Spektroskopia w bliskiej podczerwieni może stanowić opłacalny sposób nieinwazyjnego monitorowania ciśnienia wewnątrzczaszkowego

Spektroskopia w bliskiej podczerwieni może stanowić opłacalny sposób nieinwazyjnego monitorowania ciśnienia wewnątrzczaszkowego

Wzrost ciśnienia wewnątrzczaszkowego (ICP) jest niebezpiecznym stanem, który może być spowodowany krwotokiem mózgowym, guzem mózgu, obrzękiem mózgu, urazowym uszkodzeniem mózgu i wodogłowiem. Monitorowanie ICP jest zatem kluczowym aspektem opieki nad pacjentami z tymi chorobami. Ponadto pomiary ICP są istotne przy szacowaniu ciśnienia perfuzji mózgowej (CPP), wskaźnika autoregulacji mózgowej (CA).

CPP wiąże się z funkcją neuronów i sprzężeniem nerwowo-naczyniowym, a CA określa, w jaki sposób mózg utrzymuje stały przepływ krwi. Biorąc pod uwagę te szerokie implikacje i zastosowania w podejmowaniu decyzji klinicznych, precyzyjne monitorowanie ICP jest ważnym narzędziem w leczeniu pacjenta. Chociaż obecne narzędzia monitorowania ICP są dokładne, mogą powodować krwawienie lub infekcję i są czasochłonne.

Chociaż istnieją nieinwazyjne alternatywy, mają one ograniczenia, takie jak słaba możliwość uogólnienia, niska zdolność przewidywania i brak niezawodności. Dlatego spektroskopia korelacji rozproszonej (DCS) i spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIRS) stają się obiecującymi rozwiązaniami nieinwazyjnymi. W szczególności NIRS ma kilka zalet w porównaniu z innymi metodami nieinwazyjnymi: niski koszt, zgodność przy łóżku pacjenta w celu długoterminowego i ciągłego monitorowania oraz niezależność użytkownika.

W nowym badaniu opublikowanym w Neurophotonics badacze z Carnegie Mellon University (CMU) z powodzeniem wykorzystali urządzenie NIRS do ciągłego monitorowania zmian stężenia hemoglobiny. Zespół oparł się na wcześniejszych badaniach, w których oszacował ICP na podstawie cech przebiegu serca zmierzonych za pomocą DCS, a także zidentyfikował korelację między względnymi zmianami stężenia oksyhemoglobiny i ICP. Ale w jaki sposób mogliby zmierzyć ICP przy użyciu danych NIRS? Pierwszy autor badania, Filip Relander, wyjaśnia: „Opracowaliśmy i wyszkoliliśmy algorytm regresji lasu losowego (RF), aby skorelować morfologię przebiegów tętna serca uzyskanych za pomocą NIRS z ciśnieniem wewnątrzczaszkowym”.

Aby zweryfikować swój algorytm, przeprowadzili wstępne testy na modelu przedklinicznym. Mierzyli wahania inwazyjnego ICP i ciśnienia tętniczego krwi, jednocześnie profilując zmiany stężenia hemoglobiny. Następnie zbadali działanie sygnałów pochodzących ze stężenia hemoglobiny i CBF, aby dokładnie sprawdzić dokładność swojego algorytmu.

Z punktu widzenia weryfikacji koncepcji wyniki były bardzo obiecujące. Wykazano wysoką korelację pomiędzy ICP oszacowanym za pomocą algorytmu RF a rzeczywistym ICP zmierzonym technikami inwazyjnymi.

Pokazaliśmy, potwierdzając wyniki za pomocą inwazyjnych danych ICP, że wyszkolony algorytm RF zastosowany do przebiegów serca opartych na NIRS może być wykorzystany do oszacowania ICP z dużą precyzją”.

Jana Kainerstorfer, profesor inżynierii biomedycznej na CMU i główna autorka badania

Co więcej, wyniki pokazały, że algorytm RF może interpretować cechy kształtu fali uzyskane zarówno z NIRS, jak i DCS, co podkreśla jego użyteczność.

Parametry wykorzystywane w algorytmie można uzyskać z pomiarów NIRS w połączeniu z elektrokardiogramami i średnim ciśnieniem tętniczym, które są regularnie wykorzystywane do oceny klinicznej. Dlatego też, jeśli ta platforma oparta na częstotliwości radiowej będzie w stanie zapewnić rzetelne pomiary ICP w kolejnych badaniach na ludziach, jej potencjał do zastosowania klinicznego będzie ogromny. Według redaktora naczelnego Neurophotonics Ricksona C. Mesquity, profesora na Uniwersytecie Campinas, „Nieinwazyjna ocena ICP ma ogromną wartość w monitorowaniu pacjentów w stanie krytycznym, np. pacjentów na intensywnej terapii. Przyszłość NIRS w tej dziedzinie jest ekscytująca!”

Źródło:

SPIE – Międzynarodowe Towarzystwo Optyki i Fotoniki

Odniesienie:

Relander, FAJ i in. (2022) Wykorzystanie spektroskopii w bliskiej podczerwieni i losowego regresora leśnego do oszacowania ciśnienia wewnątrzczaszkowego. Neurofotonika. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.