EEG-Signal-Korrelationen während Anästhesie und Sedierung bei Erwachsenen und Kindern (SPECTRALADUPED)

HINTERGRUND UND BEGRÜNDUNG:

Die Überwachung der Narkosetiefe mittels Elektroenzephalographie (EEG) ist inzwischen klinische Standardpraxis, insbesondere durch verarbeitete Indizes wie den Bispektral-Index (BIS). Allerdings sind die zugrundeliegenden neurophysiologischen Mechanismen und Zusammenhänge zwischen rohen EEG-Signalen und klinisch-pharmakologischen Parametern nach wie vor unvollständig verstanden. Aktuelle Überwachungssysteme liefern verarbeitete Indizes, aber nur begrenzte Einblicke in die Eigenschaften roher Mehrkanal-EEG-Signale. Eine systematische Analyse von EEG-Daten über verschiedene Patientenpopulationen, Altersgruppen und Narkosekontexte hinweg ist erforderlich, um unser Verständnis der Hirnreaktionen auf Narkose zu vertiefen und Überwachungsstrategien zu verbessern.

STUDIENDESIGN:

Dies ist eine prospektive, multizentrische, nicht-interventionelle, beobachtende Kohortenstudie, die an zwei Standorten der Assistance Publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) durchgeführt wird: Bichat-Claude Bernard Krankenhaus und Louis Mourier Krankenhaus. Die Studie beinhaltet keine Änderungen der routinemäßigen Narkoseversorgung – nur die Erfassung und Analyse von EEG-Daten während der Standardklinikpraxis.

STUDIENPOPULATIONEN:

Die Studie wird 330 Teilnehmer in drei verschiedenen Kohorten einschließen:

Kohorte 1 – Pädiatrische Population (n=110):

Kinder im Alter von 1-17 Jahren, die sich einer Allgemeinanästhesie für geplante chirurgische Eingriffe unterziehen. Diese Kohorte umfasst speziell:

• 55 Kinder mit Autismus-Spektrum-Störung (ASS), diagnostiziert nach DSM-5-Kriterien
• 55 Kinder ohne ASS (gematchte Kontrollen) Diese einzigartige Population ermöglicht die Untersuchung potenzieller neuroentwicklungsbedingter Unterschiede in der Anästhesiereaktion und den EEG-Mustern bei Kindern mit ASS.

Kohorte 2 – Ältere Erwachsenenpopulation (n=110):

Patienten im Alter von >70 Jahren, die sich am Bichat-Claude Bernard Krankenhaus einer geplanten Operation unter Allgemeinanästhesie unterziehen. Diese ältere Population ist wichtig für die Untersuchung altersbedingter physiologischer Veränderungen, die EEG-Muster während der Narkose beeinflussen, und potenziell erhöhter Empfindlichkeit gegenüber Anästhetika.

Kohorte 3 – Sedierungsprozedur-Population (n=110):

Erwachsene (≥18 Jahre), die sich am Louis Mourier Krankenhaus einer Prozedur-Sedierung für diagnostische oder therapeutische Verdauungsendoskopie-Prozeduren unterziehen. Diese Kohorte liefert vergleichende Daten zu leichteren Sedierungsgraden im Vergleich zur Allgemeinanästhesie.

EINSCHLUSSKRITERIEN:

Für erwachsene Patienten:

• Alter ≥18 Jahre (Kohorte 2: >70 Jahre; Kohorte 3: ≥18 Jahre)
• Geplant für Allgemeinanästhesie (Kohorte 2) oder Prozedur-Sedierung (Kohorte 3)
• Präanästhetische Konsultation abgeschlossen
• Über die Studie informiert und Nicht-Opposition eingeholt

Für pädiatrische Patienten (Kohorte 1):

• Alter 1-17 Jahre
• Geplant für Allgemeinanästhesie für chirurgischen Eingriff
• Für ASS-Untergruppe: Bestätigte DSM-5-Diagnose einer Autismus-Spektrum-Störung
• Inhaber der elterlichen Autorität informiert und Nicht-Opposition eingeholt
• Kind informiert (altersgerecht) und Nicht-Opposition eingeholt

AUSSCHLUSSKRITERIEN:

Für erwachsene Patienten:

• Dokumentierte kognitive Beeinträchtigung in der Patientenakte
• Patientenverweigerung der Teilnahme
• Patient unter Freiheitsentzug oder rechtlicher Betreuung
• Schwangere oder stillende Frauen

Für pädiatrische Patienten:

• Elterliche Verweigerung der Teilnahme des Kindes
• Verweigerung des Kindes (wenn altersgerecht zu verstehen)

DATENERFASSUNG:

Während der routinemäßigen Narkoseversorgung ohne protokollspezifische Interventionen wird Folgendes aufgezeichnet:

EEG-Überwachung:

• Kontinuierliches Mehrkanal-EEG mit BIS (Bispectral Index)-Monitor
• Kontinuierliches Mehrkanal-EEG mit SedLine-Monitor
• Verarbeitete Parameter (BIS-Index, spektrale Kantenfrequenz, Suppressionsrate usw.)
• Roh-EEG-Signale im Standard-EDF-Format aufgezeichnet

Synchronisierte klinische Annotationen:

• Verabreichung von Anästhetika (Wirkstoff, Dosis, Verabreichungsweg, Zeitpunkt)
• Klinische Ereignisse (Intubation, chirurgischer Schnitt, Aufwachen usw.)
• Hämodynamische Parameter (Herzfrequenz, Blutdruck)
• Bewusstseinsgrad-Bewertungen (RASS, klinische Zeichen)
• Intensität der chirurgischen Stimulation
• Unerwünschte Ereignisse

Patientencharakteristika:

• Demografie (Alter, Geschlecht, Gewicht, Größe, BMI)
• Medizinische Vorgeschichte und Komorbiditäten
• Begleitmedikation
• ASA-klassifizierung des körperlichen Status
• Für pädiatrische Kohorte: ASS-Diagnose und -Merkmale

Alle EEG-Aufzeichnungen und Multisignal-Dateien werden vor der Analyse mit einer eindeutigen Studienkennung pseudonymisiert. Daten werden auf sicheren Servern gespeichert, die den GDPR-Vorschriften entsprechen.

PRIMÄRES ZIEL:

Merkmale des elektroenzephalographischen (EEG)-Signals zu identifizieren, die signifikant korrelieren mit:

1. Pharmakologischen Parametern: Anästhetika-Typ, Konzentration (geschätzte Effektortkonzentration), Wirkstoffkombinationen, pharmakokinetisch-pharmakodynamische Eigenschaften
2. Klinischen Parametern: Patientenalter, Komorbiditäten, Intensität der chirurgischen Stimulation, hämodynamische Veränderungen, Aufwachmerkmale

Diese Korrelationen werden separat für die Einleitungs-, Erhaltungs- und Aufwachphasen der Allgemeinanästhesie und für die Prozedur-Sedierung analysiert.

SEKUNDÄRE ZIELE:

1. Entwicklung und Validierung von Vorhersagemodellen mithilfe von Machine-Learning-Algorithmen, um spezifische EEG-Merkmale mit Narkosetiefe und Bewusstseinsgrad zu verknüpfen
2. Vergleich spektraler und zeitlicher EEG-Charakteristika zwischen pädiatrischer und erwachsener Population während äquivalenter Narkosezustände
3. Analyse differenzieller Effekte häufig verwendeter Anästhetika (Propofol, Sevofluran, Desfluran, Remifentanil) auf Mehrkanal-EEG-Muster
4. Untersuchung spezifischer EEG-Signaturen und Anästhesiereaktionen bei Kindern mit Autismus-Spektrum-Störung im Vergleich zu typisch entwickelten Kindern
5. Charakterisierung charakteristischer EEG-Muster während Prozedur-Sedierung versus Allgemeinanästhesie
6. Bewertung interindividueller und intraindividueller Variabilität in EEG-Reaktionen auf Anästhetika
7. Bewertung der Korrelation zwischen frontalen EEG-Mustern und klinischen Zeichen der Narkosetiefe

ENDPUNKTE:

Primärer Endpunkt:

Korrelationskoeffizienten (Pearson oder Spearman, je nach Angemessenheit) zwischen extrahierten EEG-Merkmalen (spektrale Leistung in verschiedenen Frequenzbändern, Kohärenz, Entropiemaße, Burst-Suppressions-Muster) und pharmakologischen/klinischen Variablen während verschiedener Narkosephasen.

Sekundäre Endpunkte:

• Leistungsmetriken (Sensitivität, Spezifität, AUC) von Vorhersagemodellen für Narkosetiefe
• Unterschiede in der EEG-Leistungsspektraldichte zwischen Altersgruppen
• Veränderungen in EEG-Mustern, die mit spezifischen Anästhetika assoziiert sind
• Unterschiede in EEG-Charakteristika zwischen Kindern mit/ohne ASS
• Vergleich von EEG-Mustern zwischen Sedierung und Allgemeinanästhesie
• Varianzkomponenten inter- und intraindividueller EEG-Variabilität

STATISTISCHE ANALYSE:

Die Stichprobengröße von 330 Teilnehmern (110 pro Kohorte) wurde berechnet, um zu liefern:

• Ausreichende Power (>80%) zur Detektion mittlerer Effektgrößen (r≥0,3) für Korrelationsanalysen
• Ausreichende Trainings- und Validierungsdatensätze für Machine-Learning-Modelle
• Subgruppenanalysen innerhalb der pädiatrischen Kohorte (ASS vs. Nicht-ASS)

Fortschrittliche Signalverarbeitungstechniken werden angewendet, einschließlich:

• Fast-Fourier-Transformation für Spektralanalyse
• Wavelet-Zerlegung für Zeit-Frequenz-Analyse
• Entropiemaße (Spektralentropie, Permutationsentropie)
• Kohärenz- und Konnektivitätsanalysen
• Machine-Learning-Algorithmen (Random Forests, Support Vector Machines, neuronale Netze)

Statistische Analysen verwenden geeignete parametrische oder nicht-parametrische Tests je nach Datenverteilung. Bei Bedarf werden Korrekturen für multiples Testen angewendet (Bonferroni, FDR). Gemischte-Effekte-Modelle berücksichtigen wiederholte Messungen innerhalb von Individuen.

STUDIENDAUER:

• Rekrutierungszeitraum: 12 Monate
• Individuelle Patientenpartizipation: Etwa 1 Monat (Intervall zwischen präanästhetischer Konsultation und chirurgischem Eingriff/Endoskopie)
• Gesamte Studiendauer: 13 Monate inklusive Datenanalyse

ETHISCHE UND REGULATORISCHE ÜBERLEGUNGEN:

Diese nicht-interventionelle Studie beinhaltet keine Änderungen der Standardklinikversorgung, kein zusätzliches Risiko für Teilnehmer und keine experimentellen Interventionen. Die Studie wurde dem Comité de Protection des Personnes (CPP) zur ethischen Genehmigung vorgelegt und wird bei der ANSM registriert. Teilnehmer (oder Eltern für Minderjährige) erhalten schriftliche Informationen und erteilen Nicht-Opposition für die Datennutzung. Das gesamte Datenmanagement entspricht den GDPR-Vorschriften (Referenzmethodik MR-003).

ERWARTETE ERGEBNISSE UND AUSWIRKUNGEN:

Diese umfassende Studie wird umfangreiche Datensätze zu EEG-Signalcharakteristika über diverse Narkosekontexte und Patientenpopulationen hinweg liefern. Ergebnisse können führen zu:

• Verbesserten Algorithmen für Echtzeit-Narkosetiefenüberwachung
• Besserem Verständnis altersbedingter und neuroentwicklungsbedingter Unterschiede in der Anästhesiereaktion
• Optimierung der Anästhetika-Auswahl und Dosierungsstrategien
• Erhöhte Sicherheit durch genauere Bewusstseinsüberwachung
• Neuen Einblicken in neurophysiologische Mechanismen der Narkose
• Grundlage für zukünftige Entwicklung personalisierter Narkosemanagement-Ansätze

Das rein beobachtende Design gewährleistet maximale Sicherheit, während klinisch relevante Daten generiert werden, um das Feld des Neuromonitorings in der Anästhesie voranzubringen.