Blízka infračervená spektroskopia môže poskytnúť nákladovo efektívny spôsob neinvazívneho monitorovania intrakraniálneho tlaku

Blízka infračervená spektroskopia môže poskytnúť nákladovo efektívny spôsob neinvazívneho monitorovania intrakraniálneho tlaku

Zvýšenie intrakraniálneho tlaku (ICP) je nebezpečný stav, ktorý môže byť spôsobený cerebrálnym krvácaním, mozgovým nádorom, mozgovým edémom, traumatickým poranením mozgu a hydrocefalom. Monitorovanie ICP je preto kľúčovým aspektom starostlivosti o pacientov s týmito ochoreniami. Okrem toho sú merania ICP dôležité pri odhadovaní cerebrálneho perfúzneho tlaku (CPP), indikátora cerebrálnej autoregulácie (CA).

CPP je spojená s neurónovou funkciou a neurovaskulárnym spojením a CA definuje, ako mozog udržiava konštantný prietok krvi. Vzhľadom na tieto široké implikácie a aplikácie v klinickom rozhodovaní je presné monitorovanie ICP dôležitým nástrojom manažmentu pacienta. Aj keď sú súčasné nástroje na monitorovanie ICP presné, môžu spôsobiť krvácanie alebo infekciu a sú časovo náročné.

Hoci existujú neinvazívne alternatívy, majú obmedzenia, ako je slabá zovšeobecniteľnosť, nízka prediktívna kapacita a nedostatočná spoľahlivosť. Preto sa difúzna korelačná spektroskopia (DCS) a blízka infračervená spektroskopia (NIRS) objavujú ako sľubné neinvazívne riešenia. NIRS má najmä niekoľko výhod oproti iným neinvazívnym metódam: nízke náklady, kompatibilitu pri lôžku pre dlhodobé a nepretržité monitorovanie a nezávislosť od používateľa.

V novej štúdii publikovanej v Neurophotonics výskumníci z Carnegie Mellon University (CMU) úspešne použili zariadenie NIRS na nepretržité sledovanie zmien koncentrácie hemoglobínu. Tím nadviazal na predchádzajúci výskum, v ktorom odhadol ICP z funkcií srdcového tvaru meraných pomocou DCS a tiež identifikoval koreláciu medzi relatívnymi zmenami koncentrácie oxyhemoglobínu a ICP. Ale ako by mohli merať ICP pomocou údajov NIRS? Prvý autor štúdie, Filip Relander, vysvetľuje: „Vyvinuli sme a vytrénovali regresný algoritmus náhodného lesa (RF) na koreláciu morfológie kriviek srdcového pulzu získaných pomocou NIRS s intrakraniálnym tlakom.“

Na overenie svojho algoritmu vykonali predbežné testy v predklinickom modeli. Merali kolísanie invazívneho ICP a arteriálneho krvného tlaku pri profilovaní zmien koncentrácií hemoglobínu. Potom skúmali výkonnosť signálov odvodených z koncentrácie hemoglobínu a CBF, aby dôkladne preskúmali presnosť ich algoritmu.

Z pohľadu proof-of-concept boli výsledky veľmi sľubné. Medzi ICP odhadnutým pomocou algoritmu RF a skutočným ICP nameraným pomocou invazívnych techník bola vysoká korelácia.

Overením výsledkov s invazívnymi údajmi o ICP sme ukázali, že natrénovaný algoritmus RF aplikovaný na srdcové krivky založené na NIRS možno použiť na odhad ICP s vysokým stupňom presnosti.

Jana Kainerstorfer, docentka biomedicínskeho inžinierstva na CMU a hlavná autorka štúdie

Okrem toho výsledky ukázali, že algoritmus RF dokáže interpretovať vlastnosti tvaru vlny extrahované z NIRS aj DCS, čo zdôrazňuje jeho použiteľnosť.

Parametre použité v algoritme možno získať z meraní NIRS v kombinácii s elektrokardiogrammi a stredným arteriálnym krvným tlakom, ktoré sa pravidelne používajú na klinické hodnotenie. Preto, ak táto platforma založená na RF môže poskytnúť robustné merania ICP v následných štúdiách na ľuďoch, jej potenciál na klinické použitie by bol obrovský. Podľa pridruženého editora Neurophotonics Ricksona C. Mesquita, profesora z University of Campinas, "Neinvazívne hodnotenie ICP má veľkú hodnotu pre monitorovanie pacientov v kritickom stave, ako sú pacienti na jednotke intenzívnej starostlivosti. Budúcnosť NIRS v tejto oblasti je vzrušujúca!"

Zdroj:

SPIE – Medzinárodná spoločnosť pre optiku a fotoniku

Referencia:

Relander, FAJ, a kol. (2022) Použitie blízkej infračervenej spektroskopie a náhodného lesného regresora na odhad intrakraniálneho tlaku. Neurofotonika. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.