Blízká infračervená spektroskopie může poskytnout nákladově efektivní způsob, jak neinvazivně monitorovat intrakraniální tlak

Blízká infračervená spektroskopie může poskytnout nákladově efektivní způsob, jak neinvazivně monitorovat intrakraniální tlak

Zvýšení intrakraniálního tlaku (ICP) je nebezpečný stav, který může být způsoben mozkovým krvácením, mozkovým nádorem, mozkovým edémem, traumatickým poraněním mozku a hydrocefalem. Monitorování ICP je proto klíčovým aspektem péče o pacienty s těmito onemocněními. Kromě toho jsou měření ICP relevantní při odhadu cerebrálního perfuzního tlaku (CPP), což je indikátor cerebrální autoregulace (CA).

CPP je spojena s neuronální funkcí a neurovaskulárním spojením a CA definuje, jak mozek udržuje konstantní průtok krve. Vzhledem k těmto širokým důsledkům a aplikacím v klinickém rozhodování je přesné monitorování ICP důležitým nástrojem pro léčbu pacientů. Zatímco současné nástroje pro monitorování ICP jsou přesné, mohou způsobit krvácení nebo infekci a jsou časově náročné.

Přestože existují neinvazivní alternativy, mají svá omezení, jako je špatná generalizovatelnost, nízká prediktivní kapacita a nedostatek spolehlivosti. Jako slibná neinvazivní řešení se proto objevují difuzní korelační spektroskopie (DCS) a spektroskopie blízkého infračerveného záření (NIRS). NIRS má zejména několik výhod oproti jiným neinvazivním metodám: nízkou cenu, kompatibilitu u lůžka pro dlouhodobé a nepřetržité monitorování a nezávislost na uživateli.

V nové studii publikované v Neurophotonics vědci z Carnegie Mellon University (CMU) úspěšně použili zařízení NIRS k nepřetržitému sledování změn koncentrace hemoglobinu. Tým navázal na předchozí výzkum, ve kterém odhadl ICP z vlastností srdečních křivek měřených pomocí DCS a také identifikoval korelaci mezi relativními změnami v koncentraci oxyhemoglobinu a ICP. Ale jak by mohli měřit ICP pomocí dat NIRS? První autor studie, Filip Relander, vysvětluje: "Vyvinuli jsme a natrénovali regresní algoritmus náhodného lesa (RF) pro korelaci morfologie křivek srdečního pulsu získaných pomocí NIRS s intrakraniálním tlakem."

Aby ověřili svůj algoritmus, provedli předběžné testy v preklinickém modelu. Měřili fluktuace invazivního ICP a arteriálního krevního tlaku při profilování změn koncentrací hemoglobinu. Poté zkoumali výkon signálů odvozených z koncentrace hemoglobinu a CBF, aby důkladně prozkoumali přesnost jejich algoritmu.

Z pohledu proof-of-concept byly výsledky velmi slibné. Mezi ICP odhadnutým pomocí RF algoritmu a skutečným ICP naměřeným pomocí invazivních technik byla vysoká korelace.

Ověřením výsledků pomocí invazivních dat ICP jsme ukázali, že trénovaný RF algoritmus aplikovaný na srdeční křivky založené na NIRS lze použít k odhadu ICP s vysokou mírou přesnosti.

Jana Kainerstorfer, docentka biomedicínského inženýrství na CMU a hlavní autorka studie

Kromě toho výsledky ukázaly, že RF algoritmus dokáže interpretovat vlastnosti tvaru vlny extrahované z NIRS i DCS, což zdůrazňuje jeho použitelnost.

Parametry použité v algoritmu lze získat z měření NIRS v kombinaci s elektrokardiogramy a středním arteriálním krevním tlakem, které se pravidelně používají pro klinické hodnocení. Pokud tedy tato platforma založená na RF může poskytnout robustní měření ICP v následných studiích na lidech, její potenciál pro klinické použití by byl obrovský. Podle přidruženého editora Neurophotonics Ricksona C. Mesquita, profesora z University of Campinas, "Neinvazivní hodnocení ICP má velkou hodnotu pro monitorování pacientů v kritickém stavu, jako jsou pacienti na jednotce intenzivní péče. Budoucnost NIRS v této oblasti je vzrušující!"

Zdroj:

SPIE – Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku

Odkaz:

Relander, FAJ, a kol. (2022) Použití blízké infračervené spektroskopie a náhodného lesního regresoru k odhadu intrakraniálního tlaku. Neurofotonika. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.