Lähis-infrapuna spektroskoopia võib olla kulutõhus viis intrakraniaalse rõhu mitteinvasiivseks jälgimiseks

Lähis-infrapuna spektroskoopia võib olla kulutõhus viis intrakraniaalse rõhu mitteinvasiivseks jälgimiseks

Intrakraniaalse rõhu (ICP) tõus on ohtlik seisund, mida võivad põhjustada ajuverejooks, ajukasvaja, ajuturse, traumaatiline ajukahjustus ja vesipea. Seetõttu on ICP jälgimine nende haigustega patsientide patsientide ravimisel võtmetähtsusega aspekt. Lisaks on ICP mõõtmised olulised aju perfusioonirõhu (CPP) hindamisel, mis on aju autoregulatsiooni (CA) näitaja.

CPP on seotud neuronaalse funktsiooni ja neurovaskulaarse sidestusega ning CA määrab, kuidas aju säilitab pideva verevoolu. Arvestades neid laiaulatuslikke tagajärgi ja rakendusi kliiniliste otsuste tegemisel, on täpne ICP monitooring patsiendi juhtimise oluline vahend. Kuigi praegused ICP-seire tööriistad on täpsed, võivad need põhjustada verejooksu või infektsiooni ning on aeganõudvad.

Kuigi on olemas mitteinvasiivsed alternatiivid, on neil piiranguid, nagu halb üldistatavus, madal prognoosimisvõime ja usaldusväärsuse puudumine. Seetõttu on paljulubavate mitteinvasiivsete lahendustena esile kerkimas hajuskorrelatsioonspektroskoopia (DCS) ja lähiinfrapunaspektroskoopia (NIRS). Eelkõige on NIRS-il mitmeid eeliseid teiste mitteinvasiivsete meetodite ees: madal hind, voodi kõrval ühilduvus pikaajaliseks ja pidevaks jälgimiseks ning kasutaja sõltumatus.

Ajakirjas Neurophotonics avaldatud uues uuringus kasutasid Carnegie Melloni ülikooli (CMU) teadlased edukalt NIRS-seadet hemoglobiini kontsentratsiooni muutuste pidevaks jälgimiseks. Meeskond tugines varasematele uuringutele, milles nad hindasid ICP-d DCS-iga mõõdetud südame lainekuju tunnuste põhjal ning tuvastasid ka seose oksühemoglobiini kontsentratsiooni ja ICP suhteliste muutuste vahel. Kuid kuidas saaksid nad NIRS-i andmete abil ICP-d mõõta? Uuringu esimene autor Filip Relander selgitab: "Me töötasime välja ja koolitasime juhusliku metsa (RF) regressioonialgoritmi, et korreleerida NIRS-i saadud südame impulsi lainekujude morfoloogiat intrakraniaalse rõhuga."

Algoritmi kinnitamiseks viisid nad läbi eelkatsed prekliinilises mudelis. Nad mõõtsid invasiivse ICP ja arteriaalse vererõhu kõikumisi, profileerides samal ajal hemoglobiini kontsentratsiooni muutusi. Seejärel uurisid nad hemoglobiini kontsentratsioonist ja CBF-st saadud signaalide toimivust, et uurida nende algoritmi täpsust.

Kontseptsiooni tõestamise seisukohast olid tulemused väga paljulubavad. RF-algoritmi abil hinnatud ICP ja invasiivsete tehnikate abil mõõdetud tegeliku ICP vahel oli kõrge korrelatsioon.

Oleme näidanud, valideerides tulemusi invasiivsete ICP-andmetega, et NIRS-põhistele südame lainekujudele rakendatud koolitatud RF-algoritmi saab kasutada ICP suure täpsusega hindamiseks.

Jana Kainerstorfer, CMU biomeditsiinitehnika dotsent ja uuringu vanemautor

Lisaks näitasid tulemused, et RF-algoritm suudab tõlgendada nii NIRS-ist kui ka DCS-ist eraldatud lainekuju funktsioone, tõstes esile selle kasutatavust.

Algoritmis kasutatud parameetrid on võimalik saada NIRS-i mõõtmistest, kombineerituna elektrokardiogrammide ja keskmise arteriaalse vererõhuga, mida kasutatakse regulaarselt kliiniliseks hindamiseks. Seega, kui see RF-põhine platvorm suudab järgnevates inimuuringutes pakkuda tugevaid ICP-mõõtmisi, oleks selle potentsiaal kliiniliseks kasutamiseks tohutu. Campinase ülikooli professori Neurophotonicsi abitoimetaja Rickson C. Mesquita sõnul on "ICP mitteinvasiivne hindamine väga väärtuslik kriitilises seisundis patsientide, näiteks intensiivravi patsientide jälgimisel. NIRSi tulevik selles valdkonnas on põnev!"

Allikas:

SPIE – Rahvusvaheline Optika ja Fotoonika Ühing

Viide:

Relander, FAJ jt. (2022) Infrapuna-spektroskoopia ja juhusliku metsaregressori kasutamine intrakraniaalse rõhu hindamiseks. Neurofotoonika. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.