Zeitaufgelöste funktionelle Mehrkanal-Nahinfrarotspektroskopie zur Prävention perioperativer Hirnverletzungen

Der perioperative Schlaganfall ist eine bedeutende Komplikation nach der Operation. Leider tritt ein verdeckter Schlaganfall bei einem von vierzehn älteren Patienten nach einer nicht-herzchirurgischen Operation auf und ist mit einem erhöhten Risiko für einen langfristigen kognitiven Verfall verbunden. Darüber hinaus ist ein perioperativer offenkundiger Schlaganfall mit einem 8-fachen Anstieg der perioperativen Sterblichkeit, verlängerter Dauer des Krankenhausaufenthalts und verminderter Lebensqualität verbunden. Bei Schulteroperationen in Beach-Chair-Position kann es bei bis zu 80 % der Patienten aufgrund systemischer Hypotonie und Abnahme des zerebralen Perfusionsdrucks zu zerebralen Entsättigungsereignissen und einer gestörten zerebralen Autoregulation kommen. Die meisten perioperativen Schlaganfälle bei nicht-kardiologischen Eingriffen sind ischämisch und hängen mit einer Minderdurchblutung des Gehirns zusammen. Wichtig ist, dass die Hypoperfusion des Gehirns möglicherweise durch einfache Maßnahmen wie die Erhöhung des systemischen Blutdrucks (BP) modifiziert werden kann, wenn die Gehirnischämie früh genug erkannt wird. Eine absichtliche Hypertonie ist jedoch nicht risikolos, und es gibt derzeit keinen wirksamen Monitor, der eine Minderdurchblutung des Gehirns während einer Operation erkennen kann.

Die zerebrale Oxygenierung wurde klinisch als Maß für eine ausreichende Gehirndurchblutung während einer Operation verwendet. Eine frühe klinische Studie bei Western ergab, dass die Überwachung der zerebralen Oxygenierung bei Patienten mit Herzoperationen mit weniger Fällen schwerer Organfunktionsstörungen verbunden war. Trotz dieses vielversprechenden ersten Ergebnisses haben aktuelle kommerzielle zerebrale Oximeter eine Reihe von Einschränkungen, die ein zuverlässiges perioperatives Neuromonitoring verhindern, einschließlich Unspezifität aufgrund von Signalkontamination durch extrazerebrales Gewebe, insbesondere während der Verabreichung von Vasokonstriktoren oder Hypothermie. Außerdem haben gegenwärtige kommerzielle cerebrale Oximeter nur zwei Kanäle, um die Frontallappenregionen (d. h. das Gebiet der vorderen cerebralen Arterie) zu überwachen. Diese Überwachungsstrategie geht davon aus, dass die zerebrale Oxygenierung über verschiedene Gehirnregionen hinweg homogen ist, so dass Messungen aus den Frontallappenregionen klinisch verwendet werden können, um die Angemessenheit der globalen Sauerstoffversorgung des Gehirns darzustellen. Eine solche begrenzte räumliche Abdeckung kann zu einem unentdeckten Schlaganfall führen, obwohl die Patienten während des gesamten chirurgischen Eingriffs eine scheinbar normale zerebrale Oxygenierung in den Frontalregionen haben. Das aktuelle Forschungsprojekt setzt Mehrkanal-tr-fNIRS ein, um diese Einschränkungen zu beheben, mit dem Ziel, ischämische Hirnverletzungen rechtzeitig zu erkennen und zu verhindern.

Mehrkanal-tr-fNIRS (zeitaufgelöste (tr) funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) (tr-fNIRS)) ist eine aufstrebende Technologie zur Bildgebung des Gehirns, die ursprünglich entwickelt wurde, um Änderungen der zerebralen Oxygenierung zu untersuchen, die durch kortikale neuronale Aktivität während verschiedener kognitive Aufgaben wie Sprache, sensorische und motorische Funktionen und Emotion. Dies liegt daran, dass tr-fNIRS solche subtilen Änderungen der zerebralen Sauerstoffversorgung in Millisekunden (bis zu 100 ms) messen kann, die mit Neuroaktivierung wie Fingertippen einhergehen. Die Forscher haben mehrere tr-fNIRS-Geräte gebaut und verfügen über das Fachwissen, das tr-fNIRS-Gerät mit vollständiger Kopfabdeckung an das perioperative Neuromonitoring anzupassen. Darüber hinaus sendet tr-fNIRS kurze (Pikosekunden) Lichtimpulse in den Kopf und misst präzise die Laufzeit jedes Photons im Gewebe. Da es eine Äquivalenz zwischen Zeit und Entfernung gibt, haben Photonen, die direkt nach dem Puls detektiert werden, nur die extrazerebralen Schichten (Kopfhaut und Schädel) untersucht, während Photonen, die lange nach (1-2 ms) dem Puls detektiert wurden, tief in das Gehirn gewandert sind Gewebe. Die Forscher haben kürzlich gezeigt, dass dieser Ansatz die Signalkontaminationen der extrazerebralen Schichten von 80 % mit aktuellen kommerziellen NIRS-Geräten auf weniger als 8 % mit tr-fNIRS reduziert. In dieser Studie werden die Forscher ein hochmodernes tr-fNIRS-Gerät mit vollständiger Kopfabdeckung einsetzen, um das gesamte Gehirn zu überwachen, im Gegensatz zu nur ausgewählten Regionen (wie die begrenzten Fähigkeiten der derzeitigen zerebralen Oximeter) in der Perioperative Einstellung. Zusammen mit hausinternen Analysealgorithmen kann tr-fNIRS mit vollständiger Kopfabdeckung aufgrund der höheren räumlichen Auflösung (in cm) und der geringeren Signalkontamination durch extrazerebrales Gewebe spezifische Hirnregionen mit einem hohen Maß an Sicherheit erkennen, bei denen das Risiko einer ischämischen Verletzung besteht.

Alle Studienteilnehmer werden unter Einhaltung der lokalen Ethikrichtlinien rekrutiert und eingewilligt. Für alle Studienteilnehmer wird die chirurgische und anästhetische Behandlung der Patienten in einer standardisierten Weise durchgeführt und in dieser Studie nicht verändert. Die Ausnahme ist, dass tr-fNIRS verwendet wird, um die regionale Sauerstoffversorgung des Gehirns von der Narkoseeinleitung bis zum Abschluss der Operation zu überwachen. Die Chirurgen, Anästhesisten und Krankenschwestern sind während des Eingriffs für den Monitor/die Messungen blind. Basierend auf den Ergebnissen des tr-fNIRS wird keine Intervention durchgeführt.