Nabij-infraroodspectroscopie kan een kosteneffectieve manier bieden om de intracraniale druk op niet-invasieve wijze te monitoren

Nabij-infraroodspectroscopie kan een kosteneffectieve manier bieden om de intracraniale druk op niet-invasieve wijze te monitoren

Een verhoging van de intracraniale druk (ICP) is een gevaarlijke aandoening die kan worden veroorzaakt door hersenbloeding, een hersentumor, hersenoedeem, traumatisch hersenletsel en hydrocephalus. ICP-monitoring is daarom een ​​belangrijk aspect van de patiëntenzorg voor patiënten met deze ziekten. Bovendien zijn ICP-metingen relevant bij het schatten van de cerebrale perfusiedruk (CPP), een indicator van cerebrale autoregulatie (CA).

CPP wordt geassocieerd met neuronale functie en neurovasculaire koppeling, en CA definieert hoe de hersenen een constante bloedstroom handhaven. Gezien deze brede implicaties en toepassingen in de klinische besluitvorming is nauwkeurige ICP-monitoring een belangrijk hulpmiddel voor patiëntenbeheer. Hoewel de huidige hulpmiddelen voor ICP-monitoring accuraat zijn, kunnen ze bloedingen of infecties veroorzaken en zijn ze tijdrovend.

Hoewel er niet-invasieve alternatieven bestaan, hebben deze beperkingen zoals een slechte generaliseerbaarheid, een laag voorspellend vermogen en een gebrek aan betrouwbaarheid. Daarom komen diffuse correlatiespectroscopie (DCS) en nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) naar voren als veelbelovende niet-invasieve oplossingen. In het bijzonder heeft NIRS verschillende voordelen ten opzichte van andere niet-invasieve methoden: lage kosten, compatibiliteit aan het bed voor langdurige en continue monitoring, en onafhankelijkheid van de gebruiker.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Neurophotonics hebben onderzoekers van Carnegie Mellon University (CMU) met succes een NIRS-apparaat gebruikt om continu veranderingen in de hemoglobineconcentratie te volgen. Het team bouwde voort op eerder onderzoek waarin ze de ICP schatten op basis van cardiale golfvormkenmerken gemeten met DCZ en identificeerden ook de correlatie tussen relatieve veranderingen in de oxyhemoglobineconcentratie en ICP. Maar hoe konden ze ICP meten met behulp van de NIRS-gegevens? De eerste auteur van het onderzoek, Filip Relander, legt uit: "We hebben een willekeurig bos (RF) regressie-algoritme ontwikkeld en getraind om de morfologie van de hartpulsgolfvormen verkregen door NIRS te correleren met intracraniale druk."

Om hun algoritme te valideren, voerden ze voorbereidende tests uit in een preklinisch model. Ze maten fluctuaties in invasieve ICP en arteriële bloeddruk, terwijl ze veranderingen in hemoglobineconcentraties profileerden. Vervolgens onderzochten ze de prestaties van signalen afgeleid van de hemoglobineconcentratie en CBF om de nauwkeurigheid van hun algoritme nauwkeurig te onderzoeken.

Vanuit een proof-of-concept-perspectief waren de resultaten veelbelovend. Er was een hoge correlatie tussen de geschatte ICP met behulp van het RF-algoritme en de werkelijke ICP gemeten met behulp van invasieve technieken.

Door de resultaten te valideren met invasieve ICP-gegevens hebben we aangetoond dat het getrainde RF-algoritme dat wordt toegepast op op NIRS gebaseerde hartgolfvormen kan worden gebruikt om de ICP met een hoge mate van precisie te schatten.”

Jana Kainerstorfer, universitair hoofddocent biomedische technologie bij CMU en senior auteur van het onderzoek

Bovendien toonden de resultaten aan dat het RF-algoritme golfvormkenmerken uit zowel NIRS als DCS kon interpreteren, wat de bruikbaarheid ervan benadrukte.

De parameters die in het algoritme worden gebruikt, kunnen worden verkregen uit NIRS-metingen, gecombineerd met elektrocardiogrammen en gemiddelde arteriële bloeddruk, die regelmatig worden gebruikt voor klinische evaluatie. Als dit op RF gebaseerde platform robuuste ICP-metingen kan leveren in daaropvolgende studies bij mensen, zou het potentieel voor klinisch gebruik enorm zijn. Volgens Neurophotonics Associate Editor Rickson C. Mesquita, professor aan de Universiteit van Campinas, "is niet-invasieve beoordeling van ICP van grote waarde voor het monitoren van patiënten in kritieke toestand, zoals patiënten op de intensive care. De toekomst van NIRS op dit gebied is spannend!"

Bron:

SPIE – Internationale Vereniging voor Optica en Fotonica

Referentie:

Relander, FAJ, et al. (2022) Met behulp van nabij-infraroodspectroscopie en een willekeurige bosregressor om de intracraniale druk te schatten. Neurofotonica. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.