Η φασματοσκοπία εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορεί να παρέχει έναν οικονομικά αποδοτικό τρόπο παρακολούθησης της ενδοκρανιακής πίεσης μη επεμβατικά

Η φασματοσκοπία εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορεί να παρέχει έναν οικονομικά αποδοτικό τρόπο παρακολούθησης της ενδοκρανιακής πίεσης μη επεμβατικά

Η αύξηση της ενδοκρανιακής πίεσης (ICP) είναι μια επικίνδυνη κατάσταση που μπορεί να προκληθεί από εγκεφαλική αιμορραγία, όγκο στον εγκέφαλο, εγκεφαλικό οίδημα, τραυματική εγκεφαλική βλάβη και υδροκεφαλία. Η παρακολούθηση της ICP είναι επομένως μια βασική πτυχή της φροντίδας των ασθενών σε ασθενείς με αυτές τις ασθένειες. Επιπλέον, οι μετρήσεις ICP είναι σχετικές κατά την εκτίμηση της εγκεφαλικής πίεσης αιμάτωσης (CPP), ένας δείκτης εγκεφαλικής αυτορρύθμισης (CA).

Η CPP σχετίζεται με τη νευρωνική λειτουργία και τη νευροαγγειακή σύζευξη και η CA ορίζει πώς ο εγκέφαλος διατηρεί σταθερή ροή αίματος. Δεδομένων αυτών των ευρειών επιπτώσεων και εφαρμογών στη λήψη κλινικών αποφάσεων, η ακριβής παρακολούθηση της ICP είναι ένα σημαντικό εργαλείο για τη διαχείριση ασθενών. Αν και τα τρέχοντα εργαλεία για την παρακολούθηση ICP είναι ακριβή, μπορούν να προκαλέσουν αιμορραγία ή μόλυνση και είναι χρονοβόρα.

Αν και υπάρχουν μη επεμβατικές εναλλακτικές λύσεις, έχουν περιορισμούς όπως κακή γενίκευση, χαμηλή ικανότητα πρόβλεψης και έλλειψη αξιοπιστίας. Ως εκ τούτου, η διάχυτη φασματοσκοπία συσχέτισης (DCS) και η φασματοσκοπία εγγύς υπέρυθρη (NIRS) αναδεικνύονται ως πολλά υποσχόμενες μη επεμβατικές λύσεις. Συγκεκριμένα, το NIRS έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες μη επεμβατικές μεθόδους: χαμηλό κόστος, συμβατότητα δίπλα στο κρεβάτι για μακροχρόνια και συνεχή παρακολούθηση και ανεξαρτησία του χρήστη.

Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Neurophotonics, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon (CMU) χρησιμοποίησαν με επιτυχία μια συσκευή NIRS για να παρακολουθούν συνεχώς τις αλλαγές στη συγκέντρωση της αιμοσφαιρίνης. Η ομάδα βασίστηκε σε προηγούμενη έρευνα στην οποία υπολόγισε την ICP από χαρακτηριστικά καρδιακής κυματομορφής που μετρήθηκαν με DCS και επίσης προσδιόρισε τη συσχέτιση μεταξύ των σχετικών αλλαγών στη συγκέντρωση της οξυαιμοσφαιρίνης και της ICP. Αλλά πώς θα μπορούσαν να μετρήσουν το ICP χρησιμοποιώντας τα δεδομένα NIRS; Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Filip Relander, εξηγεί: «Αναπτύξαμε και εκπαιδεύσαμε έναν αλγόριθμο παλινδρόμησης τυχαίου δάσους (RF) για να συσχετίσουμε τη μορφολογία των κυματομορφών του καρδιακού παλμού που λαμβάνονται από το NIRS με την ενδοκρανιακή πίεση».

Για να επικυρώσουν τον αλγόριθμό τους, πραγματοποίησαν προκαταρκτικές δοκιμές σε ένα προκλινικό μοντέλο. Μέτρησαν τις διακυμάνσεις στην επεμβατική ICP και την αρτηριακή πίεση, ενώ μέτρησαν τις αλλαγές στις συγκεντρώσεις της αιμοσφαιρίνης. Στη συνέχεια εξέτασαν την απόδοση των σημάτων που προέρχονται από τη συγκέντρωση αιμοσφαιρίνης και το CBF για να εξετάσουν προσεκτικά την ακρίβεια του αλγορίθμου τους.

Από την άποψη της απόδειξης της ιδέας, τα αποτελέσματα ήταν πολλά υποσχόμενα. Υπήρχε υψηλή συσχέτιση μεταξύ της ICP που εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο RF και της πραγματικής ICP που μετρήθηκε χρησιμοποιώντας επεμβατικές τεχνικές.

Δείξαμε, επικυρώνοντας τα αποτελέσματα με δεδομένα επεμβατικής ICP, ότι ο εκπαιδευμένος αλγόριθμος RF που εφαρμόζεται σε καρδιακές κυματομορφές που βασίζονται στο NIRS μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της ICP με υψηλό βαθμό ακρίβειας».

Jana Kainerstorfer, αναπληρώτρια καθηγήτρια βιοϊατρικής μηχανικής στο CMU και ανώτερη συγγραφέας της μελέτης

Επιπλέον, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο αλγόριθμος RF μπορούσε να ερμηνεύσει χαρακτηριστικά κυματομορφής που εξάγονταν τόσο από το NIRS όσο και από το DCS, υπογραμμίζοντας τη χρηστικότητά του.

Οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται στον αλγόριθμο μπορούν να ληφθούν από μετρήσεις NIRS, σε συνδυασμό με ηλεκτροκαρδιογραφήματα και μέση αρτηριακή πίεση, που χρησιμοποιούνται τακτικά για κλινική αξιολόγηση. Επομένως, εάν αυτή η πλατφόρμα που βασίζεται σε ραδιοσυχνότητες μπορεί να παρέχει ισχυρές μετρήσεις ICP σε επόμενες μελέτες σε ανθρώπους, οι δυνατότητές της για κλινική χρήση θα ήταν τεράστιες. Σύμφωνα με το Neurophotonics Associate Editor Rickson C. Mesquita, Καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Campinas, "Η μη επεμβατική αξιολόγηση της ICP έχει μεγάλη αξία για την παρακολούθηση ασθενών σε κρίσιμη κατάσταση, όπως ασθενείς σε εντατική θεραπεία. Το μέλλον του NIRS σε αυτόν τον τομέα είναι συναρπαστικό!"

Πηγή:

SPIE – International Society for Optics and Photonics

Αναφορά:

Relander, FAJ, et al. (2022) Χρήση φασματοσκοπίας εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας και τυχαίου δασικού παλινδρομητή για την εκτίμηση της ενδοκρανιακής πίεσης. Νευροφωτονικά. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.