A közeli infravörös spektroszkópia költséghatékony módszert jelenthet a koponyaűri nyomás noninvazív monitorozására

A közeli infravörös spektroszkópia költséghatékony módszert jelenthet a koponyaűri nyomás noninvazív monitorozására

Az intracranialis nyomás (ICP) emelkedése veszélyes állapot, amelyet agyvérzés, agydaganat, agyödéma, traumás agysérülés és vízfejűség okozhat. Az ICP monitorozása ezért kulcsfontosságú szempont az ilyen betegségekben szenvedő betegek betegellátásában. Ezenkívül az ICP mérések relevánsak az agyi perfúziós nyomás (CPP) becslésénél, amely az agyi autoreguláció (CA) mutatója.

A CPP a neuronális funkciókkal és a neurovaszkuláris kapcsolódással jár, és a CA meghatározza, hogy az agy hogyan tartja fenn az állandó véráramlást. Tekintettel ezekre a széles körű következményekre és alkalmazásokra a klinikai döntéshozatalban, a precíz ICP-monitorozás a betegkezelés fontos eszköze. Bár az ICP monitorozás jelenlegi eszközei pontosak, vérzést vagy fertőzést okozhatnak, és időigényesek.

Bár léteznek noninvazív alternatívák, korlátaik vannak, mint például a rossz általánosíthatóság, alacsony prediktív képesség és a megbízhatóság hiánya. Ezért a diffúz korrelációs spektroszkópia (DCS) és a közeli infravörös spektroszkópia (NIRS) ígéretes, nem invazív megoldásként jelenik meg. A NIRS-nek számos előnye van a többi non-invazív módszerhez képest: alacsony költség, az ágy melletti kompatibilitás a hosszú távú és folyamatos monitorozás érdekében, valamint a felhasználó függetlensége.

A Neurophotonics-ban megjelent új tanulmányban a Carnegie Mellon Egyetem (CMU) kutatói sikeresen alkalmaztak egy NIRS-eszközt a hemoglobinkoncentráció változásának folyamatos nyomon követésére. A csapat korábbi kutatásokra épített, amelyek során a DCS-sel mért szívhullám-jellemzők alapján becsülték meg az ICP-t, és azonosították az oxihemoglobin-koncentráció és az ICP relatív változásai közötti összefüggést is. De hogyan mérhetnék az ICP-t a NIRS adatok segítségével? A tanulmány első szerzője, Filip Relander kifejti: "Véletlenszerű erdő (RF) regressziós algoritmust fejlesztettünk ki és képeztünk ki, amely a NIRS által kapott szívpulzus-hullámformák morfológiáját korrelálja a koponyaűri nyomással."

Algoritmusuk érvényesítése érdekében előzetes teszteket végeztek egy preklinikai modellben. Megmérték az invazív ICP és az artériás vérnyomás ingadozásait, miközben profilozták a hemoglobin-koncentráció változásait. Ezután megvizsgálták a hemoglobinkoncentrációból és a CBF-ből származó jelek teljesítményét, hogy alaposan megvizsgálják algoritmusuk pontosságát.

A koncepció bizonyítása szempontjából az eredmények nagyon ígéretesek voltak. Magas korreláció volt az RF algoritmussal becsült ICP és az invazív technikákkal mért tényleges ICP között.

Az eredmények invazív ICP-adatokkal való validálásával megmutattuk, hogy a NIRS-alapú szívhullámformákra alkalmazott betanított RF algoritmus nagy pontossággal használható az ICP becslésére.”

Jana Kainerstorfer, a CMU orvosbiológiai mérnöki docense és a tanulmány vezető szerzője

Továbbá az eredmények azt mutatták, hogy az RF algoritmus képes értelmezni mind a NIRS-ből, mind a DCS-ből kinyert hullámforma jellemzőit, kiemelve annak használhatóságát.

Az algoritmusban használt paraméterek NIRS mérésekből nyerhetők, kombinálva az elektrokardiogrammal és az átlagos artériás vérnyomással, amelyeket rendszeresen használnak a klinikai értékeléshez. Ezért, ha ez az RF-alapú platform robusztus ICP-méréseket tud nyújtani a későbbi humán vizsgálatok során, akkor klinikai felhasználási lehetőségei óriásiak. Rickson C. Mesquita, a Neurophotonics társszerkesztője, a Campinasi Egyetem professzora szerint "Az ICP non-invazív értékelése nagy értékű a kritikus állapotú betegek, például az intenzív osztályon lévő betegek monitorozásában. A NIRS jövője ezen a területen izgalmas!"

Forrás:

SPIE – Nemzetközi Optikai és Fotonikai Társaság

Referencia:

Relander, FAJ és mtsai. (2022) Közeli infravörös spektroszkópia és véletlenszerű erdőregresszor használata a koponyaűri nyomás becslésére. Neurofotonika. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.