Nær-infrarød spektroskopi kan gi en kostnadseffektiv måte å overvåke intrakranielt trykk ikke-invasivt

Nær-infrarød spektroskopi kan gi en kostnadseffektiv måte å overvåke intrakranielt trykk ikke-invasivt

En økning i intrakranielt trykk (ICP) er en farlig tilstand som kan være forårsaket av hjerneblødning, hjernesvulst, hjerneødem, traumatisk hjerneskade og hydrocephalus. ICP-overvåking er derfor et sentralt aspekt ved pasientbehandling hos pasienter med disse sykdommene. Videre er ICP-målinger relevante ved estimering av cerebralt perfusjonstrykk (CPP), en indikator på cerebral autoregulering (CA).

CPP er assosiert med nevronal funksjon og nevrovaskulær kobling, og CA definerer hvordan hjernen opprettholder konstant blodstrøm. Gitt disse brede implikasjonene og anvendelsene i klinisk beslutningstaking, er presis ICP-overvåking et viktig verktøy for pasientbehandling. Mens gjeldende verktøy for ICP-overvåking er nøyaktige, kan de forårsake blødning eller infeksjon og er tidkrevende.

Selv om det finnes ikke-invasive alternativer, har de begrensninger som dårlig generaliserbarhet, lav prediktiv kapasitet og mangel på pålitelighet. Derfor fremstår diffus korrelasjonsspektroskopi (DCS) og nær-infrarød spektroskopi (NIRS) som lovende ikke-invasive løsninger. Spesielt har NIRS flere fordeler fremfor andre ikke-invasive metoder: lav pris, kompatibilitet ved sengekanten for langsiktig og kontinuerlig overvåking, og brukeruavhengighet.

I en ny studie publisert i Neurophotonics, brukte forskere ved Carnegie Mellon University (CMU) vellykket en NIRS-enhet for å kontinuerlig overvåke endringer i hemoglobinkonsentrasjon. Teamet bygde på tidligere forskning der de estimerte ICP fra hjertebølgeformfunksjoner målt med DCS og identifiserte også sammenhengen mellom relative endringer i oksyhemoglobinkonsentrasjon og ICP. Men hvordan kunne de måle ICP ved å bruke NIRS-dataene? Studiens første forfatter, Filip Relander, forklarer: "Vi utviklet og trente en tilfeldig skogregresjonsalgoritme (RF) for å korrelere morfologien til hjertepulsbølgeformene oppnådd av NIRS med intrakranielt trykk."

For å validere algoritmen deres gjennomførte de foreløpige tester i en preklinisk modell. De målte svingninger i invasiv ICP og arterielt blodtrykk mens de profilerte endringer i hemoglobinkonsentrasjoner. De undersøkte deretter ytelsen til signaler avledet fra hemoglobinkonsentrasjon og CBF for å undersøke nøyaktigheten til algoritmen deres.

Fra et proof-of-concept-perspektiv var resultatene svært lovende. Det var en høy korrelasjon mellom ICP estimert ved bruk av RF-algoritmen og faktisk ICP målt ved bruk av invasive teknikker.

Vi har vist, ved å validere resultatene med invasive ICP-data, at den trente RF-algoritmen brukt på NIRS-baserte hjertebølgeformer kan brukes til å estimere ICP med høy grad av presisjon."

Jana Kainerstorfer, førsteamanuensis i biomedisinsk ingeniørfag ved CMU og seniorforfatter av studien

Videre viste resultatene at RF-algoritmen kunne tolke bølgeformfunksjoner hentet fra både NIRS og DCS, og fremheve dens brukervennlighet.

Parametrene som brukes i algoritmen kan hentes fra NIRS-målinger, kombinert med elektrokardiogrammer og gjennomsnittlig arterielt blodtrykk, som regelmessig brukes til klinisk evaluering. Derfor, hvis denne RF-baserte plattformen kan gi robuste ICP-målinger i påfølgende menneskelige studier, vil potensialet for klinisk bruk være enormt. I følge Neurophotonics Associate Editor Rickson C. Mesquita, professor ved University of Campinas, "Ikke-invasiv vurdering av ICP er av stor verdi for å overvåke pasienter i kritisk tilstand, som pasienter i intensivbehandling. Fremtiden til NIRS på dette feltet er spennende!"

Kilde:

SPIE – International Society for Optics and Photonics

Referanse:

Relander, FAJ, et al. (2022) Bruk av nær-infrarød spektroskopi og en tilfeldig skogregressor for å estimere intrakranielt trykk. Nevrofotonikk. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.