Påvisning og klassificering af bevidsthedsniveauer ved hjælp af parietal EEG-fNIRS under anæstesi

Enheder til dataindsamling De elektriske hjernesignaler vil blive målt med fire elektroder og et Cyton OpenBCI-kort med en samplingsfrekvens på 250 Hz. Hjernens hæmodynamiske signaler vil blive målt med en NIRSport med 16 optoder og en samplingsfrekvens på 15.525 Hz og en bølgelængde på 760 nm. Elektroderne og optoderne vil blive placeret i den parietale zone, efter det anbefalede 10-5-system for det multimodale EEG-fNIRS-paradigme. Softwaren Lab Streaming Layer vil blive brugt til at synkronisere EEG- og fNIRS-data.

Dataindsamling Patienter vil blive tilkaldt 30 minutter før deres kliniske aftale for at sætte, justere og kalibrere EEG- og fNIRS-systemerne. En 5-minutters baseline-måling vil blive udført før endoskopiproceduren med lukkede øjne. Bagefter vil patienterne blive bedøvet med en konstant infusionshastighed på 20 mg/kg/h-1 intravenøs propofol indtil bevidstløshed inden for 20 minutter. Under infusionen vil den modificerede Ramsay-skala blive brugt af den ansvarlige anæstesilæge til at måle bevidsthedsniveauet, vurderet ud fra patientens respons på verbale eller smertefulde stimuli. Bevidsthedsniveauet vil blive evalueret hvert andet minut indtil fuldstændigt tab af bevidsthed, hvilket antages efter tabet af defensiv eller målrettet reaktion på en anden standard tetanisk stimulation. Herefter vil endoskopiproceduren fortsætte normalt efter kliniske standardprotokoller. Inden de tager afsted, vil patienter blive bedt om at besvare BRICE-undersøgelsen, der bruges til at evaluere patientens oplevelse under operation eller lignende procedurer. Patienterne vil blive målt gennem hele endoskopiproceduren. Eventuelle yderligere overvejelser vil blive håndteret fra sag til sag af det ansvarlige lægepersonale.

Begrundelse for den valgte stikprøvestørrelse Prøvestørrelsen (n = 25) blev bestemt af Cohen-testen med en statistisk styrke på 0,8 og en alfa-styrke på 0,05 for at bestemme signifikante intraspecifikke forskelle i forsøgspersoner ved sammenligning af vågenhed, dyb sedation og mellemliggende niveauer af bevidsthed.

EEG-dataanalyse Delta (0,1-3 Hz), theta (4-7 Hz), nedre alfa (8-12 Hz), øvre alfa (12-15 Hz) og beta/gamma (15-40 Hz) effektbånd vil blive brugt som funktioner til afkodningsmodellen. Funktionerne vil blive beregnet ved hjælp af et bevægeligt vindue på et minut. Bevidsthedsniveauerne identificeret ved hjælp af den modificerede Ramsay-skala vil blive parret med det tilsvarende vindue. Softwaren Homer 2012: MNE i Python vil blive brugt til disse analyser.

fNIRS-dataanalyse Den tidsmæssige reference for iltet (HbO2) og deoxygeneret (HHb) hæmoglobin vil blive opnået ud fra de optiske signaler ved hjælp af den modificerede Beer-Lambert-lov. Regionerne af interesse (ROI'er) vil blive opnået i forhold til regional lokal gennemsnitsaktivitet. Den gennemsnitlige, maksimale og hældning af signalet for hver ROI vil blive opnået. Vektorfaseanalyser vil også blive implementeret med et minuts vinduer. Softwaren Homer 2021: MNE i Python vil blive brugt til disse analyser.

Klassificering ved hjælp af maskinlæring For hvert et minuts vindue vil EEG- og fNIRS-funktionerne blive givet til en Support Vector Machine (SVM) klassifikator ved hjælp af en basal radius. Hvert vindue vil blive knyttet til bevidsthedsniveauet i henhold til den modificerede Ramsay-skala. Tre modeller vil blive testet: kun EEG, kun fNIRS og fNIRS + EEG. Hver model vil forsøge at afkode patientens bevidsthedsniveau ved hjælp af den førnævnte skala.