Meerkanaals tijdopgeloste functionele nabij-infraroodspectroscopie ter voorkoming van peri-operatief hersenletsel

Perioperatieve beroerte is een belangrijke complicatie na een operatie. Helaas komt een heimelijke beroerte voor bij één op de veertien oudere patiënten na niet-cardiale chirurgie en gaat gepaard met een verhoogd risico op cognitieve achteruitgang op de lange termijn. Verder wordt peri-operatieve openlijke beroerte geassocieerd met een 8-voudige toename van peri-operatieve mortaliteit, verlengde opnameduur in het ziekenhuis en verminderde kwaliteit van leven. Voor schouderoperaties die worden uitgevoerd in de strandstoelpositie, kunnen als gevolg van systemische hypotensie en verlaging van de cerebrale perfusiedruk cerebrale desaturatiegebeurtenissen en verminderde cerebrale autoregulatie optreden bij tot 80% van de patiënten. De meeste peri-operatieve beroertes bij niet-cardiale chirurgie zijn ischemisch en houden verband met hypoperfusie van de hersenen. Belangrijk is dat hypoperfusie van de hersenen mogelijk kan worden gewijzigd met eenvoudige maatregelen, zoals het verhogen van de systemische bloeddruk (BP) als hersenischemie vroeg genoeg wordt geïdentificeerd. Opzettelijke hypertensie is echter niet zonder risico en er is momenteel geen effectieve monitor die hersenhyperfusie tijdens een operatie kan detecteren.

Cerebrale oxygenatie is klinisch gebruikt als maatstaf voor adequate hersenperfusie tijdens operaties. Een vroege klinische proef bij Western wees uit dat het monitoren van cerebrale oxygenatie geassocieerd was met minder gevallen van ernstige orgaandisfunctie bij patiënten met een hartoperatie. Ondanks deze veelbelovende eerste bevinding hebben de huidige commerciële cerebrale oximeters een aantal beperkingen die betrouwbare peri-operatieve neuromonitoring in de weg staan, waaronder niet-specificiteit als gevolg van signaalverontreiniging van extracerebraal weefsel, vooral tijdens toediening van vasoconstrictoren of hypothermie. Bovendien hebben de huidige commerciële cerebrale oximeters slechts twee kanalen om de gebieden van de frontale kwab (d.w.z. het gebied van de voorste hersenslagader) te bewaken. Deze monitoringstrategie gaat ervan uit dat cerebrale oxygenatie homogeen is in verschillende hersengebieden, zodat metingen van de frontale kwabgebieden klinisch kunnen worden gebruikt om de adequaatheid van wereldwijde hersenoxygenatie weer te geven. Een dergelijke beperkte ruimtelijke dekking kan resulteren in een onopgemerkte beroerte, ondanks dat de patiënten tijdens de operatie ogenschijnlijk normale cerebrale oxygenatie in de frontale gebieden hebben. Het huidige onderzoeksproject maakt gebruik van multi-channel tr-fNIRS om deze beperkingen aan te pakken, met als doel tijdige detectie en preventie van ischemisch hersenletsel.

Multi-channel tr-fNIRS (time-resolved (tr) functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) (tr-fNIRS)) is een opkomende technologie voor beeldvorming van de hersenen die oorspronkelijk is ontwikkeld om veranderingen in cerebrale oxygenatie te onderzoeken die worden gegenereerd door corticale neuronale activiteit tijdens verschillende cognitieve taken zoals spraak, sensorische en motorische functies en emotie. Dit komt omdat tr-fNIRS zulke subtiele cerebrale oxygenatieveranderingen in milliseconden (tot 100 ms) kan meten die gepaard gaan met neuro-activatie zoals vingertikken. De onderzoekers hebben verschillende tr-fNIRS-apparaten gebouwd en hebben de expertise om het tr-fNIRS-apparaat met volledige hoofddekking aan te passen aan perioperatieve neuromonitoring. Bovendien werkt tr-fNIRS door korte (picoseconde) lichtpulsen in het hoofd te sturen en nauwkeurig de reistijd van elk foton in het weefsel te meten. Aangezien er een equivalentie is tussen tijd en afstand, hebben fotonen die direct na de puls worden gedetecteerd alleen de extracerebrale lagen (hoofdhuid en schedel) gesondeerd, terwijl fotonen die lang na (1-2 ms) de puls worden gedetecteerd, diep in de hersenen zijn gereisd weefsels. De onderzoekers hebben onlangs aangetoond dat deze aanpak de signaalverontreinigingen van de extracerebrale lagen vermindert van 80% met de huidige commerciële NIRS-apparaten tot minder dan 8% met tr-fNIRS. In deze studie zullen de onderzoekers een state-of-the-art tr-fNIRS-apparaat met volledige hoofddekking gebruiken om de hele hersenen te bewaken, in tegenstelling tot alleen geselecteerde regio's (zoals de beperkte mogelijkheden van de huidige cerebrale oximeters) in de perioperatieve instelling. Samen met interne analyse-algoritmen kan de volledige hoofddekking tr-fNIRS specifieke hersengebieden met een hoge mate van zekerheid detecteren met een hoge mate van zekerheid vanwege een grotere ruimtelijke resolutie (in cm) en minder signaalverontreiniging door extracerebraal weefsel.

Alle deelnemers aan de studie zullen worden aangeworven en ermee instemmen zich te houden aan de lokale ethische richtlijnen. Voor alle deelnemers aan de studie geldt dat de chirurgische en anesthetische behandeling van de patiënten op een standaardmanier zal worden uitgevoerd en in deze studie niet zal worden gewijzigd. De uitzondering is dat tr-fNIRS zal worden gebruikt om de regionale hersenoxygenatie te bewaken vanaf de inductie van de anesthesie tot de voltooiing van de operatie. De chirurgen, anesthesiologen en verpleegkundigen zijn tijdens de procedure blind voor de monitor/metingen. Er wordt geen interventie uitgevoerd op basis van de resultaten van de tr-fNIRS.