Monikanavainen aikaresoluutioinen toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia perioperatiivisten aivovaurioiden ehkäisyyn

Perioperatiivinen aivohalvaus on merkittävä komplikaatio leikkauksen jälkeen. Valitettavasti peitettyä aivohalvausta esiintyy yhdellä neljästätoista iäkkäästä potilaasta ei-sydänleikkauksen jälkeen, ja se liittyy lisääntyneeseen pitkäaikaisen kognitiivisen heikkenemisen riskiin. Lisäksi perioperatiivinen ilmeinen aivohalvaus liittyy 8-kertaiseen perioperatiivisen kuolleisuuden lisääntymiseen, pidentyneeseen sairaalahoitoon ja heikentyneeseen elämänlaatuun. Rantatuoliasennossa tehdyssä olkapääleikkauksessa systeemisen hypotension ja aivojen perfuusiopaineen laskun vuoksi aivojen desaturaatiotapahtumia ja heikentynyttä aivojen autoregulaatiota voi esiintyä jopa 80 %:lla potilaista. Suurin osa perioperatiivisista aivohalvauksista ei-sydänkirurgiassa on iskeeminen ja liittyy aivojen hypoperfuusioon. Tärkeää on, että aivojen hypoperfuusiota voidaan mahdollisesti muokata yksinkertaisilla toimenpiteillä, kuten nostamalla systeemistä verenpainetta (BP), jos aivoiskemia tunnistetaan riittävän aikaisin. Tahallinen verenpainetauti ei kuitenkaan ole riskitön, eikä tällä hetkellä ole tehokasta monitoria, joka pystyisi havaitsemaan aivojen hypoperfuusiota leikkauksen aikana.

Aivojen hapetusta on käytetty kliinisesti riittävän aivojen perfuusion mittana leikkauksen aikana. Westernin varhaisessa kliinisessä tutkimuksessa havaittiin, että aivojen hapetuksen seurantaan liittyi vähemmän suuria elinten toimintahäiriöitä sydänleikkauspotilailla. Tästä lupaavasta alustavasta löydöstä huolimatta nykyisillä kaupallisilla aivooksimetreillä on useita rajoituksia, jotka estävät luotettavan perioperatiivisen neuromonitoroinnin, mukaan lukien epäspesifisyys, joka johtuu aivojen ulkopuolisesta kudoksesta tulevasta signaalikontaminaatiosta, erityisesti vasokonstriktorilääkkeiden tai hypotermian annon aikana. Lisäksi nykyisissä kaupallisissa aivooksimetreissä on vain kaksi kanavaa otsalohkon alueiden (eli etummaisen aivovaltimon alueen) tarkkailemiseksi. Tässä seurantastrategiassa oletetaan, että aivojen hapetus on homogeenista eri aivojen alueilla, joten otsalohkon alueiden mittauksia voidaan käyttää kliinisesti kuvaamaan globaalin aivojen hapetuksen riittävyyttä. Tällainen rajoitettu alueellinen peitto voi johtaa havaitsemattomaan aivohalvaukseen huolimatta siitä, että potilailla on ilmeisesti normaali aivojen hapetus frontaalisilla alueilla koko leikkauksen ajan. Nykyisessä tutkimusprojektissa käytetään monikanavaista tr-fNIRS:ää näiden rajoitusten korjaamiseksi, tavoitteena iskeemisen aivovaurion oikea-aikainen havaitseminen ja ehkäisy.

Monikanavainen tr-fNIRS (aikaresoluutioinen (tr) toiminnallinen lähi-infrapunaspektroskopia (fNIRS) (tr-fNIRS)) on nouseva aivojen kuvantamistekniikka, joka kehitettiin alun perin tutkimaan aivokuoren hermosolujen toiminnan aiheuttamia muutoksia aivokuoren hapettumisessa. kognitiiviset tehtävät, kuten puhe, sensoriset ja motoriset toiminnot sekä tunteet. Tämä johtuu siitä, että tr-fNIRS voi mitata sellaisia ​​hienovaraisia ​​aivojen hapetuksen muutoksia millisekunneissa (jopa 100 ms), jotka liittyvät neuroaktivaatioon, kuten sormen napautukseen. Tutkijat ovat rakentaneet useita tr-fNIRS-laitteita ja heillä on asiantuntemusta täyden pään peittävän tr-fNIRS-laitteen mukauttamisesta perioperatiiviseen neuromonitorointiin. Lisäksi tr-fNIRS toimii lähettämällä lyhyitä (pikosekunnin) valopulsseja päähän ja mittaa tarkasti jokaisen fotonin kulkuajan kudoksessa. Koska ajan ja etäisyyden välillä on ekvivalenssi, heti pulssin jälkeen havaitut fotonit ovat tutkineet vain aivojen ulkopuolisia kerroksia (päänahkaa ja kalloa), kun taas fotonit, jotka havaitaan kauan pulssin (1-2 ms) jälkeen, ovat kulkeneet syvälle aivoihin. kudoksia. Tutkijat ovat äskettäin osoittaneet, että tämä lähestymistapa vähentää aivojen ulkopuolisten kerrosten signaalikontaminaation 80 %:sta nykyisillä kaupallisilla NIRS-laitteilla alle 8 %:iin tr-fNIRS-laitteilla. Tässä tutkimuksessa tutkijat käyttävät huippuluokan päätä peittävää tr-fNIRS-laitetta koko aivojen tarkkailuun, toisin kuin vain valikoiduilla alueilla (kuten nykyisten aivooksimetrien rajalliset ominaisuudet) perioperatiivissa. asetusta. Yhdessä talon sisäisten analyysialgoritmien kanssa täysi pään peitto tr-fNIRS voi havaita tietyt aivoalueet, joilla on iskeemisen vamman riski, suurella varmuudella paremman avaruudellisen resoluution (cm) ja aivojen ulkopuolisen kudoksen signaalikontaminaation ansiosta.

Kaikki tutkimukseen osallistujat rekrytoidaan ja hyväksytään paikallisten eettisten ohjeiden mukaisesti. Kaikille tutkimukseen osallistujille potilaiden kirurginen ja anestesiahoito suoritetaan normaalisti, eikä sitä muuteta tässä tutkimuksessa. Poikkeuksena on, että tr-fNIRS:ää käytetään aivojen alueellisen hapetuksen seuraamiseen anestesian induktiosta leikkauksen loppuunsaattamiseen. Kirurgit, anestesiologit ja sairaanhoitajat sokeutuvat monitoriin/mittauksiin toimenpiteen aikana. Mitään interventiota ei anneta tr-fNIRS-tulosten perusteella.