Korelace EEG signálu během anestezie a sedace u dospělých a dětí (SPECTRALADUPED)

PŘEDMĚT A OPODSTATNĚNÍ:

Sledování hloubky anestezie pomocí elektroencefalografie (EEG) se stalo standardní klinickou praxí, zejména prostřednictvím zpracovaných indexů, jako je bispektrální index (BIS). Avšak základní neurofyziologické mechanismy a vztahy mezi nezpracovanými EEG signály a klinickými/farmakologickými parametry zůstávají nedostatečně pochopeny. Současné monitorovací systémy poskytují zpracované indexy, ale omezený vhled do charakteristik nezpracovaných vícekanálových EEG signálů. Systematická analýza EEG dat napříč různými pacientskými populacemi, věkovými skupinami a anesteziologickými kontexty je nezbytná k prohloubení našeho porozumění mozkovým reakcím na anestezii a ke zlepšení monitorovacích strategií.

DESIGN STUDIE:

Tato prospektivní, multicentrická, neintervenční, observační kohortová studie je prováděna ve dvou zařízeních Assistance Publique – Hôpitaux de Paris (AP-HP): v nemocnici Bichat-Claude Bernard a v nemocnici Louis Mourier. Studie nezahrnuje žádné úpravy rutinní anesteziologické péče – pouze sběr a analýzu EEG dat během standardní klinické praxe.

STUDIJNÍ POPULACE:

Studie zahrne 330 účastníků ve třech odlišných kohortách:

Kohorta 1 – Dětská populace (n=110):

Děti ve věku 1–17 let podstupující celkovou anestezii pro plánované chirurgické výkony. Tato kohorta konkrétně zahrnuje:

• 55 dětí s poruchou autistického spektra (PAS) diagnostikovanou podle kritérií DSM-5
• 55 dětí bez PAS (párové kontroly) Tato jedinečná populace umožňuje zkoumání potenciálních neurovývojových rozdílů v anesteziologické odpovědi a EEG vzorcích u dětí s PAS.

Kohorta 2 – Populace starších dospělých (n=110):

Pacienti ve věku >70 let podstupující plánovaný chirurgický výkon v celkové anestezii v nemocnici Bichat-Claude Bernard. Tato starší populace je důležitá pro studium věkem podmíněných fyziologických změn ovlivňujících EEG vzorce během anestezie a potenciální zvýšené citlivosti na anestetika.

Kohorta 3 – Populace podstupující procedurální sedaci (n=110):

Dospělí (≥18 let) podstupující procedurální sedaci pro diagnostické nebo terapeutické výkony digestivní endoskopie v nemocnici Louis Mourier. Tato kohorta poskytuje srovnávací data o lehčích úrovních sedace versus celkové anestezii.

ZAŘAZOVACÍ KRITÉRIA:

Pro dospělé pacienty:

• Věk ≥18 let (Kohorta 2: >70 let; Kohorta 3: ≥18 let)
• Naplánovaní na celkovou anestezii (Kohorta 2) nebo procedurální sedaci (Kohorta 3)
• Dokončená předanesteziologická konzultace
• Informovaní o studii a získán nesouhlas

Pro dětské pacienty (Kohorta 1):

• Věk 1–17 let
• Naplánováni na celkovou anestezii pro chirurgický výkon
• Pro podskupinu PAS: Potvrzená diagnóza poruchy autistického spektra dle DSM-5
• Držitel rodičovské zodpovědnosti informován a získán nesouhlas
• Dítě informováno (pokud je to věkově přiměřené) a získán nesouhlas

VYLOUČOVACÍ KRITÉRIA:

Pro dospělé pacienty:

• Dokumentovaná kognitivní porucha v lékařské dokumentaci
• Odmítnutí pacienta účastnit se
• Pacient zbavený svobody nebo pod zákonnou ochranou
• Těhotné nebo kojící ženy

Pro dětské pacienty:

• Rodičovské odmítnutí účasti dítěte
• Odmítnutí dítěte (pokud je věkově schopné porozumět)

SBĚR DAT:

Během rutinní anesteziologické péče bez jakýchkoli zásahů specifických pro protokol budou zaznamenávány následující údaje:

EEG monitorování:

• Kontinuální vícekanálové EEG pomocí monitoru BIS (bispektrální index)
• Kontinuální vícekanálové EEG pomocí monitoru SedLine
• Zpracované parametry (index BIS, spektrální okrajová frekvence, poměr suprese atd.)
• Nezpracované EEG signály zaznamenané ve standardním formátu EDF

Synchronizované klinické anotace:

• Podávání anestetik (látka, dávka, cesta, načasování)
• Klinické události (intubace, chirurgický řez, probouzení atd.)
• Hemodynamické parametry (tepová frekvence, krevní tlak)
• Hodnocení úrovně vědomí (RASS, klinické příznaky)
• Intenzita chirurgické stimulace
• Nežádoucí příhody

Charakteristiky pacienta:

• Demografické údaje (věk, pohlaví, hmotnost, výška, BMI)
• Anamnéza a komorbidity
• Současná medikace
• Klasifikace fyzického stavu ASA
• Pro dětskou kohortu: Diagnóza PAS a její charakteristiky

Všechny EEG záznamy a vícekanálové soubory budou před analýzou pseudonymizovány pomocí jedinečného identifikátoru studie. Data budou uložena na zabezpečených serverech v souladu s předpisy GDPR.

PRIMÁRNÍ CÍL:

Identifikovat rysy elektroencefalografického (EEG) signálu, které významně korelují s:

1. Farmakologickými parametry: typ anestetika, koncentrace (odhadovaná koncentrace v místě účinku), kombinace léků, farmakokinetické/farmakodynamické vlastnosti
2. Klinickými parametry: věk pacienta, komorbidity, intenzita chirurgické stimulace, hemodynamické změny, charakteristiky probouzení

Tyto korelace budou analyzovány samostatně pro fázi indukce, udržování a probouzení celkové anestezie a pro procedurální sedaci.

SEKUNDÁRNÍ CÍLE:

1. Vyvinout a validovat prediktivní modely pomocí algoritmů strojového učení pro propojení specifických EEG rysů s hloubkou anestezie a úrovní vědomí
2. Porovnat spektrální a časové charakteristiky EEG mezi dětskou a dospělou populací během ekvivalentních anesteziologických stavů
3. Analyzovat rozdílné účinky běžně používaných anestetik (propofol, sevofluran, desfluran, remifentanil) na vícekanálové EEG vzorce
4. Zkoumat specifické EEG signatury a anesteziologické odpovědi u dětí s poruchou autistického spektra ve srovnání s typicky se vyvíjejícími dětmi
5. Charakterizovat odlišné EEG vzorce během procedurální sedace versus celkové anestezie
6. Vyhodnotit interindividuální a intraindividuální variabilitu v EEG odpovědích na anestetika
7. Posoudit korelaci mezi frontálními EEG vzorci a klinickými příznaky hloubky anestezie

KONCOVÉ BODY:

Primární koncový bod:

Korelační koeficienty (Pearsonův nebo Spearmanův dle vhodnosti) mezi extrahovanými EEG rysy (spektrální výkon v různých frekvenčních pásmech, koherence, míry entropie, vzorce suprese s výbuchy) a farmakologickými/klinickými proměnnými během různých fází anestezie.

Sekundární koncové body:

• Výkonnostní metriky (senzitivita, specificita, AUC) prediktivních modelů pro hloubku anestezie
• Rozdíly ve spektrální hustotě výkonu EEG mezi věkovými skupinami
• Změny v EEG vzorcích spojené se specifickými anestetiky
• Rozdíly v EEG charakteristikách mezi dětmi s/bez PAS
• Porovnání EEG vzorců mezi sedací a celkovou anestezií
• Komponenty variance inter- a intraindividuální variability EEG

STATISTICKÁ ANALÝZA:

Velikost vzorku 330 účastníků (110 na kohortu) byla vypočtena tak, aby poskytla:

• Dostatečnou sílu (>80 %) k detekci středních velikostí efektů (r≥0,3) pro korelační analýzy
• Dostatečné trénovací a validační datové sady pro modely strojového učení
• Podskupinové analýzy v rámci dětské kohorty (PAS vs. ne-PAS)

Budou použity pokročilé techniky zpracování signálu včetně:

• Rychlá Fourierova transformace pro spektrální analýzu
• Vlnková dekompozice pro časově-frekvenční analýzu
• Míry entropie (spektrální entropie, permutační entropie)
• Analýzy koherence a konektivity
• Algoritmy strojového učení (náhodné lesy, podpůrné vektorové stroje, neuronové sítě)

Statistické analýzy budou používat vhodné parametrické nebo neparametrické testy v závislosti na distribuci dat. Korekce pro vícenásobné porovnání budou použity, pokud je to vhodné (Bonferroniho, FDR). Smíšené modely účinků zohlední opakovaná měření u jednotlivců.

TRVÁNÍ STUDIE:

• Období náboru: 12 měsíců
• Účast jednotlivého pacienta: Přibližně 1 měsíc (interval mezi předanesteziologickou konzultací a chirurgickým výkonem/endoskopií)
• Celkové trvání studie: 13 měsíců včetně analýzy dat

ETICKÉ A REGULAČNÍ ASPEKTY:

Tato neintervenční studie nezahrnuje žádné úpravy standardní klinické péče, žádné dodatečné riziko pro účastníky a žádné experimentální zásahy. Studie byla předložena Comité de Protection des Personnes (CPP) k etickému schválení a bude registrována u ANSM. Účastníci (nebo rodiče u nezletilých) obdrží písemné informace a poskytnou nesouhlas pro použití dat. Veškeré nakládání s daty je v souladu s předpisy GDPR (referenční metodologie MR-003).

OČEKÁVANÉ VÝSLEDKY A DOPAD:

Tato komplexní studie poskytne bohaté datové soubory o charakteristikách EEG signálu napříč různými anesteziologickými kontexty a pacientskými populacemi. Výsledky mohou vést k:

• Vylepšeným algoritmům pro monitorování hloubky anestezie v reálném čase
• Lepšímu porozumění věkem podmíněným a neurovývojovým rozdílům v anesteziologické odpovědi
• Optimalizaci výběru anestetik a dávkovacích strategií
• Zvýšené bezpečnosti díky přesnějšímu monitorování vědomí
• Novým poznatkům o neurofyziologických mechanismech anestezie
• Základu pro budoucí vývoj personalizovaných přístupů k anesteziologickému managementu

Čistě observační design zajišťuje maximální bezpečnost při současném generování klinicky relevantních dat pro posun v oboru neuromonitoringu v anestezii.