Nær-infrarød spektroskopi kan give en omkostningseffektiv måde at overvåge intrakranielt tryk noninvasivt

Nær-infrarød spektroskopi kan give en omkostningseffektiv måde at overvåge intrakranielt tryk noninvasivt

En stigning i det intrakranielle tryk (ICP) er en farlig tilstand, der kan være forårsaget af hjerneblødning, en hjernetumor, cerebralt ødem, traumatisk hjerneskade og hydrocephalus. ICP-monitorering er derfor et centralt aspekt af patientbehandling hos patienter med disse sygdomme. Ydermere er ICP-målinger relevante ved estimering af cerebralt perfusionstryk (CPP), en indikator for cerebral autoregulering (CA).

CPP er forbundet med neuronal funktion og neurovaskulær kobling, og CA definerer, hvordan hjernen opretholder konstant blodgennemstrømning. I betragtning af disse brede implikationer og anvendelser i klinisk beslutningstagning er præcis ICP-monitorering et vigtigt værktøj til patienthåndtering. Mens de nuværende værktøjer til ICP-overvågning er nøjagtige, kan de forårsage blødning eller infektion og er tidskrævende.

Selvom der findes ikke-invasive alternativer, har de begrænsninger såsom dårlig generaliserbarhed, lav forudsigelseskapacitet og mangel på pålidelighed. Derfor dukker diffus korrelationsspektroskopi (DCS) og nær-infrarød spektroskopi (NIRS) frem som lovende ikke-invasive løsninger. Især har NIRS adskillige fordele i forhold til andre ikke-invasive metoder: lav pris, kompatibilitet ved sengekanten for langsigtet og kontinuerlig overvågning og brugeruafhængighed.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Neurophotonics brugte forskere ved Carnegie Mellon University (CMU) med succes en NIRS-enhed til løbende at overvåge ændringer i hæmoglobinkoncentrationen. Holdet byggede på tidligere forskning, hvor de estimerede ICP ud fra hjertebølgeformegenskaber målt med DCS og identificerede også sammenhængen mellem relative ændringer i oxyhæmoglobinkoncentration og ICP. Men hvordan kunne de måle ICP ved hjælp af NIRS-data? Studiets første forfatter, Filip Relander, forklarer: "Vi udviklede og trænede en tilfældig skov (RF) regressionsalgoritme til at korrelere morfologien af ​​hjertepulsbølgeformer opnået af NIRS med intrakranielt tryk."

For at validere deres algoritme gennemførte de foreløbige test i en præklinisk model. De målte fluktuationer i invasiv ICP og arterielt blodtryk, mens de profilerede ændringer i hæmoglobinkoncentrationer. De undersøgte derefter ydeevnen af ​​signaler afledt af hæmoglobinkoncentration og CBF for nøje at undersøge nøjagtigheden af ​​deres algoritme.

Fra et proof-of-concept-perspektiv var resultaterne meget lovende. Der var en høj korrelation mellem ICP estimeret ved hjælp af RF-algoritmen og den faktiske ICP målt ved hjælp af invasive teknikker.

Vi har vist, ved at validere resultaterne med invasive ICP-data, at den trænede RF-algoritme anvendt på NIRS-baserede hjertebølgeformer kan bruges til at estimere ICP med en høj grad af præcision."

Jana Kainerstorfer, lektor i biomedicinsk teknik ved CMU og seniorforfatter af undersøgelsen

Desuden viste resultaterne, at RF-algoritmen kunne fortolke bølgeformsegenskaber udtrukket fra både NIRS og DCS, hvilket fremhæver dens anvendelighed.

De anvendte parametre i algoritmen kan fås fra NIRS-målinger, kombineret med elektrokardiogrammer og middelarterielt blodtryk, som regelmæssigt bruges til klinisk evaluering. Derfor, hvis denne RF-baserede platform kan levere robuste ICP-målinger i efterfølgende menneskelige undersøgelser, ville dens potentiale for klinisk brug være enorm. Ifølge Neurophotonics Associate Editor Rickson C. Mesquita, professor ved University of Campinas, "Ikke-invasiv vurdering af ICP er af stor værdi for overvågning af patienter i kritisk tilstand, såsom patienter på intensiv behandling. Fremtiden for NIRS på dette område er spændende!"

Kilde:

SPIE – International Society for Optics and Photonics

Reference:

Relander, FAJ, et al. (2022) Brug af nær-infrarød spektroskopi og en tilfældig skovregressor til at estimere intrakranielt tryk. Neurofotonik. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.