Detectie en classificatie van bewustzijnsniveaus met behulp van pariëtale EEG-fNIRS tijdens anesthesie

Apparaten voor data-acquisitie De elektrische hersensignalen zullen worden gemeten met vier elektroden en een Cyton OpenBCI-bord met een bemonsteringsfrequentie van 250 Hz. De hemodynamische signalen van de hersenen zullen worden gemeten met een NIRSport met 16 optodes en een bemonsteringsfrequentie van 15,525 Hz en een golflengte van 760 nm. De elektroden en optodes zullen in de pariëtale zone worden geplaatst, volgens het aanbevolen 10-5-systeem voor het multimodale EEG-fNIRS-paradigma. De software Lab Streaming Layer zal worden gebruikt om de EEG- en fNIRS-gegevens te synchroniseren.

Data-acquisitie Patiënten worden 30 minuten voor hun klinische afspraak opgeroepen om de EEG- en fNIRS-systemen te plaatsen, af te stellen en te kalibreren. Voorafgaand aan de endoscopieprocedure wordt een nulmeting van 5 minuten uitgevoerd met gesloten ogen. Daarna zullen patiënten binnen 20 minuten worden verdoofd met een constante infusiesnelheid van 20 mg/kg/uur-1 intraveneus propofol tot bewustzijnsverlies. Tijdens de infusie wordt de gemodificeerde Ramsay-schaal gebruikt door de verantwoordelijke anesthesist om de bewustzijnsniveaus te meten, beoordeeld aan de hand van de reactie van de patiënt op verbale of pijnlijke prikkels. Het bewustzijnsniveau wordt elke twee minuten geëvalueerd tot volledig bewustzijnsverlies, wat wordt aangenomen na het verlies van defensieve of doelgerichte reactie op een tweede standaard tetanische stimulatie. Hierna wordt de endoscopieprocedure normaal voortgezet volgens de standaard klinische protocollen. Voordat ze vertrekken, wordt patiënten gevraagd om de BRICE-enquête in te vullen, die wordt gebruikt om de ervaring van de patiënt tijdens operaties of soortgelijke procedures te evalueren. Patiënten worden tijdens de hele endoscopieprocedure gemeten. Eventuele aanvullende overwegingen worden geval per geval behandeld door de verantwoordelijke medische staf.

Rechtvaardiging van de gekozen steekproefomvang De steekproefomvang (n = 25) werd bepaald met de Cohen-test, met een statistisch vermogen van 0,8 en een alfa-vermogen van 0,05, om significante intraspecifieke subjectverschillen vast te stellen bij het vergelijken van waakzaamheid, diepe sedatie en tussenliggende niveaus van bewustzijn.

EEG-gegevensanalyse Delta (0,1-3 Hz), theta (4-7 Hz), lagere alfa (8-12 Hz), bovenste alfa (12-15 Hz) en bèta/gamma (15-40 Hz) vermogensbanden zullen worden gebruikt als kenmerken voor het decoderingsmodel. De kenmerken worden berekend met behulp van een bewegend venster van één minuut. De bewustzijnsniveaus die zijn geïdentificeerd met behulp van de gemodificeerde Ramsay-schaal, worden gekoppeld aan het overeenkomstige venster. Voor deze analyses wordt de software Homer 2012: MNE in Python gebruikt.

fNIRS-gegevensanalyse De temporele referentie van het geoxygeneerde (HbO2) en gedeoxygeneerde (HHb) hemoglobine zal worden verkregen uit de optische signalen, gebruikmakend van de gewijzigde wet van Beer-Lambert. De interessegebieden (ROI's) zullen worden verkregen in relatie tot de regionale lokale gemiddelde activiteit. Het gemiddelde, maximale en helling van het signaal van elke ROI wordt verkregen. Er zullen ook vectorfase-analyses worden uitgevoerd, met vensters van één minuut. Voor deze analyses wordt de software Homer 2021: MNE in Python gebruikt.

Classificatie met behulp van machine-learning Voor elk venster van één minuut worden de EEG- en fNIRS-kenmerken aan een Support Vector Machine (SVM)-classificator gegeven met behulp van een basale straal. Elk venster wordt gekoppeld aan het bewustzijnsniveau volgens de gemodificeerde Ramsay-schaal. Er worden drie modellen getest: alleen EEG, alleen fNIRS en fNIRS + EEG. Elk model zal proberen het bewustzijnsniveau van de patiënt te decoderen met behulp van de bovengenoemde schaal.