Påvisning og klassifisering av bevissthetsnivåer ved bruk av parietal EEG-fNIRS under anestesi

Enheter for datainnsamling De elektriske hjernesignalene vil bli målt med fire elektroder og et Cyton OpenBCI-kort med en samplingsfrekvens på 250 Hz. Hjernens hemodynamiske signaler vil bli målt med en NIRSport med 16 optoder og en samplingsfrekvens på 15,525 Hz og en bølgelengde på 760 nm. Elektrodene og optodene vil bli plassert i parietalsonen, etter det anbefalte 10-5-systemet for det multimodale EEG-fNIRS-paradigmet. Programvaren Lab Streaming Layer vil bli brukt til å synkronisere EEG- og fNIRS-dataene.

Datainnsamling Pasienter vil bli innkalt 30 minutter før deres kliniske avtale for å sette, justere og kalibrere EEG- og fNIRS-systemene. En 5-minutters baseline-måling vil bli utført før endoskopi-prosedyren, med lukkede øyne. Etterpå vil pasienter bli bedøvet med en konstant infusjonshastighet på 20 mg/kg/t-1 intravenøs propofol inntil bevisstløshet, innen 20 minutter. Under infusjon vil den modifiserte Ramsay-skalaen bli brukt av ansvarlig anestesilege for å måle bevissthetsnivåene, vurdert av pasientens respons på verbale eller smertefulle stimuli. Bevissthetsnivået vil bli evaluert hvert annet minutt inntil fullstendig tap av bevissthet, som antas etter tap av defensiv eller målrettet respons på en andre standard tetanisk stimulering. Etter dette vil endoskopi-prosedyren fortsette normalt etter standard kliniske protokoller. Før de drar, vil pasientene bli bedt om å svare på BRICE-undersøkelsen, som brukes til å evaluere pasientens opplevelse under operasjoner eller lignende prosedyrer. Pasientene vil bli målt gjennom hele endoskopi-prosedyren. Eventuelle tilleggshensyn vil bli håndtert fra sak til sak av det ansvarlige medisinske personalet.

Begrunnelse for den valgte prøvestørrelsen Prøvestørrelsen (n = 25) ble bestemt av Cohen-testen, med en statistisk styrke på 0,8 og en alfa-styrke på 0,05, for å bestemme signifikante intraspesifikke individforskjeller når man sammenligner våkenhet, dyp sedasjon og mellomnivåer av bevissthet.

EEG-dataanalyse Delta (0,1-3 Hz), theta (4-7 Hz), nedre alfa (8-12 Hz), øvre alfa (12-15 Hz) og beta/gamma (15-40 Hz) kraftbånd vil bli brukt som funksjoner for dekodingsmodellen. Funksjonene vil bli beregnet ved å bruke et bevegelig vindu på ett minutt. Bevissthetsnivåene identifisert ved hjelp av Modified Ramsay Scale vil bli paret med det tilsvarende vinduet. Programvaren Homer 2012: MNE i Python vil bli brukt til disse analysene.

fNIRS-dataanalyse Den tidsmessige referansen til oksygenert (HbO2) og deoksygenert (HHb) hemoglobin vil bli hentet fra de optiske signalene, ved å bruke den modifiserte Beer-Lambert-loven. Regionene av interesse (ROI) vil bli innhentet i forhold til regional lokal gjennomsnittlig aktivitet. Gjennomsnittet, maksimalt og helningen til signalet for hver ROI vil bli oppnådd. Vektorfaseanalyser vil også bli implementert, med ett minutts vinduer. Programvaren Homer 2021: MNE i Python vil bli brukt til disse analysene.

Klassifisering ved hjelp av maskinlæring For hvert ett-minutts vindu vil EEG- og fNIRS-funksjonene bli gitt til en Support Vector Machine (SVM) klassifikator som bruker en basal radius. Hvert vindu vil bli knyttet til bevissthetsnivået i henhold til den modifiserte Ramsay-skalaen. Tre modeller vil bli testet: kun EEG, kun fNIRS og fNIRS + EEG. Hver modell vil prøve å dekode pasientens bevissthetsnivå ved hjelp av den nevnte skalaen.