Nära-infraröd spektroskopi kan ge ett kostnadseffektivt sätt att övervaka intrakraniellt tryck icke-invasivt

Nära-infraröd spektroskopi kan ge ett kostnadseffektivt sätt att övervaka intrakraniellt tryck icke-invasivt

En ökning av intrakraniellt tryck (ICP) är ett farligt tillstånd som kan orsakas av hjärnblödning, en hjärntumör, hjärnödem, traumatisk hjärnskada och hydrocefalus. ICP-övervakning är därför en nyckelaspekt av patientvård hos patienter med dessa sjukdomar. Vidare är ICP-mätningar relevanta vid uppskattning av cerebralt perfusionstryck (CPP), en indikator på cerebral autoreglering (CA).

CPP är förknippat med neuronal funktion och neurovaskulär koppling, och CA definierar hur hjärnan upprätthåller konstant blodflöde. Med tanke på dessa breda implikationer och tillämpningar i kliniskt beslutsfattande är exakt ICP-övervakning ett viktigt verktyg för patienthantering. Medan nuvarande verktyg för ICP-övervakning är korrekta, kan de orsaka blödning eller infektion och är tidskrävande.

Även om icke-invasiva alternativ finns, har de begränsningar som dålig generaliserbarhet, låg prediktiv kapacitet och bristande tillförlitlighet. Därför framträder diffus korrelationsspektroskopi (DCS) och nära-infraröd spektroskopi (NIRS) som lovande icke-invasiva lösningar. I synnerhet har NIRS flera fördelar jämfört med andra icke-invasiva metoder: låg kostnad, kompatibilitet vid sängkanten för långvarig och kontinuerlig övervakning och användaroberoende.

I en ny studie publicerad i Neurophotonics använde forskare vid Carnegie Mellon University (CMU) framgångsrikt en NIRS-enhet för att kontinuerligt övervaka förändringar i hemoglobinkoncentrationen. Teamet byggde på tidigare forskning där de uppskattade ICP från hjärtvågformsfunktioner mätta med DCS och även identifierade korrelationen mellan relativa förändringar i oxihemoglobinkoncentration och ICP. Men hur kunde de mäta ICP med hjälp av NIRS-data? Studiens första författare, Filip Relander, förklarar: "Vi utvecklade och tränade en slumpmässig skog (RF) regressionsalgoritm för att korrelera morfologin hos hjärtpulsvågformerna som erhålls av NIRS med intrakraniellt tryck."

För att validera sin algoritm genomförde de preliminära tester i en preklinisk modell. De mätte fluktuationer i invasiv ICP och arteriellt blodtryck samtidigt som de profilerade förändringar i hemoglobinkoncentrationer. De undersökte sedan prestandan för signaler härledda från hemoglobinkoncentration och CBF för att noggrant undersöka noggrannheten i deras algoritm.

Ur ett proof-of-concept-perspektiv var resultaten mycket lovande. Det fanns en hög korrelation mellan den ICP som uppskattades med hjälp av RF-algoritmen och den faktiska ICP som mättes med invasiva tekniker.

Vi har visat, genom att validera resultaten med invasiva ICP-data, att den tränade RF-algoritmen som tillämpas på NIRS-baserade hjärtvågformer kan användas för att uppskatta ICP med en hög grad av precision."

Jana Kainerstorfer, docent i biomedicinsk teknik vid CMU och senior författare till studien

Dessutom visade resultaten att RF-algoritmen kunde tolka vågformsegenskaper extraherade från både NIRS och DCS, vilket framhävde dess användbarhet.

Parametrarna som används i algoritmen kan erhållas från NIRS-mätningar, kombinerade med elektrokardiogram och medelartärblodtryck, som regelbundet används för klinisk utvärdering. Därför, om denna RF-baserade plattform kan ge robusta ICP-mätningar i efterföljande mänskliga studier, skulle dess potential för klinisk användning vara enorm. Enligt Neurophotonics Associate Editor Rickson C. Mesquita, professor vid University of Campinas, "Icke-invasiv bedömning av ICP är av stort värde för att övervaka patienter i kritiskt tillstånd, såsom patienter på intensivvård. Framtiden för NIRS på detta område är spännande!"

Källa:

SPIE – International Society for Optics and Photonics

Hänvisning:

Relander, FAJ, et al. (2022) Använder nära-infraröd spektroskopi och en slumpmässig skogsregressor för att uppskatta intrakraniellt tryck. Neurofotonik. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

.