān)。目前可以肯定的是,圍術(shù)期低rScO2發(fā)生率高,多種干預(yù)措施可治療低rScO2,但低rScO2與不良預(yù)后發(fā)生的關(guān)系尚不清楚。
三、圍術(shù)期NIRS-EEG聯(lián)合監(jiān)測
近年來多模式監(jiān)測應(yīng)用愈發(fā)廣泛,其中NIRS-EEG同步監(jiān)測成為備受關(guān)注的熱點。由于沒有光電干擾,將2種無創(chuàng)的腦活動記錄程序整合起來是非常容易的。NIRS通過光譜測量腦血流動力學(xué)變化,EEG評估腦神經(jīng)元電活動變化,這兩種技術(shù)的整合可提供腦皮層的電和代謝-血流動力學(xué)信息。目前NIRS-EEG聯(lián)合監(jiān)測主要應(yīng)用于非臨床領(lǐng)域,比如腦機接口及神經(jīng)血管耦合。臨床方面主要用于新生兒腦發(fā)育和癲癇的研究。
NIRS-EEG聯(lián)合監(jiān)測同樣適用于圍術(shù)期監(jiān)測。研究報道,將聯(lián)合監(jiān)測用于全麻下頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù),以預(yù)測頸動脈夾閉時圍術(shù)期腦缺血風(fēng)險[61,62]。de Letter等[63]以EEG作為金標準,旨在評估rScO2在頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)中對腦缺血監(jiān)測的敏感性和特異性。在腦血管夾閉期間以rScO2下降5%作為界值,發(fā)現(xiàn)腦缺血的靈敏度為100%,特異度為44%。由于較低的特異性,rScO2不能單獨作為腦缺血的獨立預(yù)測因子,因此聯(lián)合監(jiān)測更加準確。但Perez等[62]發(fā)現(xiàn)rScO2在監(jiān)測腦缺血方面比EEG更靈敏。在頸動脈夾閉過程中,手術(shù)側(cè)和對側(cè)的rScO2均顯著下降至基線以下,當(dāng)放置分流管后,對側(cè)rScO2恢復(fù)到基線,手術(shù)側(cè)rScO2仍低于正常,直到術(shù)畢移除分流管恢復(fù)正常血流。但當(dāng)放置分流管后,雙側(cè)EEG均恢復(fù)至基線值。因此在監(jiān)測腦缺血方面rScO2可能比EEG更可靠。NIRS-EEG聯(lián)合監(jiān)測也可應(yīng)用于心臟手術(shù),1項納入41例心臟手術(shù)患者的研究顯示,PND的發(fā)生與術(shù)中NIRS監(jiān)測下氧合血紅蛋白和去氧合血紅蛋白的濃度變化相關(guān)[64]。此外NIRS-EEG聯(lián)合監(jiān)測在主動脈弓手術(shù)[65]和肩關(guān)節(jié)鏡手術(shù)[66]中的應(yīng)用也有報道。1項最新觀察性研究發(fā)現(xiàn)腦電雙頻譜指數(shù)(BIS)與腦灌注水平有關(guān)[67]。心臟手術(shù)體外循環(huán)期間,同時進行EEG及ScO2監(jiān)測,當(dāng)平均動脈壓低于腦血流自主調(diào)節(jié)水平低限時,隨著平均動脈壓的下降,BIS值降低。這個結(jié)果說明低BIS值可能由于腦灌注不足導(dǎo)致,因此在參考BIS值進行圍術(shù)期管理時,不僅要考慮麻醉藥物濃度,也要考慮腦灌注水平。國內(nèi)研究顯示,rScO2-EEG聯(lián)合監(jiān)測目標導(dǎo)向血流動力學(xué)多模式可降低老年胸腔鏡食管癌根治術(shù)患者POD發(fā)生率,有利于患者術(shù)后恢復(fù)[68]。這種聯(lián)合監(jiān)測還對預(yù)測非大血管手術(shù)患者發(fā)生PND具有較好的臨床應(yīng)用價值[69]。
四、圍術(shù)期EEG及ScO2監(jiān)測展望
近年來麻醉醫(yī)師已經(jīng)越來越關(guān)注原始EEG所傳遞的信息,但仍需大樣本隨機對照研究來驗證監(jiān)測原始EEG是否對圍術(shù)期患者預(yù)后產(chǎn)生有益效果。ScO2監(jiān)測多數(shù)應(yīng)用于心臟及頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù),在其他手術(shù)中應(yīng)用是否有必要和有益處,也需進一步驗證。隨著多模式技術(shù)的不斷成熟,NIRS-EEG技術(shù)未來的趨勢可能會充分利用結(jié)合系統(tǒng)的靈活性和全面性,使得圍術(shù)期監(jiān)測更加準確全面,以改善患者的預(yù)后。
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END
編輯:MiLu.米鷺
校對:Michel.米萱
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