CN102264277B - 视觉功能监控处理和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于监控视觉功能的方法和装置。装置和方法依赖于测量视神经功能的两个原则方式，即，针对神经系统功能监控VEP，以及监控视觉功能的至少一个附加参数，诸如眼压、血流或眼睛的位置，以提供多变量的视觉功能监控器。提出方法和装置用于在医学过程期间诊断和潜在地防止POVL的发生和病人的麻醉清醒。

Description

视觉功能监控处理和装置
技术领域
本发明涉及用于监控意识发生改变的病人的视觉功能的方法和装置；更具体地，涉及用于评估潜在的视觉损坏或无意识的麻醉清醒的视觉功能的实时监控的方法和装置。
背景技术
一些麻醉形式或“意识的可逆缺失”的使用可以追溯到希腊和波斯帝国。然而，直到19世纪才发现了现代麻醉剂。通过李斯特技术，19世纪对有效麻醉剂的引入和发展是发展成功外科治疗的一个关键。
尽管麻醉使得现代外科手术过程成为可能，但从一开始是充满了危险的。例如，在1847年进行了第一例氯仿麻醉手术，并且在数月之后的1848年1月记载了第一例氯仿麻醉直接导致的死亡事故。著名的医师John Snow早在1858年出版了氯仿麻醉死亡的经典论文。确实，医学著作充满了医学领域中写作关于麻醉危险的知名人才的名字。通常被认为是现代神经外科之父的Harvey Cushing失去了在醚麻醉期间吸入胃内食物的病人的生命。随后，他写到这次事故几乎使他离开医学学校。因此，世界范围内的麻醉学家长期关心并涉足与麻醉安全性相关的研究中。美国的许多卓越麻醉学家早在20世纪30年代开始收集麻醉发病率和死亡率的统计数据。然而，麻醉的危险不仅仅是历史事件。当然，直到1983年实施了现代系统的报告，使得麻醉学家可以发展统计学并定义未来研究的参数。
这些研究的结果已经创建了用于在麻醉的情况下麻醉剂如何被管理以及病人如何被监控的标准和协议。例如，在目前的协议下，在一般麻醉下处理的病人必须被连续监控以确保病人的安全。对于小外科手术，这通常包括监控心率(经由ECG或脉搏测氧法)、氧饱和(经由脉搏测氧法)、无创血压、吸气和呼气(氧气、二氧化碳、一氧化二氮和挥发剂)。对于中等到大型手术，监控还可以包括温度、尿输出、有创血测量(动脉血压、中央静脉压力)、肺动脉压力和肺动脉梗塞压力、大脑活动(经由EEG分析)、神经肌肉功能(经由末梢神经刺激监控)和心输出量。此外，手术室的环境必须监控温度和湿度以及呼出的吸入麻醉的建立，这会消弱手术室人员的健康。虽然这些协议使得显著改善了麻醉相关的死亡率，但它们还没有消除与麻醉和意识发生变化的个人相关联的所有风险。
例如，随时间变得更加普遍的一个危险是手术相关性视觉丧失。手术相关性视觉丧失(POVL)广义上是指与一般麻醉相关联的视力的永久损伤或完全丧失。相关的手术相关性周期一般包括从即时的手术前评估到离开敏锐的健康护理设施的时间，并且指示用于在非眼科手术之后的七天之内开始出现视觉缺陷和/或失明的病人。尽管可以利用数据和深入人口统计研究，但手术相关性缺血性视神经病变的机制仍然是理论性的，因此直到现在，还不可以有效地限定监控和预防策略。
另一个潜在的麻烦的并发症是‘麻醉清醒’。在这种情况下，通过肌肉松弛剂麻痹的病人在它们的麻醉期间会由于提供镇静的麻药等级的下降、意识缺乏和/或疼痛减轻而醒来。如果麻醉提供者没有察觉到这种情况，则病人会对他周围情况存在意识但是不能移动或传达该事实。
神经监控器得到越来越多的利用，这可以帮助减少POVL和清醒的发生。目前可用的一个示例性监控器是由马萨诸塞州的Aspect Medical Systemof Natick制造的BIS监控器。BIS设备监控基于EEG的脑功能，以减少病人在麻醉下的恢复和清醒的发生。在运行期间，BIS监控器使用专有的算法来监控大脑活动并对麻醉学家给出一系列经验数，基于它们来获得病人的意识等级。虽然监控基于EEG的大脑活动已经示出了允许更快从麻醉中恢复的一些优点，但研究还表明即使在病人没有麻醉时也可以剧烈影响EEG测量。例如，在2008年公开的研究中，示出可以通过简单地通过肌肉松弛剂对非麻醉病人的管理将BIS分数改变多达20个基点(Lu等人，Int.Anesthesia Res.Soc.，107：4，208，其全部内容结合于此作为参考)。类似地，在New England Journal of Medicine中公开的研究表明即使在BIS值在目标范围内时也会在病人中发生麻醉下的清醒(Avidan，M，S.等人，New EnglandJournal of Medicine，358，1097，208，其全部内容结合于此作为参考)。
市场上可用作麻醉监控器的第二设备是代表Brain Auditory EvokedResponse的BAER系统。这些监控器在过去已经成功用于评估脑损伤；然而，最近提出这种技术可以用于监控麻醉的深度。目前的研究已经公开地讨论这种假设。然而，对该系统有效性的一些研究已经表明在由BAER系统测量的电位与麻醉等级之间没有相关性。
总之，不管这些新监控设备的广泛市场，但存在许多个案报道，其中，虽然通过这些神经监控器测量到明显充分的麻醉，但已经发生了麻醉下的清醒。因此，需要可以提供关于POVL和麻醉清醒的更好数据的用于监控麻醉下的病人的方法和装置，以向外科医生提供充足的信息来能够实时地防止这些严重的情形。
发明内容
本发明的目的在于用于意识发生改变的个体的用于监控实时视神经功能的方法和装置。
在一个实施例中，本方法/装置包括在眼睛的附近放置至少一个视觉功能传感器，其被设计为刺激和监控视神经或视觉皮质的至少一个的功能。在这种实施例中，至少一个视觉功能传感器可以通过在视神经的鼻侧或双眼外侧(temporal halves)的至少一个中产生视觉诱发电位来刺激眼睛，诸如通过发光二极管或其他适当的机构。
在另一个实施例中，本方法/装置包括在眼睛的附近放置至少一个压力传感器，其被设计为监控眼睛的眼压。在这种实施例中，压力传感器可以为眼压计。
在又一实施例中，本方法/装置包括在眼睛的附近放置血流传感器，其被设计为监控视网膜或视觉血流中的一个。在这种实施例中，可以从近红外分光计或激光多普勒速度计的一个中选择血流传感器。
在再一实施例中，一个或多个上述传感器被集成到传感器带中。在这种实施例中，传感器带可以结合到眼罩中。
在再一实施例中，眼罩可以采用一对护目镜的形式。
在再一实施例中，本发明的方法/装置还包括使用一下数学公式中的一个分析来自视觉诱发电位曲线的输出：
●Al-1＝P2/TL1 in〔μV/ms〕
●Al-2＝〔Al-1〕n in〔μV/ms〕
●Al-3＝〔P2〕x/〔TL1〕y in〔μV/ms〕
●Al-4＝〔Al-3〕n in〔μV/ms〕
●Al-5＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕/TL1 in〔μV/ms〕
●Al-6＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕x/〔TL1〕y in〔μV/ms〕
●Al-7＝Al-6n in〔μV/ms〕
●Al-8＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕/TL1 in〔μV/ms〕
●Al-9＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕x/〔TL1〕y in〔μV/ms〕
●Al-10＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕x/〔t1 y/P2z〕m in〔μV/ms〕
●Al-11＝Al-10n in〔μV/ms〕
●Al-12＝δ〔EVP2〕/δtmax/t1/P2 in〔μV2/ms2〕
●Al-13＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕x/t1 y/P2z in〔μV2/ms2〕
●Al-14＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕x/〔t1 y/P2z〕m in〔μV2/ms2〕
●Al-15＝Al-14n in〔μV/ms〕
●Al-16＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕x/〔t1 y/P2z〕m in〔μV2/ms2〕
●Al-17＝Al-16n in〔μV/ms〕
●Al-D＝〔〔Al-1〕·〔Al-17〕〕/〔CV〔Al-1〕·CV〔Al-17〕〕
其中，在上述等式的每一个中，指数具有0.333至3的值，优选从0.5至2。
附图说明
参照以下附图和表示为本发明示例性实施例的数据图可以更好地理解描述，并且不应该被认为是本发明范围的完全说明，其中：
图1提供了本发明方法和装置的示例性实施例的示意图；
图2提供了眼睛的神经解剖的示意图；
图3a和图3b提供了根据本发明的来自视觉诱发电位的示例性波形；
图4提供了根据本发明的来自视觉诱发电位的示例性波形；
图5提供了根据本发明的来自双眼视觉诱发电位的示例性波形；
图6提供了根据本发明一个示例性实施例的主动眼睛支持装置的示意图；
图7提供了根据本发明的示例性视神经功能护目装置的示意图；
图8提供了与皮质盲相关联的视觉皮质的栓子或灌注不足的MRI；
图9提供了与眼睛相关联的血管的示意图；
图10提供了示出根据本发明的放置用于监控视觉诱发电位的电极的一种示例性方法的示意图；
图11提供了在监控麻醉下的P100皮质响应时所采用的波形；以及
图12提供了与用于VEP波形的重要分量的标志一起的正交闪烁(normal flash)VEP波形。
具体实施方式
本发明的目的在于提供实时监控视神经功能的方法和装置。本发明意识到尽管在防止意识发生变化的病人的致死率方面已经进行了大量的改进，但还是非常难以精确地监控发生在意识发生变化的个体(诸如麻醉下的个体)中的更加微妙的正在发生的应力，由此需要可以精确地监控并通过提供关于病人视神经的功能的数据来潜在地防止损伤的监控系统。例如，本发明的方法和装置将允许外科手术团队在外科手术期间实时地监控视神经的功能，从而提供关于病人状态的信息。此外，本发明具体意识到，视神经的功能可以被用作一般麻醉引发的损伤(例如包括POVL和麻醉清醒)的诊断工具。
本发明的方法和设备由于两个主要原因而能够监控这种功能。首先，不同于传统的监控器(诸如BIS，其仅监控大脑一部分的行为(BIS的大脑和BAER的中脑))，本发明的设备和方法同时监控大脑多个部分中的行为。具体地，由于其检查视觉诱发电位，所以本技术必须考虑三个神经系统(末梢神经、中脑和皮质)的行为。这是因为视觉诱发电位被功能视神经(末梢神经)和视交叉(中脑结构)所影响。第二，本技术被设计为观看生理变化并考虑稳定性和恒定性。本发明被设计为观看神经行为的变化，并且更具体地观看表示即将发生的不利事件的变化的趋势。
如上所述，在一个实施例中，本发明的目的在于提供用于监控视神经功能的方法/装置。图1提供了示出本发明方法的与流程图结合的所提出装置的示意图。如图所示，在一个实施例中，本发明的视神经功能监控方法/装置包括能够经由视觉诱发电位提供关于视神经和视觉皮质的功能的信息的至少一个传感器(10)，以及可选地三个附加视神经传感器(用于监控眼睛的眼压的传感器(12)、用于监控视网膜血流的传感器(14)以及用于测量眼睛的位置和移动的传感器(15))中的至少一个的放置和监控。以下提供了监控视神经功能的每个传感器及其功能的描述。通常，针对病人眼睛(16)的闭合眼睑单独或一起放置传感器(10，12，14，15)。导线(18)将传感器(10，12，14，15)连接至远程监控器(20)，其可以将信号信息传输至经过训练的医师(22)用于评估。
视觉诱发电位传感器
如图1所示，本发明的视神经功能监控装置/方法至少包括视觉诱发电位(VEP)传感器(10)。然而，为了理解该传感器的结构和功能，在本发明中，需要理解视神经如何起作用。在该讨论中将参照图2所提供的眼睛的示意图。具体地，如图所示，对于人类来说，为了看见，必须以一定角度从物体反射光使其到达眼睛并被角膜和晶状体折射，然后在视网膜上投射图像。眼睛中晶状体的光学特性使得图像颠倒并反转物体(使其左右翻转)。其被投射到视网膜上。视野的右半边被投射到右视网膜的鼻侧以及左视网膜的双眼外侧。然后，信息被发送至左脑半球。该示意图针对视野的左半边进行反转。
视网膜本身包含两种类型的光感受器细胞。视杆细胞用于低光度视觉(诸如夜间视觉)，以及锥状细胞提供高视觉灵敏度和看见颜色的能力。在位于视网膜中区内的中央凹附近找到它们的最大密度。视网膜中区在视网膜内找到并专用于提供高视觉灵敏度。眼睛中的其他细胞包括感受细胞和双极细胞，它们将视觉信号传输至神经节细胞。杆状和锥状细胞连接至神经节细胞并处理关于落在视网膜上的图形的颜色和对比度的信息。动作电位是通过这些神经节细胞工作的发生器并提高高度处理的关于视觉图像的信息，其被传送至丘脑和脑干。
来自视网膜内表面的神经节细胞的轴突聚集然后离开视觉盘。这里，它们变得有髓鞘并形成视神经。然后，视神经纤维经过在蝶鞍前面找到的视交叉，其直接在大脑底部的多个腺之上。视觉纤维部分地在神经交叉处交叉。来自左和右鼻侧的纤维交叉。双眼外侧部分没有在神经交叉处交叉，但是保留在它们相同的原始侧。
一旦视觉纤维穿过神经交叉，它们就变为视束，并且它们继续到大量视觉纤维终止的外侧膝状体(LGB)。每个LGB都得到来自视网膜的表示对侧半边视野的地形图样的输入。来自视束的视觉输入以及来自视觉皮质和神经元的各种其他投影与上丘连接。上丘帮助眼睛移动，然后在两个方向上发送视觉输入，一个经由网状脊髓束(将信息中继到小脑)发送至脑桥，一个经由顶盖脊髓束发送至脊髓。这些纤维束响应于视觉刺激控制头和颈移动。
在上丘的喙(rostral)中找到顶盖前区。这是用于瞳孔反射的调解的重要位置。顶盖前区到达中脑的埃-韦二氏核。来自LGB的神经元形成创建膝距束(也被称为视辐射)的纤维。这些纤维到达枕叶的所有路线。
本发明意识到，VEP提供了极其强大的工具来监控这些复杂的神经结构的功能，它们提供对视觉路径的完整性的检查。换句话说，使用VEP，可以监控诸如视神经、交叉和皮质的神经结构是否承载电信号和这些信号中的任何改变以及如何承载电信号和这些信号中的任何改变。为了实时监控这些结构的功能，本发明提出了在眼睛周围放置至少两个LED或其他等效发光设备。这些设备是已知的并且任何现有技术的设备都可以被本发明使用(例如，参见Celsia，G.等人，American J.of EEG Tech.25：93-113(1985)和Erwin，C.W.American J.of EEG Tech.20：161-184(1980))，其全部内容结合于此作为参考)。提供一个LED以刺激视神经的鼻侧，另一个刺激视神经的双眼外侧。此外，必须在病人身上放置足够数量的信号接收电极，以允许监控响应于LED生成的刺激所生成的神经行为。使用这种传感器设计，可以监控眼睛中的两个关键结构(视神经和视觉皮质)的功能。在可选实施例中，还可以通过包括附加LED以刺激视网膜外围的整个表面(即，从鼻侧或双眼外侧)来监控视交叉的功能。
然而，虽然上面提供了要求对病人执行VEP监控的最小装置的基本描述，但在确定测量根据本发明使用的测量视觉诱发电位的适当方法的过程中还必须考虑多个不同的参数(例如包括刺激的类型、刺激的领域、刺激的速率)、哪些参数被监控和记录以及如何采取测量的细节。将在以下详细讨论这些参数的每一个。对于关于可根据本发明使用的标准VEP参数的附加信息，参见Odom，J.V.等人，Documenta Optha.，108：115-123(2004)，其全部内容结合于此作为参考。
刺激的类型
首先，为了完全地监控视神经的功能，本发明优选监控由两种不同类型的刺激所引起的两种不同类型的视觉诱发电位。在图3a和图3b中提供了这些刺激和相关波形的示意图。第一种类型的刺激是图样化刺激(图3a)，例如改变由明显定义的明和暗正方形组成的棋盘图样。此外还是用的是正弦波栅格图样，其具有暗条纹和在条纹之间的变化亮度(诸如具有明确的边界或随机点的条)。归因于图样的视觉诱发电位是刺激中的明和暗对比的密度的结果。第二种类型的刺激是闪烁视觉激发电位中所使用的散射光(图3b)。来自该刺激的视觉诱发电位起因于由眼睛感知的发光的变化。
对于刺激，对比边界应该是清楚且明确的。模糊的边界劣化视觉诱发电位图样。如果格尺寸(check size)太小，则刺激会减小并且反应时间增加。利用斑点光度计来测量图样化光刺激的亮度。测量明和暗元素，用图形表示平均数，这被称为平均亮度。以坎德拉每平方米(cd/m2)测量亮度。对比的深度为明和暗元素的亮度之间的差除以它们的和，表示为contrast＝Lmax-Lmin/Lmax+Lmin。这使得最大对比度为值1，以及最小对比度为值0。对于本发明，以最大和最小之间的0.5或3∶1比率设置的刺激的对比是优选的。
刺激的领域
尽管这些刺激可以以多种适当的方式应用于眼睛，但在一个优选实施例中，提供半侧视野刺激。为了理解“半侧视野”的含义，首先需要理解如何定义人的“视野”。当刺激图样延伸到固定点(例如，电视屏幕或棋盘图样中间的点或者图样中间的发光二极管)之外时，这被称为全视野刺激。半侧视野是感觉领域的两个半部中的一个，即，可以用双眼看到的每个半侧视野的部分。尽管存在多种方式来完成半侧视野刺激(它们中的任意一种都可以用于本发明)，但在一个优选实施例中，对右或左视觉固定点示出视觉刺激图样的一半，并且在使用整个刺激图样的另一个优选实施例中，固定点位于图样的左或右边缘中。
刺激的速率
根据刺激的速率，实验室中的典型视觉诱发电位由以2/秒的刺激速率反转的棋盘图样组成。较慢的刺激速率在视觉诱发电位中没有产生变化，而将刺激速率增加到4/秒可以增加瞬时视觉诱发电位的反应时间。同时，通常用每秒6或8次刺激的权重来看到不均匀的稳定状态响应。
记录参数
如上所述，视觉诱发电位中的刺激可以变化：然而，在用于记录的参数中，各种视觉诱发电位对于所有视觉诱发电位类型来说都是类似的。具体地，应该具有用于完全检查的四个通道，但是如何只测试视神经的交叉前部分，要求较少的通道。美国EEG学会准则推荐以下电极参数，其可以与本发明结合使用：
MO：中间线枕骨，枕外隆凸点上5cm；
MF：中间线额骨，鼻根上12cm；
RO：右枕骨，MO右侧5cm；以及
LO：左枕骨，MO左侧5cm。
使用这些电极，推荐以下用于图样反转视觉诱发电位的混合(montage)：
通道1：RO-MF；
通道2：MO-MF；
通道3：LO-MF；以及
通道4：MF-A1。
实际电极应该优选放置在中间线和旁边的枕骨区域中的头皮上。基准电极可以优选放置在耳垂、前额或中心头皮上。
测量参数
应该优选以0.2至1.0赫兹来设置低频滤波器，以及应该以200至300赫兹设置高频滤波器。如果高频滤波器被设置为100赫兹，则会增加峰值反应时间。
对于瞬时视觉诱发电位，分析周期对于正常成人来说为250毫秒，以及对于婴儿或处于任何年龄的异常延迟的视觉诱发电位来说达到500毫秒。在利用唤醒或警觉病人测试时间诱发电位之前，它们应该坐在安静房间中的舒适椅子上。需要向病人发出警报。病人的视觉灵敏度必须大于20/200，或者将会发生视觉诱发图样的改变。
在图4中再生了以2/秒的棋盘反转图样产生的典型的瞬时视觉诱发电位。如图所示，视觉诱发电位通常由N-75、P-100、N-145组成。波形开始于60至80毫秒处的小负值(N-75)，然后在90和110毫秒之间的反应时间处存在较大的正枕骨峰值，幅度大约为10μV(微伏)。该峰值在P-100处。N-145是P-100之后的负波。考虑到有效研究，视觉诱发电位应该至少记录两次，并且应该在2至3毫秒内复制。
使用根据本发明的上述方法，可以实时获得关于个人的视神经的功能的信息。然后，获得关于个人健康的信息。例如，已知许多失调会影响个人的视觉诱发电位。在下面的表1中提供了失调和可能影响的列表。
除确定视神经功能中的异常(如上所述，其可以使用视觉诱发电位来识别和诊断)之外，视觉诱发电位还可以用于识别和诊断更广种类的边界失调，如下表2所示。
在操作期间，如图1所示，在眼睛的上方应用诸如发光二极管设备的视觉诱发电位传感器。眼睛可以任意地“用胶布闭合”以确保传感器不会被病人移走。无论如何，如图5所示，刺激的强度足够穿过眼睑和带状物。具体地，上部跟踪时具有护目镜的双目镜，没有胶布，并且眼睛闭合。下部跟踪是用胶布使眼睛闭合的Transpore胶布。波形幅度和反应时间是可比较的，尽管好像是大约1.0至1.25毫秒的优势和非优势眼之间的反应时间的变化。尽管可以使用任何类型的视觉诱发电位传感器，但直接放置的眼睛上方的LED护目镜的使用具有产生非常大的刺激领域并使凝视方向改变的效果最小的优点。刺激通常通过闭合的眼睑发生。尽管可以使用多种不同的护目镜设计，但在优选实施例中，LED被放置在护目镜的中间，因为使LED侧向或平均放置将仅刺激鼻侧或双眼外侧中的一个。
尽管可以普遍使用上述参数和过程，但应该理解，必须基于病人的人口统计来进行一些修改。例如，Shaw等人表明，在亮度的较低等级处，在P-100的反应时间中在40以下的那些和40以上的那些之间存在显著的差别。在亮度的较高等级处，在P-100的反应时间中不存在显著增加(ShawN.A.等人，Electroencephalography and Clinical Neurophysiology，48：237-241(1980)，其全部内容结合于此作为参考)。在与老化相关联的视觉功能中存在多种变化，其成为P-100的反应时间的增加的基础。存在瞳孔直径的增加，晶状体不透明度的增加，这导致到达20和60岁年龄的视网膜的光量的基本线性的降低(Corso JF，Journal of Gerontology，26：90-105(1971)，其全部内容结合于此作为参考)。类似地，在中枢神经系统中记述了神经轴营养不良，开始于20并在50岁变得更加严重(Sung J.H.，Journal ofNeuropathology and Experimental Neurology，23：567-583(1964)，其全部内容结合于此作为参考)。在第五个十年中还存在纹状皮质中神经元的明显损失(Brody H.，Journal of Comprehensive Neurology，102：511-566(1955)，其全部内容结合于此作为参考)。
此外，存在更加微妙的变化，诸如树突的损失和神经传递素功能的变化(Samorajski T.，American Geriatric Society，25：337-348(1977)和ScheibelM.E.等人，“Structural Changes in the Aging Central Nervous System”，Ravencrest，New York，1975：11-37，其全部内容结合于此作为参考)。存在增加的突触延迟，这会导致与增加年龄相关的增加反应时间(Wayner MJ，Emers R，American Journal of Physiology，194：403-405(1958)，其全部内容结合于此作为参考)。简而言之，重要的是在查看视觉诱发电位时考虑神经学诊断、考虑对象的年龄以及考虑所使用亮度的等级(对于更详细的讨论，参见上述参考文献以及Allison T.等人，Electroencephalography andClinical Neurophysiology，58：14-24(1984)；Erwin C.W.，American Journalof EEG Technology，20：161-184(1980)；Gilman S.等人，“Essential of ClinicalNeuroanatomy and Neurophysiology”，1996，FA Davis Company，Philadelphia；Skrandies W.Neuro.Report，10：249-253(1999)；以及WealeR.A.，Trans.Opthal.Soc.UK，95：36-38(1975)，它们的全部内容结合于此作为参考)。
眼压传感器
如图1所示，本发明的方法/装置可以使用的另一任选传感器是眼压(IP)传感器(12)。与VEP传感器类似，眼压传感器相对于病人的闭合和/或胶布眼睑放置并连接至外部监控器。例如，可以使用任何适合于监控眼压的压力传感器，诸如眼压计(例如，参见Amm M.等人，Ophthalmologe.102(1)：70-6(2005)，其全部内容结合于此作为参考)。
如上所述，在本发明的一个实施例中，经由眼压计测量IOP。存在许多不同类型的可以被本发明使用的眼压测量技术，诸如压平眼压测量法、Goldmann眼压测量法、动态轮廓眼压测量法、眼睑式眼压测量法、非接触眼压测量法、压陷眼压测量法、回弹式眼压测量法、压凹式眼压测量法和Perkins眼压测量法。然而，在一个优选实施例中，本发明使用张力眼压测量法，其通过眼睑式眼压计测量通过眼睑的眼压。张力眼压测量法不要求与角膜接触，因此不要求设备的消毒和局部麻醉，并且传染的危险非常小(例如，参见Davidson R.S.等人，ASCRS/ASOA，Poster # P-130(2007)；Theodore H.Curtis等人，ASCRS/ASOA，Poster # P-128(2007)；Lam A.K.等人，Ophthalmic Physiol Opt.25(3)：205-10.(2005)；Henry D.Perry，Eyeworld Magazine(2006)；Nesterov A.P.等人，Vestn Oftalmol.119(1)：3-5(2003)；Sandner D.等人，Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol.243(6)：563-9(2005))；以及Troost A等人，Br J Ophthalmol，89(3)：280-3(2005)，它们的全部内容结合于此作为参考)。
尽管对于本发明的装置/方法的视神经功能的操作来说不重要，但优选地还监控眼压，因为眼压的增加会通知潜在严重的失调(例如，参见美国专利第7,314,454号，其全部内容结合于此作为参考)。例如，即使在保持正常平均动脉压力的情况下，已知增加眼压来减小眼灌注压。此外，向视神经提供减小的眼灌注(或减少充氧血)可以最终压迫神经，导致大幅损伤，诸如后部缺血性神经病变。
此外，眼压的大幅变化是麻醉的普遍副作用，尤其在病人长时间保持卧姿。例如，在唤醒志愿者的研究中，在Cheng在2001年的论文中，眼压从坐姿的13.5毫秒汞柱加上或减去2.01增加到卧姿的20毫米汞柱加上或减去3.27(Cheng M.D.等人，Anesthesiology，95：6 1351-1355(2001)，其全部内容结合于此作为参考)。其他研究已经表明随着时间的流逝，眼压增加。在四小时之后其增加100％。这可以归因于多种问题。例如，卧姿增加了腹腔压力、中枢神经压力、峰值吸入压力和眼压。已经示出在仰卧处于头低脚高位的麻醉病人中眼压增加，并且在唤醒反向志愿者的研究中，存在眼压随时间的显著增加。用于这种增加的机制可以关于较高的上巩膜静脉压。轻微的头部中立或头高位可以消弱卧姿眼压的可观察增加。然而，在病人的位置之外，增加的动脉二氧化碳张力可以产生眼压的增加，Hvidberg在1981年进行了论证。增加的眼压还可以关于观察到的正外科手术进行时的液体平衡。在Brucculeri在1999年进行的实验中，对健康志愿者给出剧烈的饮水负荷(14ml/千克)，并且眼压增加。Martin在1999年论证，运动引发的脱水减小了眼压。在透析期间增加的血清摩尔渗透压浓度增加了具有肾衰竭的病人的眼压(参见，Taware(2000)，其公开内容结合于此作为参考)。在Evans在1991年进行的另一研究中，发现严重烧伤的病人由于与大量静脉内液体相关的极端眼窝充血而具有大大提升的眼压(在37.2至81.7毫米汞柱的范围内)。
确实，中心静脉压(CVP)的平滑上升已经表明对增加的眼压起到作用(例如，参见Kamming D.等人，British Journal of Anesthesia，95：257-260(2005)，其全部内容结合于此作为参考)。尽管不被理论所限制，但我们相信其通过头低位病人增加的静脉血回流和静脉流出的阻碍(诸如根治性颈外科手术中血管的绑扎)来增加。后部视神经中的血液流动容易受增加的动脉压力的影响，因为对后部视神经的动脉供应源自来自周围软膜的小端动脉。确实，存在在双边颈静脉结扎的根治性颈手术之后与增加的动脉和颅内压力相关联的病人中发生缺血性神经病变的情况报道。将头部从一侧转向另一侧可以限制静脉流出。如果由于在俯卧麻醉期间手术台上的较差定位而对腹部存在直接压力，则可以增加中心静脉压力。在被正确定位且具有6至13毫米汞柱的中心静脉压的病人中，这可以不被看做是视神经损伤(诸如视觉损伤)的单个重要因素。然而，CVP读取可以不是必须反映球体内的静脉压力，并且即使通过普通的CVP读取，也可以存在头和颈的显著静脉充血。
简而言之，重要的是记得增加的眼压和伴随减小的眼睛血流量可以由多种因素引起，它们单独看起来不言之，但累积会增加病人的危险。此外，简单地监控静脉压力通常给出关于视神经的生理的不正确信息，因为不论正交平均动脉压力的保持，眼压的增加都可以降低眼睛灌注压。因此，眼压传感器(诸如在本发明中描述的眼压传感器)比其他类型的监控提供了更加精确的关于视神经的功能的压力的测量。
眼睛血流传感器
最后，另一个任选传感器可以与VEP组合使用，并且眼压传感器为血流传感器(14)，其与VEP和IOP传感器一样附接或定位在病人的闭合和/或胶布眼睑的表面附近。如上面参照IOP的讨论，在麻醉期间可置于视神经上的最严重压力中的一个为视神经的血流的减小或损失。尽管VEP和IOP传感器可以通过测量其他参数(诸如通过血流或灌注的改变所影响的神经功能和IOP)来间接地提供关于眼睛的血流的信息，对眼睛和视神经的血流的直接测量将提供该临界参数的更加确定的测量。
具体地，在本发明的一个实施例中，假设血流传感器可以测量向眼睛提供血液的脉络动脉的功能，并且在大多数优选实施例中，其可以测量血液向视神经本身的流动。即使脉络血流并不直接类似于中心视网膜动脉血流，但其提供视神经乳头和视神经头的灌注的基线评估。如此，除提供眼睛的功能和一般健康的简单测量之外，其还可以用于防止由医生治疗所引起的缺血性视神经病变。
尽管任何数量的间接方法可用于测量血流，但在优选实施例中，激光多普勒测速法或近红外光谱学可用于进行眼睛的血流的瞬时测量。激光多普勒测速法(LDV)是流体力学和研究者用于进行瞬时速率测量(液体流动的幅度和方向)的技术(为了全面描述，参见Durst F.等人“Principles andPractice of Laser Doppler Anemometry”，Academic Publishers，New York，1976以及Adrian R.J.Editor，Selected Papers on Laser Doppler Velocimetry，Spine Milestone Series，MS 7，8，Spie Optical Engineering Press，Bellingham，Washington，1993，它们的全部内容结合于此作为参考)。LDV利用激光的相干波特性的概念。相同波长的两个激光束的交叉产生图样。其产生建设性和破坏性的干扰图样。已知干扰图样为边纹图样，并且由高和低强度光的平面层组成。当位于流动中的微粒穿过由一对激光束的交叉所创建的边纹图样时进行速率测量。微粒在所有方向上散射光。然后，通过固定式检测器来收集散射光。散射光的频率进行多普勒频移并被称为流动的多普勒频率。该技术是无创的，并且可以传送与周围条件无关的测量。其测量三个方向的分量，并且其可以利用纤维光学的帮助接近任何流动区域。其具有自然对流到超声速的范围(动态范围)。
在一个这样的实施例中，用于根据本发明的LDV的激光源为具有10毫瓦功率的氦/氖(HeNe)或氩离子激光器。激光器相对于其他辐射波源具有优势，包括卓越的频率稳定性、小波束直径和高集中能量。激光器多普勒可以被配置为通过评估透明流场中带走的反射微粒的速率来用作流量计或风速计。在本发明中，LDV可以直接附接至眼睛或者安装在保护和支持眼睛的一组护目镜中，从而允许脉络血流的实时测量。
在另一实施例中，近红外光谱学可以用于监控眼睛的血流。光量子被不充分地电离，并且除非光被集中到使得灼伤皮肤的这种高程度，否则光辐射不是很危险。因此，Jobsis在1977年发现了光学方法的诊断潜力，其首先研究了近红外辐射的透射率测量，并标明其可以用于监控与氧相关的代谢物的程度(Jobsis F.F.，Science，198：1264-1268(1977)，其全部内容结合于此作为参考)。这导致了临床近红外光谱学的发展和越来越广泛的使用，其提供了在床附近监控脑功能的安全、无创装置而不使用放射性同位元素(Coke M.等人，“Medicine and Biological Engineering andComputing”，26：289-294(1988)，其全部内容结合于此作为参考)。确实，均匀的组织包含近红外光谱波长处的吸收光谱是明确的各种物质(包括氧络血红蛋白(HbO2)、去氧血红蛋白(Hb))，并且强烈结合至增加优势吸收波长的组织氧化和新陈代谢的组织将光谱研究限制为小于大约1000米。
因此，使用该技术，可以以无创方式量化组织氧化的改变，并且以作为微摩尔的单位量化去氧血红蛋白和氧络血红蛋白的浓度的改变恶意被用于研究血液动力学参数(诸如大脑血流)，因此评估眼睛中血管的流动(脉络血流)(Edwards A.D.等人，Lancet，770(1988)以及Wyatt J.S.等人，“EOR”，1086-1091(1990)，它们的全部内容结合于此作为参考)。如此，近红外光谱仪可以结合到位于眼睛附近的传感器带或护目镜中，以提供评估脉络系统和视神经头中的血流。
位置传感器
除监控关于眼睛和视神经的生理信息之外，如图1所示，在另一个优选实施例中，可以包括一个传感器以测量眼睛的位置和移动(15)。为了理解该传感器的潜在重要性，需要理解在典型的外科手术期间置于眼睛上的压力。当病人被麻醉时，病人的眼睛并胶布或缝合闭合并且保护设备置于其上，因为眼睛会睁开并且干燥而引发损伤。此外，在外科手术期间，病人通常被置于向下成角或向下面对位置。结果是病人的眼睛易受两种类型的损伤。首先，由于胶布和保护设备的存在，如果病人的头转动或相对于这些设备移动，则对眼睛会不利地施加外部压力。此外，如果病人被置于面向向下，重力会微小地将眼睛向下拉离眼眶。尽管这些直接或间接力相对较小，但神经的敏感和向视觉结构提供血液的血管的弱化会导致眼睛循环的下降，这又会导致对视神经或其他结构的损害。
本发明意识到，使用简单的压力传感器在外科手术期间监控眼睛的位置和移动可以向处理医师提供关于置于眼睛上的力的重要信息，并且允许医师减轻这些力(诸如通过重新定位病人)，防止它们达到危险的阈值。
根据本发明，可以使用任何适当的压力传感器，其能够将眼睛的移动转换为可被外部设备监控的电信号。在一个优选实施例中，压力传感器是固态MEMS压力传感器，其可以直接应用于病人的闭合眼睑。在美国专利第7,314,454号中描述了适当压力传感器的实例，其全部内容结合于此作为参考。
尽管上面的描述集中于包括被动眼睛为之和移动传感器的实施例，但应该理解，这种传感器可以任意地与主动反馈系统组合以通过主动地将眼睛的位置固定在其相对于眼眶的正确解剖位置来压制眼睛所能感觉到的力。图6中示意性示出的这种实施例结合有支持机构(24)，其可以被置于与眼睑(16)的外表面接触以将眼睛固定到解剖布置，并基于由位置传感器(15)提供的信号对眼睛应用适当的压力以确保维持该布置。根据本发明，可以使用任何适当的能够提供足以调整眼睛位置的支持机构和致动器，诸如气囊、液压滑套或机电致动器。此外，支持机构本身的结构可以采用适合于相对眼睑布置的任何形式，例如包括气泡、衬垫或轮廓杯。
在操作期间，来自位置/移动传感器(15)的信号被发送至信号处理器/控制器(26)，然后启动支持机构(24)以压制眼睛的移动，从而将眼睛保持在眼眶内适当的解剖布置中。在可选实施例中，主动支持机构(24)进一步设置有压力传感器(28)(诸如电压传感器)，其可以监控通过主动支持机构(24)施加给眼睛的压力。在这种实施例中，可以对控制器(26)编程安全阈值和限制，使得所施加的压力从不超过眼睛可以安全承受的等级。
传感器装置
尽管上面的描述集中于各个传感器的结构和操作，但应该理解，本发明的目的还在于提供用于在使用期间将传感器定位和保持在病人身上的位置的装置。尽管可以使用任何能够在使用期间将传感器放置和保持在接近病人闭合眼睛的正确位置的结构，但在优选实施例中，如图7所示，传感器被结合到一对护目镜(30)中。
尽管护目镜(30)可以采用多种不同的方式，但只有少数必须的元件。首先，如图7所示，护目镜应该具有能够覆盖双眼(34)的主体(32)，其足以将传感器(36)的封装结合到病人眼睛附近的位置。护目镜还结合有导线(38)或其他装置，其有线或无线地将来自传感器(36)的信号传输至可以将信号传送至医师的外部监控器(40)。
护目镜可以由任何适当的材料制成。优选地，护目镜是由外科手术级材料制成的可随便处理的一次性结构，以确保避免了病人之间的交叉感染的可能性。
参照在以下章节中详细描述的实例中所提供的本发明的实施例，可以更好地理解本发明的上述一般陈述。应该理解，这些实例只是用于本发明优选实施例的进一步详细描述，并且本发明的范围不被这些实施例所限制。
示例性实施例
如上所述，当处于改变意识状态时监控病人的视觉功能可以向医师提供关于病人自身不能交流时个体的精神和生理状态的重要信息。然而，除视觉监控的这种一般优点之外，其还可以向医师提供帮助他们进行诊断的生理信息，并且潜在地防止发生目前难以在病人重新获得意识之前进行检测的麻醉所引起的失调。
在以下章节描述使用本发明的视觉功能监控器可以诊断的失调的两个实例。
实例1：术后视力丧失(POVL)
术后视力丧失(POVL)是通常作为单个情形进行讨论的广义术语；然而，实际上有多种清醒落入该广义定义内，例如包括后部缺血性视神经病变(PION)、前部缺血性视神经病变(AION)和视网膜中央动脉阻塞(CRAO)。目前，存在关于何种因素在引起POVL的过程中起作用的大量争论。结果，还不知道用于实时监控和防止POVL的方法。在提供如何将本发明的装置/方法用于监控、诊断和潜在防止POVL的描述之前，重要的是理解落入该广义分类内的失调的光谱。
角膜擦伤和巩膜损伤
角膜擦伤是最常见的外科手术和一般的与麻醉相关的眼睛并发症(例如，参见Batra Y.K.等人，Anesthesia and Analgesia，56：363-365(1977)；Slocum H.C.等人，Surgery Gynecology and Obstetrics，86：729-732(1948)；以及White E.&Crose E.，Anesthesia，53：157-163(1988)，它们的全部内容结合于此作为参考)。损伤通常是兔眼症(眼睛的不完全闭合)的直接结果。一般的麻醉减少了眼泪形成和稳定性。如果眼睑没有覆盖角膜，则角膜会变得干燥，由此增加刺激、磨损或裂口的可能性。磨损之后增加了葡萄膜发炎和继发性感染。防止角膜擦伤的标准方法是眼睛的保护胶布。实际出现在文献中的一个可选方法是在病人的俯卧之前使缝合眼睑使其闭合(参见Cucchiara R.F.&Black S.，Anesthesiology，69：978-979(1988)，其全部内容结合于此作为参考)。
当手术后识别出角膜擦伤时，推荐眼科会诊，并且通常的处理为局部眼睛抗生(参见，Daughtery R.J.，Clinical Pediatrics，2002；41：630，其全部内容结合于此作为参考)。避免局部麻醉，因为它们将延迟角膜上皮形成并引发角膜炎。如果使用了麻醉剂，则如果病人摩擦麻醉的眼睛，会发生擦伤的扩展。尽管角膜擦伤相对来说是良性的，但存在源自擦伤的角膜溃疡会引起所涉及眼睛的部分或完全视力丧失的情况。
视网膜中央动脉阻塞
视网膜中央动脉阻塞(CRAO)是与卧姿和一般麻醉相关联的手术后失明的第二种最主要原因(Stambough J.R.等人，Journal of Spinal Disorders，5：363-365(1992)，其全部内容结合于此作为参考)。视网膜中央动脉阻塞被描述为视网膜中央动脉的打击。手术后的视网膜中央动脉阻塞通常由眼睛上的直接或间接压缩所引起，这增加了眼压、基部痉挛，或者来自颈动脉的斑的位移会进入视网膜中央动脉(黄铜色斑块)(Hollenhorst R.W.等人，Archives of Ophthalmoogy，52：819-839(1954)，其全部内容结合于此作为参考)。在手术期间，与源自卧姿的直接压力相关联地发生视网膜中央动脉阻塞。该诊断的特点是斑中心上的樱红色点。这在眼底镜检查中看到。Katz DA在2005年提出CROA是一般报道的显著头枕和直接眼窝压力的次要起因，其增加了眼压并减小了流过视网膜中央动脉的视网膜血流，产生头枕综合症状(Katz D.Z.等人，Spine，30：E83-E85(2005)，其全部内容结合于此作为参考)。
存在解剖变化，其趋向于视网膜中央动脉阻塞的发生，包括小鼻梁、眼球突出、小杯盘比、窄筛板或眼睛中的微血管异常。这还与成骨不全症相关联。视网膜中央动脉阻塞不疼痛，但是存在来自直接源的继发性发炎，即，巩膜和相关结构会水肿，这是外部压力的明显指示。眼压超过视网膜中央动脉的灌注压产生视网膜的局部缺血。大多数病人将具有单侧视觉丧失，通常导致永久黑朦。
源自视网膜中央动脉阻塞的失明总是不可逆的。然而，Takeuchi等人报道了与视网膜中央动脉阻塞相关的部分视力丧失用地塞米松、罂粟碱和配妥西菲林治疗的案例(West J.等人，British Journal of Ophthalmology，74：243-244(1990)，其全部内容结合于此作为参考)。在脊椎外科手术之后，在相关的CRAO中报道视网膜中央动脉阻塞。其总是在导致CRAO的主要病理生理异常后继发性地增加眼压和低流速(Bradish C.F.等人，Spine，12：193-194(1987)，其全部内容结合于此作为参考)。至此，对于视网膜中央动脉阻塞没有连续有效的治疗。
皮质盲
通过选择性地影响枕骨脑叶中的视觉皮质的单发性脑血管事故引起皮质盲。其通常与中枢神经系统的视觉皮质的栓子或灌注不足相关，诸如图8中提供的MRI所示(参见Drymalski W.G.，Postgraduate Medicine，67：149-156(1980)，其全部内容结合于此作为参考)。许多原因与该情形相关，包括心搏停止、严重低血压和空气栓塞。另一个报道的原因是具有延迟缺氧症和青紫症的困难插管。皮质盲中找到的特点是相关减小的视力的一般眼底镜检查和通孔反应对光的保持力。皮质盲通常是双边的。临床特征包括对危险姿势不能起反应、对视动刺激没有响应以及对光刺激的连续脑电图变化。病人呈现出安东综合症，由于视觉皮质局部缺血或梗塞失去视力的病人将拒绝失明的异常状况。这还被称为疾病失认症并且会与歇斯底里转化反应混淆。
图8所示的MRI图片表明具有临时皮质盲的病人的左枕骨脑叶中的梗塞。失明表现为在任意正确的全膝关节置换术之后集中、嗜睡和非特定视觉损伤的降低能力。在这种情况期间，没有观察到低血压或血液动力学变化与麻醉有关。随后，失明被认为是病人具有文献记载的心房中隔缺损的栓塞。在手术后的第二天注意到视觉损伤。眼科检查表明右眼的外象限和左眼的内象限中的偏盲。神经和脉管评估在颈动脉或栓塞源中没有发现斑。
其他异常还可以产生皮质盲，诸如颈脊切骨术期间处于坐姿的空气栓塞(Stevens W.R.等人，Spine，1997：22：1319-1324，其全部内容结合于此作为参考)。中央静脉导管置放术期间的空气栓塞与病人的快速反转或具有中隔缺损的小儿科病人组合会引起单边或双边同侧偏盲(损失双眼中相同侧上的一半视野)(参见Hoski J.J.等人，JBJS American 75：1231-1232(1993)；Jaben S.L.等人，Clinical neuroophthalmology，239-244(1983)；Wolfe S.W.等人，Spine，17：600-605(1992)；以及Yanagidate F.等人，Journal ofAnesthesia，17：211-212(2003)，它们的全部内容结合于此作为参考)。同侧偏盲作用就如同暂时性局部贫血一样。此外，瞬时偏盲可以认为是皮质盲的部分表现。已经在具有心脏缺损(诸如心房中隔缺损)的病人中报道了同侧偏盲。具有三维成像的手术期间心回波图可以提高心房中隔缺损的诊断和栓塞现象的可能性(参见Takahashi S.等人，Journal of Bone andJoint Surgery，British，85：90-94(2003)，其全部内容结合于此作为参考)。
缺血性视神经病变
缺血性视神经病变(ION)源自眼眶内视神经的梗塞。作为由手术期间血液动力扰乱所引起的氧气传送减少的结果而产生梗塞。当一起作用时，仿佛许多微妙的因素产生到达视神经的充氧血量的减少，导致后部缺血性视神经病变。
已经考虑了各种危险因素和因素的起因，包括低血压、增加的静脉压、头低手术位、增加的脑脊髓液压力、直接的眼部压力(在视网膜中央动脉阻塞中更加重要)和栓塞。此外，在具有并存病(诸如糖尿病、血压升高、脉管炎、超过50岁等)的病人中看到具有由较差自动调节所引起的较大危险的视神经和眼睛的灌注自动调节的损坏。确实，在手术期间后部缺血性视神经病变的大多数情况下，多于一个的血液动力参数被改变，表明由因素的组合而不是单一因素产生引起梗塞的机制。
看起来至少三种基础方式的血液动力扰乱导致传送至视神经的氧气减少。可以是动脉灌注压的减小和血流中阻碍的增加或者血液氧气承载能力的减小。当通过American Society of Anesthesiologists Postoperative VisualLoss Registry评估这些情况时，这些因素中的一些总是在形成后部缺血性视神经病变的病人中出现。在大多数情况中看到贫血和低血压的组合。手术期间的贫血和低血压会导致降低血液氧气承载能力并降低动脉灌注压。贫血可以由不正确的手术期间慢性贫血引起或者由于手术中血液流失和/或血液稀释。低血压可以由血容量不足引起或者可以故意地一些情况下引起以减少脊髓麻醉手术期间的血液流失。
即使在这些情况的许多情况中存在手术期间的贫血和低血压，但但这两个因素在许多外科手术的手术过程中是普遍的，尤其是脊髓麻醉手术、心肺分流术等。只有少数病人实际上发生后部缺血性视神经病变。该事实独自相对于作为发生该问题的排外因素的血液动力因素进行争辩。此外，Myers在1997年实际将在脊髓麻醉手术之后具有持续手术后视觉损失的病人与未受影响的控制组进行比较，并且非常清楚地表明在两组中不存在手术期间血细胞比容和血压的差别(Myers M.A.等人，Spine，22：1325-1329(1997)，其全部内容结合于此作为参考)。
增加的眼窝静脉压力会导致动脉灌注压的减小，并且可以在这种情形的发病机制中涉及。根治性颈部清除术的颈内静脉绑扎会引起头和颈中静脉压的快速和剧烈增加，这会导致大块的面部和眼窝浮肿(Balm A.J.，Journal of Laryngol Otol，104：154-156(1990)，其全部内容结合于此作为参考)。通常通过脊骨手术执行的头下位导致面部和眼窝浮肿，具有增加的静脉压，尤其在延长的手术之后或者与大体积的手术中补液相关联(Alexandrakis G.等人，American Journal of Ophthalmology，27：354-355(1999)，其全部内容结合于此作为参考)。卧姿会有助于源自于增加腹部静脉压的增加眼窝静脉压，尤其在超重的病人中。眼窝静脉压不容易被量化。眼窝的CT扫描大概表明扩张的眼上静脉和视神经周围的静脉丛的扩张以及眼窝定点的静脉充血，所以定位可以看作是具有手术期间的缺血性视神经病变的发病机制的起作用的因素。然而，存在没有处于卧姿的病人发生这种并发症的案例报道。根治性颈部清除术、与贫血相关的剖腹产术、肾切除术和心肺分流术。此外，相信这是起作用的因素，但不能说是绝对病因因素。
增加的脑脊髓液压力可以减小动脉灌注压并增加静脉压，压缩视神经脉管系统。缺乏该机制的直接测量。然而，在颈内静脉绑扎之后，脑脊髓液压力可以增加单边绑扎之后100％以及双边绑扎之后的300％(SchweizerO.等人，Annals of Surgery，136：948-956(1952)，其全部内容结合于此作为参考)。
保持视神经头的灌注的自动调整机制的机能障碍会导致血流的增加阻力。自动调整通过自主和血管活性物质调节血流的阻力来保持具有灌注压波动的恒定血流(Arnold A.C.，Journal of Neuroophthalmology，23：157-163(2003)，其全部内容结合于此作为参考)。适当的自动调整可以通过导致减小血流的动脉硬化病来改变。因此，具有动脉硬化病的经历减小灌注压的病人会处于发生手术期间缺血性视神经病变的较大风险。在一种研究中，具有手术期间后部缺血性视神经病变的28个病人中的20个具有一个或多个动脉硬化病的脉管危险因素(高血压、糖尿病、烟草使用、多胆固醇血、冠状动脉管病、充血性心力衰竭、心律失常或脑血管疾病)(SaddaS.R.等人，American Journal of Ophthalmology，132：743-750(2001)，其全部内容结合于此作为参考)。不幸地，在另一研究中，与控制组相比，在心肺分流术之后发生缺血性视神经病变的病人中没有发现多种动脉硬化致病因素的差别(除了具有临床严重血管病的那些病人，或者在没有限定临床严重血管病的情况下)(Nuttall G.A.等人，Anest Anal G，93：1410-1416(2001)，其全部内容结合于此作为参考)。
在病人利用面部支撑处于卧姿的脊椎麻醉手术中并发直接眼睛压缩。然而，直接眼睛压缩会趋于减小眼内灌注压，并且看起来与后部缺血性视神经病变相比与视网膜中央动脉阻塞增加相关。存在在不存在直接眼睛压缩并且头部完全自由的情况下，在Mayfield靠头物(Mayfield钉)中支持他们的头部的人中发生该缺血性视神经病变的大量案例。
最后，理论上认为栓塞会引起血流阻力的增加，但是没有证据支持发生在后部缺血性视神经病变中这种机制(Rizzo J.F.，American Journal ofOphthalmology，103：808-811(1987)，其全部内容结合于此作为参考)。此外，在具有后部缺血性视神经病变的病人的眼底镜检查中没有注意到栓塞，任何组织病理学检查也没有揭示栓塞现象。
手术期间缺血性视神经病变(ION)的案例研究还被混淆。具体地，Johnson在1987年、Marks在1990年以及Schobel在1995年在三个案例中报道了ION的组织病理学。Johnson等人在1987年报道了一个59岁的妇女在剖腹探查术之后发生后部缺血性视神经病变(PION)的临床病理案例，其中并发严重的手术中出血和低血压。她随后在视力丧失发作九天后死于败血症。在临床检查中发现轻微的视盘水肿，但是在尸体解剖中，眼球后视神经梗塞。
包含该案例是因为认为视盘水肿由视神经头的梗塞的接近所引起。尸体解剖中的肉眼神经病理检查表明双边对称梭形肿胀以及视神经的眼眶内部分的中央脑内出血的梗塞，在右侧更差。中枢神经系统的剩余部分是正常的，包括视网膜和颅内视力路径。使用连续切片，构件视神经的复合图。梗塞的部分纵向行进，并且双向地从眼球后延伸到微管内部分(intracanicular)。双向地阻碍紧邻的筛板后区域。梗塞通过先前提供神经外围以及后来进行加宽来主要影响更靠中心的轴部。在中部眼窝部分中，梗塞周向地延伸到外围，并在后部再次变窄，结束于视神经管。
Marks在1990年报道了67岁的老人患有双边后部缺血性视神经病变并在并发有手术中低血压和贫血的根治性颈部清除术的14天之后死于败血症的案例(Marks S.C.等人，Head and Neck，12：342-345(1990)，其全部内容结合于此作为参考)。大脑的尸体解剖检查表明脑梗死不涉及枕骨脑叶。没有一般化的脑水肿的指示。存在扩散局部缺血或分水岭区域梗塞。
随后，Nawa等人在1992年报道了该病人的视神经组织病理(Nawa Y.，Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，230：301-308(1992)，其全部内容结合于此作为参考)。肉眼检查表明视神经的眼窝内部分的远端和近端的出血性梗塞。眼内、微管内和头盖内部分是正常的。视神经的中央部分由于外围纤维的不足而梗塞。显微镜检查表明纤维脉管软膜隔膜的细胞结构、轻微出血、辉细胞(肿胀的巨噬细胞)、髓磷脂的渗透和损失。在旁中央的软膜脉管中找到少量的血栓块，但是没有观察到栓子。在眼睛中没有检测到异常。
最后，Schobel在1995年报道了48岁的男子在嘴的扁平细胞癌的双边颈部清除术之后发生双边后部缺血性视神经病变的临床案例(Schobel G.A.等人，Int J Oral Maxillofac Surg，24：283-287(1995)，其全部内容结合于此作为参考)。该手术并发有低血压和失血。6个月之后，病人左眼的部分视觉灵敏度具有强烈限制的视野。一年之后，病人死于一般化的转移瘤，并且在尸体解剖中没有脑梗死的证据。眼窝内视神经的组织病理表明右侧轴突的完全丧失以及左侧由于中央轴突的不足而引起的外围轴突的丧失。外围轴突的丧失看起来对应于受限的视野。
基于该组织病理，明显的是血液动力扰乱必须在缺血性视神经病变的起因中起到作用，但是所有个体易受影响的可能性是均等的。选择性地梗塞眼窝内视神经以及中枢神经系统的剩余部分免于损伤的事实表明，关于视神经有些是特有的，并且更易于受一些病人中的血液动力扰乱的影响。
具有多个关于视神经的血流供给的特有事实，其将参照图9进行讨论，现在相信视神经尤其易受这种血液动力扰乱的影响。首先，其以倾斜角度进入视神经，并且随着其进入硬脑膜和软脑膜的脑膜覆盖物，血管的组织配置发生变化。壁变得少“肌肉”，并且血管变得更加脆弱。已知硬脑膜过多并在视神经周围“膨胀”。在卧姿时，眼睛的重量和肌肉松弛会引起视神经上的牵引。在这种情况下，脆弱的视网膜中央动脉上的牵引会减小血管的直径并减少视神经的灌注。
当考虑组织病理时，存在对视神经的血液供给的两个独立系统。具有软膜丛，其环绕视神经的外围并穿透神经可变距离。软膜丛来源于由眼动脉所引起的侧副支。看起来在眼窝内视神经的外围向心系统和轴离心系统之间的多个吻合中存在显著的解剖变化，因为在两个系统之间没有吻合，这可以是神经的该部分更易受攻击的原因(Awai T.，Jpn J Ophthalmol，29：79-98(1985)，其全部内容结合于此作为参考)。
泊肃叶定律规定“血流的阻力与血管的半径的四次方成反比以及与血液粘度和血管的长度成正比”。这是视神经头的灌注的自动调整被扰乱的机制。如以下进一步讨论的，其他因素中的一个是该情形看起来与长过程、大量失血以及用与胶质相反的晶体或全血置换血液相关，可以是后部缺血性视神经病变这个谜的答案。在猫模型中看到从筛板前到视交叉的视神经中血流梯度的减小(Weinstein J.M.等人，Invest Ophthalmol Vis Sci，24：1559-1565(1983)，其全部内容结合于此作为参考)。这种梯度可使得神经更易受血液动力扰乱的影响。
还可以通过检查对视神经的老化结果进行的研究来找到用于将POVL链接至血液动力问题的轶事证据。然而，在检查研究的结果之前，重要的是理解视神经的解剖。如图10所示，视神经是由软脑膜、蛛网膜和硬脑膜包围的中枢神经系统纤维束，并且由含纤维的神经胶质隔膜被划分为捆。视网膜的中央动脉从神经头进入神经大约1cm(Hayreh S.S.，British Journalof Ophthalmology，47：651-662(1962)，其全部内容结合于此作为参考)。眼球附近的神经通过在中间包含中央动脉血管而与更接近的部分不同。在在截面上更大并且具有更广的结缔组织构成。硬脑膜壳内的动脉具有薄肌肉层和脑血管的内部弹性膜，而那些外部动脉具有包含更多肌肉和弹性组织的全身动脉的更强健结构，这使得视神经易受轴牵引损伤的影响(泊肃叶定律)。髓磷脂是中央类型，并且通过神经胶质少突神经胶质来贡献。其他神经胶质细胞是小神经胶质细胞和星形胶质细胞。神经纤维在筛状板处交叉并变得有髓鞘的与其接近。
Dolman在1980年分析了从出生到96岁的300个视神经，并比较神经的大小，计算截面的面积(Dolman C.L.等人，Archives of Ophthalmology，卷98，2053-2058(1980)，其全部内容结合于此作为参考)。利用千分尺测量软脑膜内的最长和最短直径。附图对于神经取平均，并且根据用于截面积的公式来计算截面积(截面积＝πR2)。看到神经在眼窝部分中为圆形，然后随着其进入颅腔而变成椭圆形。存在眼球后的放大，其大约比神经中点处大1/8。在下表3和表4中示出了截面直径，并且小于通过Sylvester和Ari计算的直径。然而，可以通过Dolman系列中的事实来解释这种差异，神经是部分的石蜡处理的干线(参见表1)。
该数据示出了视神经在刚出生时非常小，但是在第一年内快速增加，此后生长速率变慢。在12和15岁之间实现成人大小。此后大小保持恒定。Sylvester和Ari在1961年使用特殊的测量仪器并测量了30个未成熟和成熟幼儿以及180个其他病人(Sylvester P.E.等人，Journal of Neurology，Neurosurgery，and Psychiatry，24：45-59(1961)，其全部内容结合于此作为参考)。这些图表明在出生和3到4岁之间视神经的大小加倍，然后大小增加变慢。他们相信在12岁时保持成人大小。还可以在实验室鼠中看到这些解剖变化。在出生和5天之间截面直径只有很小的变化。最大变化发生在5和10天之间。在10和20天之间直径的变化非常小。在50天时实现鼠中成人视神经大小。
还可以进行关于视神经周围的结缔组织的观察。在下表4中进行了总结。
利用千分尺测量硬脑膜和软脑膜的厚度。硬脑膜在第一年期间的厚度加倍，并且从该点开始到成年状态再次加倍。软脑膜在出生时比较细，一年后加倍，然后逐渐变强。分割视神经的隔膜是软脑膜的延伸并达到神物质中。筛板在弹性纤维中非常丰富。在儿童和生命的最初时期，利用多于百万个的轴突密集地包裹视神经(Hughes A.等人，Journal of CompNeurology，169：171-184(1976)，其全部内容结合于此作为参考)。
Oppel在1963年在30岁男子的视神经中计算出1,186,172个有髓神经；21,351个比较大，69,984个处于中等大小，以及1,094,837个比较小(OppelO.，Albrecht Von Graefes Arch Klin Exp Ophthalmol，166：18-27(1963)，其全部内容结合于此作为参考)。从60岁向前，许多神经显示出轴突密度的减小。Brabec在1977年报道在从46岁到80岁的个体中在筛状板的级别处在神经头中存在肿胀的轴突(Brabec F.，Albrecht Von Graefes Arch KlinExp Ophthalmol，200：231-236(1977)，其全部内容结合于此作为参考)。数量在老年人中增加。轴突的肿胀可以归因于局部缺血。老年人筛板级别处以及接近其的视神经尤其易于经受局部缺血损伤，因为通过睫状动脉的不足灌注(Hayreh S.S.，AMALRICP，Editor of Proceedings of the InternationalSymposium on Flurescein and Geography，Albi，1969，Switzerland；S KargerAG，510-530(1971)，它们的全部内容结合于此作为参考)。
青光眼对视神经的眼球后部分的局部缺血存在影响，并引起显著的轴突肿胀(Lampert P.W.等人，Invest Ophthalmol，7：199-213(1968)，其全部内容结合于此作为参考)。Dolman在1980年证明血管变性、细动脉的玻璃样变性、内膜纤维化和小动脉的弹性组织变性在它们的系列中很普通，并且总是与血管病的历史和解剖相关(Dolman C.L.等人，Archives ofOphthalmology，卷98，2053-2058(1980)，其全部内容结合于此作为参考)。300个对象中的30个具有病灶疤痕，具有轴突星形细胞性胶质增生的完全丧失和隔膜的显著加厚。所有这些病人都具有一般化的动脉硬化。
类似地，施纳贝尔海绵体变性对多种成因有影响，尤其是青光眼和血管病(Henkind，1976，Lampert，1968，Virchow K，1972(cited)，“Anatomyand Pathology of the Optic Nerve Head in Glaucoma”，Trans-Am AcadOphthalmol Otolaryngol，81：192-196(1976)，其全部内容结合于此作为参考)。海绵体变性涉及开始于筛状板并对于5毫米的距离向后突出的神经的界面部分。那之外的部分示出了路径变性。
此外，随着年龄的增加，覆盖和交叉视神经的含纤维组织变宽变粗糙，并且弹性组织加倍。最终，神经包装在柔脑膜和褶皱的硬脑膜的套中。被神经纤维和神经占用的区域上的含纤维隔膜侵蚀保持相同大小。纤维捆随着年龄的增加变得稀薄。Horgan和Zimmerman在1962年提出阻碍营养从血管到轴突扩散的隔膜的纤维组织的浓缩，并由此引起轴突损耗(HorganM.J.等人，Zimmerman LE，“The optic Nerve in Ophthalmic Pathology，SecondEdition”，Philadelphia，WB Saunders Company，1962；577-580，其全部内容结合于此作为参考)。然而，Dolman等人没有看到隔膜的宽度与纤维捆内轴突的密度之间的直接关系(Dolman C.L.等人，Archives ofOphthalmology，卷98，2053-2058(1980)，其全部内容结合于此作为参考)。他们假定基于指向由该区域中的轴突维持的局部损伤的神经头处膨胀轴突的频繁出现的可选解释。Brabec在1977年假定对该级别处的轴浆流的阻碍(Brabec F.，Albrecht Von Graefes Arch Klin Exp Ophthalmol，200：231-236(1977)，其全部内容结合于此作为参考)。Wirtschafer在1977年试验视神经的最接近绑扎在神经头中停止轴浆流并产生填充有细胞器官的轴突膨胀。在一个人中，该特定区域中轴突的膨胀可以归因于通过青光眼或简单的年老而引起的由通过分水岭区域中的老化巩膜血管的错误灌注所引起的轴突缺氧损伤(Wirtschafer J.D.等人，Invest Ophthalmol，16：537-541(1977)，其全部内容结合于此作为参考)。对于附加信息，参见以下附加参考(ArmalyM.F.等人，Invest Ophthalmol，14：475-479(1975)；Birchow K.，cited by AustinJ.H.，“Corpora Amylacea”in Minckler J，Editor，Pathology of the NervousSystem，New York，1972，卷III：2961-2968；以及Hayreh S.S.，“ThePathogenesis of Optic Nerve Lesions in Glaucoma”，Trans-Am AcadOphthalmol Otolaryngol，81：197-213(1976)，它们的全部内容结合于此作为参考)。
所涉及的外科手术
简而言之，对所涉及的许多生理条件的ION失调进行了大量研究(例如，参见Chutkow J.G.等人，Mayo Clin Proc，48：713-717(1973)；HarrisA.等人，Ophthalmol，116：1491-1495(1998)；Hayreh S.S.，Indian Journalof Ophthalmology，48：171-194(2000)；Johnson M.W.等人，Ophthalmology，94：1577-1584(1987)；Lee L.A.等人，Anesthesiology，95：793-795(2001)；Orgul S.等人，Surv Ophthalmol 43，Supplemental 1，S 17-S26(1999)；RothS.等人，“Injuries to the Visual System and Other Sense Organs in Saidman L，Editor”，Anesthesia and Perioperative Complications，Editor Two，St.Louis，Mosby，1999；Sugarbaker E.等人，Cancer，4：242-250(1951)；以及TobinH.A.，Laryngoscope，82：817-820(1972)，它们的全部内容结合于此作为参考)。此外，已知手术期间视力丧失发生在以下情况中，诸如心肺分流术、存在大量失血的肾脏手术、头和颈手术以及神经外科手术。然而，由于外科手术似乎引起术后视力丧失的极大风险(例如，参见Huber J.F.等人，Spine，23：1807-1809(1998)和Katz D.A.等人，Spine，30：E83-E85(2005)，它们的全部内容结合于此作为参考)。脊骨外科手术后视力丧失的风险是眼科手术后视力丧失的风险的10倍。报道并发症与仰卧和侧卧位相关，但是通过俯卧脊骨手术过程增加了10倍的眼部损伤。确实，在1948年，Slocum报道了在脊骨手术期间由卧姿所引起的失明的第一个案例(Slocum H.C.等人，Surgery Gynecology and Obstetrics，1948，86：729-732，其全部内容结合于此作为参考)。在该案例中，通过头在Bailey靠头物上的错位引起失明(Myers M.A.等人，Spine，22：1325-1329(1997)，其全部内容结合于此作为参考)。在1954年，Hollenhorst等人报道了由Mayfield U形靠头物的卧姿所引起的失明(Hollenhorst R.W.等人，Archives of Ophthalmology，52：819-830(1954)，其全部内容结合于此作为参考)。这些作者表明了他们的观点，增加的眼压是导致视力丧失的主要病理生理异常。他们认为问题由来自U形靠头物的框周压力所引起。他们继续评估具有视力丧失的198个病人，这被描述为“间隔出血(distant hemorrhage)”。他们建立了作为关键病因的灌注不足的相关性。
不管存在眼科并发症与各种手术过程和位置相关联的长期和增长量的证据的事实，在关于手术期间视力丧失的事件的数据中存在一些显著的冲突。例如，Roth等人检查了经受用于非眼科手术的一般麻醉的60,965个连续病人，发现没有病人存在术后视力丧失(Roth S.等人，Anesthesiology，1996，85：1020-7，其全部内容结合于此作为参考)。Stephens在9年内检查了3,450个脊骨手术，并且发现只有三个病人具有术后视力丧失，发生比率为0.087％(Stephens W.R.等人，Spine，22：1319-24，1997，其全部内容结合于此作为参考)。Balm等人评估了1,200个颈部手术，发现只有一个病人(0.08％)在术后期间内具有视力丧失(Balm A.J.等人，J.Laryngol.Otol.14：154-6，1990，其全部内容结合于此作为参考)。类似地，Maran在1989年分析了他19年根治性颈外科手术的经验，报道了没有病人具有视力丧失(Maran A.G.等人，J.Laryngol.Otol.103：760-4，1989，其全部内容结合于此作为参考)。不管这些表现出的低事故率，Scoliosis Research Society近来的手术表明，对于每100个脊骨手术发生1例眼部并发症。缺血性神经病变是第二种作为失明起因的青光眼的原因。事故率在0.01％至1％之间变化(例如，参见Roth S.等人；Warner ME，2001；Williams EL，1995；KumarN，2004)。然而，其他研究表明，事故率可能高达4.5％(参见Shaw P.J.等人，“Neuroophthalmological Complications of Coronary Artery Bypass GraftSurgery”，ActiNeural Scan-D 76：1-7(1987)，其全部内容结合于此作为参考)。
由于以下的报道，确认发生率可以较低。由于在1999年建立了American Society of Anesthesiologists Postoperative Visual Loss Registry，所以越来越意识到且越来越多地报道该并发症，其实际上比先前预测的更普遍。通常，至今收集的数据的强度非常弱，因为对该并发症的发生率存在非常大的差异。然而，截至2005年6月的最后一天，与脊骨外科手术有关的93例手术期间视力丧失已经进入了American Society of AnesthesiologistsPostoperative Visual Loss Registry。它们构成了131例总数中的72％。根据这些结果，清楚地看到俯卧脊骨手术室与术后视方丧失相关的最普通的影响。案例的分析表明，缺血性视神经病变93个脊骨案例89％的视力丧失的原因。56个案例被诊断为后部缺血性视神经病变，以及19个被诊断为前部缺血性视神经病变。8个案例被诊断为未指定的缺血性视神经病变。在下表5中总结了结果。
在具有缺血性视神经病变的83个脊骨手术案例的统计分析中，男性的比例远远大于女性(72％的男性，28％的女性)。平均年龄为50岁加或减14岁，范围在16至73岁之间。大多数病人被认为是相对健康，64％的病人在American Society of Anesthesiologists Postoperative Visual Loss Registry中归为级别I或级别II，以及96％的病人经受可选择的外科手术。同时存在的疾病包括高血压、糖尿病、烟草使用、冠状动脉管病、脑血管疾病、胆固醇或脂质升高和肥胖)。在所有案例的82％中存在这些因素中的至少一个。在41％的高血压病人中，13个用β-受体阻滞药治疗，11个使用血管紧张素转化酶抑制药，11个使用钙通道阻滞药，11个使用利尿剂，以及5个使用其他或未知的药物。注意，没有一个病人具有青光眼的术前历史。
除了两个在先脊骨手术，所有病人都针对部分手术处于俯卧。10个手术涉及水平仰卧(supine lateral)和俯卧，即，组合的前部和后部手术。一些病人被置于Wilson架上，一些置于Jackson台上，以及一些置于软胸滚上。最普遍使用的靠头物是泡沫垫，但是存在病人固定在Mayfield针和/或圆环/凝胶垫中。在51％的案例中，在手术期间常规地检查眼睛，并且通过麻醉师进行记录。
对于具有缺血性视神经病变的83个病人来说，66％记载了双边涉及总共138个受影响眼睛。术后报道视力丧失的中值发作时间为15小时，范围从0到术后的168小时。手术后机械通风2周的一个病人被报道在其除管之后的2天完全失明。
在43个病人中观察到术后立刻全部或部分眼睛睁开。在12个病人中观察到睁开一只或两只眼的能力，以及从28个病人的麻醉记录中缺少睁开眼睛的能力。
在一个案例中存在相关联的眼周损伤。在138个受影响眼睛的134个中视野受到限制。在138个受影响眼睛的64个(47个病人)中发生光感丧失的完全失明。
在所有缺血性视神经病变的67％中诊断出后部缺血性视神经病变。在23％的案例中诊断出前部缺血性视神经病变。在10％的案例中诊断出未指定的缺血性视神经病变。在缺血性视神经病变的42％中存在一定程度的视力恢复，尽管改善在临床上通常没有意义，即，病人可以告知明和暗之间的差别或者仅对手部移动具有感觉。后续眼科检查看起来在该研究组中不一致。其从初始检查到术后1至4年进行变化。
在病人具有视网膜中央动脉阻塞的脊骨手术案例中(标号10个病人)，平均年龄为46岁(加或减13岁)。在3个案例中使用U形靠头物，在2个案例中使用泡沫垫，以及在5个案例中使用混杂靠头物。与19％的缺血性视神经病变案例相比，在视网膜中央动脉阻塞到的任意案例中都没有使用Mayfield针。以30分钟的间隔到10小时期间只有一次，在10个案例中的6个中进行眼部检查。平均麻醉时间和平均失血在视网膜中央动脉阻塞案例中较小。在10个视网膜中央动脉阻塞案例的4个中利用预有准备的低血压。然而，没有双边视网膜中央动脉阻塞的案例，视网膜中央动脉阻塞和缺血性视神经病变族之间的视力恢复没有显著差别。与83个视网膜中央动脉阻塞案例中只有一个相比，在10个视网膜中央动脉阻塞案例的7个中记载了眼周损伤。这些包括减小的眶上感觉、眼肌瘫痪、角膜擦伤、上睑下垂和/或单边红斑的同侧调查结果(对于附加信息，例如参见Horan F.T.等人，Journal of Bone and Joint Surgery，British，87：158901590(2005)；Kumar R.N.等人，American Journal of Ophthalmology，138：889-91(2004)；以及Stambough J.L.等人，Journal of Spinal Disorders，363-365(1992)，它们的全部内容结合于此作为参考)。
致病因素
主席为Mark A.Warner(罗彻斯特的医学博士)的American Society ofAnesthesiologiests met的18个成员在200年2月公开了他们关于术后视力丧失的建议(American Society of Anesthesiologists Postoperative Visual LossRegistry，Analysis of 93 Spine Surgery Cases，Laurie，M.D.等人，Anesthesiology V，15，No.4，October 2006：652-659，其全部内容结合于此作为参考)。附录A是他们生成并经过他们的讨论所得到的数据表格。成员确认，术前贫血、脉管致病因素(诸如高血压、青光眼、颈动脉疾病、抽烟、肥胖和糖尿病)与手术期间的视力丧失相关联。此外还相关的是实质失血和延长的手术过程。
当超过6.5小时(范围在2至12小时)时，手术被认为延长。当实现估计血液体积的44.7％的点(范围在10至200％之间)时，它们还被认为是失血。他们进行关于血压管理、术中液体的管理、贫血的管理、血管加压的管理、病人监控和手术过程的建议。
在American Society of Anesthesiology在2005年的研究中，93个案例中的83个是缺血性视神经病变。更加可能的是男性多于女性(72％的男性，28％的女性)。平均年龄为50岁加或减14岁，范围在16至73岁之间。大多数病人被认为健康，ASA级别I或级别II，以及96％的病人经受可选择的外科手术。
如上所述，在4至53％的案例中存在包括高血压、糖尿病、烟草使用、冠状动脉管病、脑血管疾病、胆固醇或脂质升高和肥胖的共存疾病。在82％的案例中存在至少一种情形。在41％的高血压病人中，13个使用β-受体阻滞药，11个使用血管紧张素转化酶抑制药，11个使用钙通道阻滞药，11个使用利尿剂，以及5个使用其他药物。没有一个病人具有青光眼的术前历史。
在脊椎麻醉案例中，找到以下致病因素：
●具有缺血性视神经病变的89％的案例经受利用或不利用用于胸、腰或骶椎区域中的多于一个的脊椎等级的仪器进行联合的手术。
●1/3(39％)具有先前脊骨手术。
●所有病人对于部分手术过程为俯卧，除了两个具有前部脊骨手术过程，并且10个具有涉及仰卧或侧卧和卧姿的手术过程。
●大约1/3使用Wilsom架，1/3使用Jackson台，以及1/3使用软胸滚。最普遍使用的靠头物是泡沫垫、具有Mayfield靠头物的Mayfield针和圆环/凝胶垫。
●大多数案例(94％)的持续时间大于6小时以上。中值失血值为2.0升。范围在血液的0.1至25％之间；82％的案例具有1.0升以上的估计失血值。
●在30％的案例中使用随胶质变化的流体管理。在54％的案例中用细胞回收器置换血液。在57％的案例中使用压缩的红血球。在11％的案例中使用全血。
●在1/4的案例中，尿输出小于0.5ml/公斤。在6个案例中发生术后增加肌氨酸酐，以及在3个案例中发生横纹肌溶解。
●血压发生变化：在33％的案例中，最低的血压大于90毫米汞柱，20％具有80毫米汞柱以下的最低心脏收缩血压，6％的案例具有小于基线20％以下的最低平均动脉血压，以及34％的案例具有基线下方40％以上的心脏收缩血压。在27％的案例中利用预有准备的低血压。
总结
总之，提出了后部视神经中的血流易受增加的静脉压的影响，因为对后部视神经的动脉供应源自于周围软膜的小端血管。存在在颈静脉绑扎的根治性颈外科手术之后与增加的静脉和颅内压力相关的病人中发生缺血性视神经病变的案例报道。在本发明中，据此得出结论，高静脉压和间质组织浮肿会危及视神经中的血流。
在与严重失血相关的一个病人中以及具有双边根治性颈部清除术的两个病人中的后部缺血性视神经病变的组织病理研究表明，中央出血梗塞从筛状板后的若干毫米直到视神经管前的若干毫米。这是通过小软膜血管所提供的区域。因此，尽管没有被理论束缚，但相信缺血性视神经病变可以由增加的静脉压和/或不可扩展空间(视神经头处的筛状板或骨质视神经管)内的间质液积聚引起。此外，由于静脉充血而引起的眼睛体积的增加会增加眼睛的牵引和集中，好像其“下垂”或向下倾斜。这又提供了灌注视神经的血管口径的下垂和改变，加重了视神经结构中分水岭维管联结。
本发明意识到，其是外科手术病人(尤其是脊骨外科手术病人)中缺血性视神经病变的可能起源的两种机制的组合。具体地，其应该认为：
●通常没有任何脉管损伤证据地发生ION。视神经脉管系统特有地易受俯卧的血液动力变化的影响。
●72％的案例是处于俯卧的脊骨手术。
●89％的案例与缺血性视神经病变相关并且相对健康。
●在96％的案例中存在1,000ml以上的估计失血以及持续6小时的手术。
如此，证明目前的技术不足以实时监控和诊断POVL的潜在案例。具体地，目前的标准没有提供监控视神经的功能和流入视神经的血液的灌注速率。确实，目前的方法仅要求总体上监控病人的液体和压力。然而，如上所述，视神经特有地在麻醉的情况下易受损伤，尤其在外科手术环境下。因此，允许通过VEP传感器监控视神经功能以及通过眼压传感器和血流传感器监控脉管功能的本发明将特有地允许实时监控和诊断POVL的主要致病因素。
更具体地，通过眼压和血流传感器向医师提供关于血流和眼睛内灌注的血液信息的实时信息，与通过VEP传感器监控视神经如何在神经方面起作用的能力相结合，本发明允许医师得到视神经的正在进行的功能和健康的清楚图片。在本发明的监控器检测到眼睛血流的减少以及视神经的神经功能的变化，将会向医师发出警报并提高充足的信息，来确定可以采取什么对策来防止视神经的可能损伤。
提出的测试过程
本发明提出了使用VEP来监控视觉功能。在本发明的操作中，包含发光二极管(LED)的护目镜将置于处于睡眠、昏迷或镇静状态的病人身上。LED将被编程为刺激病人中的VEP。如图10所示，电极(金cupsa、可随意使用的皮下针或粘性导线)将被置于病人的头上。简而言之，基准电极置于前额(鼻根上方12cm)并标为FPZ。接地电极置于头的顶部。有源电极置于中间枕骨(MO)头皮区域的头的背面。该MO电极与枕骨隆突距离5cm。在优选方法中，另一电极置于MO右侧5cm，以及另一电极置于MO左侧5cm。如图所示，这两个附加电极被标为左枕骨(LO)和右枕骨(RO)。
LED护目镜将被置于病人的眼睛上方，并使用由刺激生成的VEPS，P100皮质响应将被监控。P100的变化将被外科医生和麻醉师注意到并传送给外科医生和麻醉师。如所讨论的，正在进行处于俯卧或仰卧位的手术的病人会易受视觉损失和失明的风险。案例研究已经表明，在经受外科手术之后，病人抱怨一只眼或两只眼的视力干扰。这些损失可以持续几小时甚至几天以上。在病人进行麻醉的同时，如果皮质响应降低或减弱，利用该系统监控视力路径应该示出P100响应中的变化。这些变化将用于警告外科医生和麻醉师对使用的药物或液体进行必要的调整，或者对手术台上病人的头和身进行位置调整，或者考虑终止手术的可能性，以防止服务术后并发症的可能。
实例2：麻醉清醒
当病人没有足够的一般麻醉或止痛剂来防止有知觉时，在一般麻醉期间发生麻醉清醒或“无意识的术中清醒”。可以存在两种有意识的状态：
●清醒。当病人好像警醒并认知命令的响应但是没有事件的术后回忆或记忆时。
●记忆和回忆。当病人手术可以回忆事件但是没有足够用于响应命令的必要意识时。
麻醉清醒的大多数外伤案例是在手术期间完全意识到疼痛和手术中事件的清楚回忆。在少数严重案例中，病人可以仅具有会话、事件、疼痛、压力的较差记忆或者呼吸困难。具有麻醉清醒的病人经历差别很大，并且病人响应和后遗症的差别也很大。这种经历对于病人来说可以是及其损伤或者根本没有影响。确实，一些病人经历创伤后压力症(PTSD)，导致长时间的后效应，诸如恶梦、夜惊、幻觉重现、失眠，在一些情况下甚至自杀。
近年来已经进行了努力来制造清醒监控器。典型地，这些监控器监控表示大脑皮层的电行为的EEG，其在清醒时是活动的胆识在麻醉(或自然睡眠)是时静默的。然而，这些系统都不是完美的。例如，它们对于年龄的极端(例如，婴儿、幼儿或老年人)是不可靠的。第二，特定的制剂(诸如一氧化二氮、克他命或氙)可以产生麻醉而不降低深度监控器的值。这是因为这些制剂的分子活动(NMDA受体对抗剂)不同于传统的制剂，并且它们将皮层EEG行为抑制得很小。第三，它们倾向于与其他生物电位(诸如EMG)或外部电信号(诸如透热疗法)相干扰。最后，因为皮层在所有时刻都是活动的，所以存在显著的背景。这意味着还不存在对每个病人和每种麻醉可靠地监控麻醉的深度的技术。
已知在麻醉期间，所使用的大量麻醉气体恶意影响VEP的幅度和反应时间。任何卤化制剂或氧化氮将增加反应时间并降低响应的幅度，有时会达到不再能够检测到响应。确实，一些研究已经表明可以通过若干因素来影响皮层响应的变化，包括麻醉制剂和外科刺激(Chi O.等人，Anesthesiology，67：827-830(1987)，其全部内容结合于此作为参考)。例如，Uhl等人已经证明，由于麻醉而引起反应时间和幅度的变化。他们证明氟烷延长了P100反应时间(Uhl R.R.等人，Anesthesiology，53：273-276(1980)，其全部内容结合于此作为参考)。类似地，Burchiel等人表明在安氟醚的高浓度(2.5-3.7％)下增加VEP的幅度(Burchiel K.J.等人，Electroencephalo.Clin.Neurophysiol.，39：434(1975)，其全部内容结合于此作为参考)。Chi等人还表明，氧化氮麻醉剂轻微地增加了VEP的反应时间，幅度没有明显变化(例如，参见在图11中进行的时间推移测量，示出了随着病人处于麻醉状态下尖峰数量的减少)。
因为P100皮层响应对于监控器来说最大且最一致，所以提出根据本发明，使用本文描述的视觉功能监控器可以用于根据VEP测量P100皮层响应以确定麻醉下病人的清醒，并警示麻醉师需要对麻醉的浓度级别进行改变。尽管在各个病人之间存在P100反应时间、幅度和形态的变化，但提出在外科手术期间，可以在进行麻醉之前测量每个病人的P100以获得控制等级。此外，监控视觉路径将提供比一般的大脑皮层行为更加精确的清醒测量，这是因为皮层根据病人控制可以被麻醉影响或不影响的多种不同的功能，而视觉功能非常均匀地被意识丧失所影响。
总之，使用本发明的监控器，可以实时监控麻醉下的清醒，并且警报信号应该表示病人清醒的变化，从而允许麻醉师有机会进行麻醉剂浓度的调整。
实例3：VEP曲线分析
在本发明的另一实施例中，提出了视神经功能的更加复杂的测量。在该实施例中，根据新技术不仅分析尖峰而且分析病人的VEP的整个波形，以确定视神经功能中的微妙偏移以及通过代理确定病人的清醒级别或POVL的危险。将参照图12讨论该技术，其提供了正常闪烁VEP的曲线图。
在现有技术的研究中，使用VEP来检查病人麻醉的效果，仅检查尖峰的位置和大小(例如，参见Freye E.，Cerebral Monitoring In The OperatingRoom And The Intensive Care Unit，Reprinted from J.Clinical Monitoring andComputing，9：1-2(205)，其全部内容结合于此作为参考)。然而，如图12所示，VEP曲线可以分为许多不同的部分，如下进行定义。
●反应时间1(TL 1)：在这里定义为刺激开始(t0)与第二诱发电位(EVP2)P2(P2，μV)的绝对幅度(给定为t1(ms))之间的毫秒(ms)级的时间间隔。
●诱发电位2(EVP2)：在这里定义为t0处的适应光刺激之后的第二和最大的最大视觉诱发电位。
●P2：在这里定义为EVP2的上坡(upslope)的最大值(对应于微伏(μV)的点)与EVP2的最低点(N3)之间的垂直距离，其测量值为P2(μV)减去N3(μV)，即，μV为单位的P2-N3。
●N3：定义为EVP2的下坡的最低点(μV)。
●EVP2的尖峰向前上坡(δ(EVP2)/δtmax)：在这里定义为最大上坡或EVP2的尖峰时间导数(δ/δt)，根据以下等式，通过将时间间隔t2(ms)处上坡基线上方15％的线外推到时间间隔t3(ms)处该上坡的P2下方10％的点以及将15％和10％点之间以μV为单位的的幅度除以以ms为单位的分离所述界标的时间间隔(t3减去t2)来得到。
        δ〔EVP2〕/δtmax＝μV/ms      (等式1)
●EVP2的平均斜率(δ(EVP2)/δtmean)：在这里定义为P2和发生在EVP2的上坡开始与P2(t4)之间的时间间隔的商，所述间隔发生在N2之后，即VEP开始处的时间点为t4，所述时间间隔为TL1(ms)减去t4(ms)(即，TL1-t4)，或者可选地，t1减去t4(t1-t4)的时间间隔，所述间隔为达峰时间(TTP)或从t4到t1的上升时间，因此平均斜率为P2除以TTP(即，P2/TTP)，或者可选地P2/Δt，单位为μV/ms。
●清醒指数(AI)：在这里定义为有量纲或无量纲的线性或非线性函数，其近似于VEP的皮层枕骨脑叶电行为和视神经传导的等级。AI可用于确定一般麻醉的深度、麻醉下的清醒以及防止视神经机能障碍和失明，即，通过后部缺血性视神经病变(PION)引起失明。
通过观察曲线形状随时间的变化，可以获得关于视神经功能的信息以及麻醉对病人的影响。通过VEP曲线轮廓的特定特征和特征组合来发现其，可以获得关于视神经功能等级的更加存在细微差别的信息。本发明提出了用于分析这些曲线的多个不同的数学方法：
●在第一实施例中(Al-1)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-1＝P2/TL1 in〔μV/ms〕     (等式2)
●在第二实施例中(Al-2)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-2＝〔Al-1〕n in〔μV/ms〕  (等式3)
其中，n是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第三实施例中(Al-3)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-3＝〔P2〕x/〔TL1〕y in〔μV/ms〕  (等式4)
其中，x和y是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第四实施例中(Al-4)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-4＝〔Al-3〕n in〔μV/ms〕  (等式5)
其中，n是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第五实施例中(Al-5)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-5＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕/TL1 in〔μV/ms〕  (等式6)
●在第六实施例中(Al-6)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-6＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕x/〔TL1〕y in〔μV/ms〕  (等式7)
其中，x和y是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第七实施例中(Al-7)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-7＝Al-6n in〔μV/ms〕    (等式8)
其中，n是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第八实施例中(Al-8)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-8＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕/TL1 in〔μV/ms〕  (等式9)
●在第九实施例中(Al-9)，根据以下等式分析VEP曲线：
     Al-9＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕x/〔TL1〕y in〔μV/ms〕  (等式10)
其中，x和y是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十实施例中(Al-10)，根据以下等式分析VEP曲线：
Al-10＝〔δ〔EVP2〕/δtmean 〕x/〔t1 y/P2z〕m in〔μV/ms 〕  (等式11)
其中，x、y、z和m是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十一实施例中(Al-11)，根据以下等式分析VEP曲线：
    Al-11＝Al-10n in〔μV/ms 〕    (等式12)
其中，n是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十二实施例中(Al-12)，根据以下等式分析VEP曲线：
    Al-12＝δ〔EVP2〕/δtmax/t1/P2 in〔μV2/ms2〕  (等式13)
●在第十三实施例中(Al-13)，根据以下等式分析VEP曲线：
    Al-13＝〔δ〔EVP2〕/δtmax〕x/t1 y/P2z in 〔μV2/ms2〕  (等式14)
其中，x、y和z是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十四实施例中(Al-14)，根据以下等式分析VEP曲线：
Al-14＝〔δ〔EVP2〕/δtmean〕x/〔t1 y/P2z〕m in〔μV2/ms2〕 (等式15)
其中，x、y、z和m是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十五实施例中(Al-15)，根据以下等式分析VEP曲线：
    Al-15＝Al-14n in〔μV/ms〕    (等式16)
其中，n是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十六实施例中(Al-16)，根据以下等式分析VEP曲线：
Al-16＝〔δ〔EVP2〕/δtmax 〕x/〔t1 y/P2z〕m in〔μV2/ms2〕 (等式17)
其中，x、y、z和m是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十七实施例中(Al-17)，根据以下等式分析VEP曲线：
    Al-17＝Al-16n in〔μV/ms〕    (等式18)
其中，n是0.333至3之间的指数，优选在0.5和2之间。
●在第十八实施例Al-18中，在麻醉和手术期间测量的每个等式(即，动态等式Al1-Al17)可以处以在开始研究时且在麻醉感应之前测量的定义为各个等式1至17的每一个的静态控制值CV，所述商的单位为无量纲的指数(Al-D)。因此，通过以下等式分析VEP曲线：
Al-D＝〔〔Al-1〕·〔Al-17〕〕/〔CV〔Al-1〕·CV〔Al-17〕〕 (等式19)
其中，Al-D是无量纲的，其中，各个Al-D组成方法的优选实施例。
在麻醉的同时，使用上述方法中的一个监控和分析病人的VEP曲线。首先，校准曲线。为了校准，可以在麻醉之前测量可以实现P2的绝对值(μV)，或者可选地，P2的校准值可以等于预定年龄处的P2。总之，通过监控由等式Al-1至Al-18产生的值，可以确定麻醉清醒或视神经损伤的级别，尤其针对视神经的后部(其是视神经最易受俯卧(脸朝下)或坐姿影响的部分)。
结论
总之，本发明的目的在于监控视觉功能的方法和装置。两个基本原理是：(1)针对神经系统功能监控VEP；以及(2)监控视觉功能的至少一个附加参数，诸如眼压、血流或眼睛的位置，以提供多变数的视觉功能监控器。提出本发明尤其可以用于在医学过程期间诊断和潜在地防止POVL的发生和病人的麻醉清醒。
虽然上面的描述包含本发明的具体实施例，但其不应该理解为对本发明范围的限制而仅仅是一个实施例的实例而已。因此，本发明的范围不应该通过所示实施例来确定，而是通过所附权利要求及其等效物来确定。

Claims (12)

1.一种视觉监控器，包括：
至少一个传感器带，具有被设计为可靠地附接至眼睑的外表面的内表面；
至少一个视觉功能传感器，定位在所述传感器带的内表面上，所述至少一个视觉功能传感器被设计为刺激和监控选自视神经、视交叉和视觉皮质组成的组中的眼睛的至少一个部分的视觉诱发电位VEP，并输出视觉功能信号；
处理器，用于评估所述视觉功能信号的波形；以及
监控器，与所述处理器进行信号通信，用于记录并将评估传输至用户；
通过参考VEP的以下特征，分析VEP的整个波形以计算清醒指数AI：
诱发电位2EVP2，定义为刺激开始处的适应光刺激之后的第二和最大的最大视觉诱发电位；
P2，定义为EVP2的上坡的最大值与EVP2的最低点N3之间的垂直距离；
反应时间1TL1，定义为刺激开始与第二诱发电位EVP2P2的绝对幅度之间的时间间隔；
EVP2的尖峰向前上坡δ(EVP2)/δtmax，定义为最大上坡或EVP2的尖峰时间导数δ/δt；
EVP2的平均斜率δ(EVP2)/δtmean，在这里定义为P2和发生在EVP2的上坡开始与P2之间的时间间隔的商，
其中清醒指数AI可以按照如下至少一个等式计算得到：
Al＝P2/TL1，还包括根据等式Al-2＝(Al)n来计算第二评估数Al-2；
Al＝(P2)x/(TL1)y，还包括根据等式Al-2＝(P2)x/(TL1)y来计算第二评估数Al-2，还包括根据等式Al-3＝(Al-2)n来计算第三评估数Al-3；
Al＝(δ(EVP2)/δtmax)/TL1；
Al＝(δ(EVP2)/δtmax)x/(TL1)y，还包括根据等式Al-2＝(Al)n来计算第二评估数Al-2；
Al＝(δ(EVP2)/δtmean)/TL1；
Al＝(δ(EVP2)/δtmean)x/(TL1)y；
Al＝(δ(EVP2)/δtmean)x/(t1 y/P2z)m，单位为μV/ms，还包括根据等式Al-2＝(Al)n来计算第二评估数Al-2；
Al＝δ(EVP2)/δtmax/t1/P2，单位为μV/ms；
AI＝(δ(EVP2)/δtmax)x/t1 y/P2z，单位为μV/ms；AI＝(δ(EVP2)/δtmean)x/(t1 y/P2z)m，单位为μV/ms，还包括根据等式Al-2＝(Al)n来计算第二评估数Al-2；
AI＝(δ(EVP2)/δtmax)x/(t1 y/P2z)m，单位为μV/ms，还包括根据等式Al-2＝(Al)n来计算第二评估数Al-2，
其中，m,n,x,y,z的值在0.333至3的范围内。
2.根据权利要求1所述的视觉监控器，其中，所述至少一个视觉功能传感器通过在视神经的鼻侧或双眼外侧的至少一个中产生视觉诱发电位来刺激所述眼睛。
3.根据权利要求2所述的视觉监控器，其中，所述至少一个视觉功能传感器是发光二极管。
4.根据权利要求1所述的视觉监控器，还包括压力传感器，定位在传感器带的内表面上，所述压力传感器被设计为监控所述眼睛的眼压并输出压力信号。
5.根据权利要求1所述的视觉监控器，还包括血流传感器，定位在传感器带的内表面上，所述血流传感器被设计为监控视网膜或视觉血流并输出血流信号。
6.根据权利要求1所述的视觉监控器，还包括：位置传感器，被设计为监控所述眼睛相对于眼眶的移动并输出眼睛位置信号。
7.根据权利要求6所述的视觉监控器，其中，所述位置传感器为压力换能器。
8.根据权利要求1所述的视觉监控器，还包括：用于每个输出信号的多个预编程的阈值，使得所述视觉监控器给出所述预编程的阈值应该达到的自动警报。
9.根据权利要求1所述的视觉监控器，其中，所述传感器带结合到眼睛覆盖物中。
10.根据权利要求9所述的视觉监控器，其中，所述眼睛覆盖物是一对护目镜。
11.根据权利要求1中任一项所述的视觉监控器，还包括：根据等式Al-D＝(Al)/CV(Al)来计算无量纲的评估指数Al-D，其中，CV是定义为在麻醉感应之前的时刻对病人测量的Al的值的静态控制值，还可以根据
等式Al-D＝(Al-2)/CV(Al-2)来计算无量纲的评估指数(Al-D)，其中，CV是定义为在麻醉感应之前的时刻对病人测量的Al-2的值的静态控制值，还可以根据Al-D＝(Al-3)/CV(Al-3)来计算无量纲的评估指数Al-D，其中，CV是定义为在麻醉感应之前的时刻对病人测量的Al-3的值的静态控制值。
12.根据权利要求1中任一项所述的视觉监控器，还包括：通过在进行麻醉之前测量清醒指数AI来校准清醒指数AI。
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