Multikanals tidsløst funksjonell nær infrarød spektroskopi for forebygging av perioperativ hjerneskade

Peroperativt slag er en betydelig komplikasjon etter operasjon. Dessverre forekommer skjult hjerneslag hos én av fjorten eldre pasienter etter ikke-hjertekirurgi og er assosiert med økt risiko for langvarig kognitiv svikt. Videre er perioperativt åpenlyst slag assosiert med en 8 ganger økning i perioperativ dødelighet, forlenget lengde på sykehusopphold og redusert livskvalitet. For skulderkirurgi utført i strandstolposisjon, på grunn av systemisk hypotensjon og reduksjon i cerebralt perfusjonstrykk, kan cerebrale desaturasjonshendelser og nedsatt cerebral autoregulering forekomme hos opptil 80 % av pasientene. De fleste perioperative hjerneslag ved ikke-hjertekirurgi er iskemisk og er relatert til hjernehypoperfusjon. Viktigere er at hjernehyperfusjon potensielt kan modifiseres med enkle tiltak som å øke systemisk blodtrykk (BP) hvis hjerneiskemi identifiseres tidlig nok. Imidlertid er bevisst hypertensjon ikke blottet for risiko, og det er for tiden ingen effektiv monitor som kan oppdage hjernehyperfusjon under operasjonen.

Cerebral oksygenering har blitt brukt klinisk som et mål på tilstrekkelig hjerneperfusjon under kirurgi. En tidlig klinisk studie ved Western fant at overvåking av cerebral oksygenering var assosiert med færre tilfeller av alvorlig organdysfunksjon hos pasienter med hjertekirurgi. Til tross for dette lovende innledende funnet, har nåværende kommersielle cerebrale oksymetre en rekke begrensninger som forhindrer pålitelig perioperativ nevromonitorering, inkludert ikke-spesifisitet på grunn av signalkontaminering fra ekstracerebralt vev, spesielt under administrering av vasokonstriktorer eller hypotermi. I tillegg har nåværende kommersielle cerebrale oksymetre bare to kanaler for å overvåke frontallappens regioner (dvs. fremre cerebrale arterieterritorium). Denne overvåkingsstrategien forutsetter at cerebral oksygenering er homogen på tvers av forskjellige hjerneregioner, slik at målinger fra frontallappens regioner kan brukes klinisk for å representere tilstrekkeligheten til global hjerneoksygenering. En slik begrenset romlig dekning kan føre til uoppdaget hjerneslag, til tross for at pasientene har tilsynelatende normal cerebral oksygenering i frontalregionene gjennom operasjonen. Det nåværende forskningsprosjektet bruker flerkanals tr-fNIRS for å adressere disse begrensningene, med målet om rettidig oppdagelse og forebygging av iskemisk hjerneskade.

Multi-channel tr-fNIRS (tidsoppløst (tr) funksjonell nær infrarød spektroskopi (fNIRS) (tr-fNIRS)) er en fremvoksende hjerneavbildningsteknologi som opprinnelig ble utviklet for å utforske endringer i cerebral oksygenering generert av kortikal neuronal aktivitet under forskjellige kognitive oppgaver som tale, sensoriske og motoriske funksjoner og følelser. Dette er fordi tr-fNIRS kan måle slike subtile cerebrale oksygeneringsendringer i millisekunder (opptil 100 ms) som følger med nevroaktivering, for eksempel fingertap. Etterforskerne har bygget flere tr-fNIRS-enheter og har ekspertisen til å tilpasse tr-fNIRS-enheten med full hodedekning til perioperativ nevromonitorering. Videre opererer tr-fNIRS ved å sende korte (pikosekunder) lyspulser inn i hodet og måler nøyaktig reisetiden til hvert foton i vevet. Siden det er en ekvivalens mellom tid og avstand, har fotoner som oppdages rett etter pulsen kun sondert de ekstracerebrale lagene (hodebunnen og skallen) mens fotoner som oppdages lenge etter (1-2 ms) pulsen har gått dypt inn i hjernen. vev. Etterforskerne har nylig vist at denne tilnærmingen reduserer signalforurensningene i de ekstracerebrale lagene fra 80 % med nåværende kommersielle NIRS-enheter til mindre enn 8 % med tr-fNIRS. I denne studien vil etterforskerne bruke en toppmoderne tr-fNIRS-enhet med full hodedekning for å overvåke hele hjernen, i motsetning til bare utvalgte regioner (som de begrensede egenskapene til de nåværende cerebrale oksymetrene) i det perioperative operasjonen innstilling. Sammen med interne analysealgoritmer kan den fulle hodedekningen tr-fNIRS oppdage spesifikke hjerneregioner med risiko for iskemisk skade med høy grad av sikkerhet på grunn av større romlig oppløsning (i cm) og mindre signalforurensning fra ekstracerebralt vev.

Alle studiedeltakere vil bli rekruttert og samtykket i å følge de lokale etiske retningslinjene. For alle studiedeltakere vil den kirurgiske og anestetiske behandlingen av pasientene bli utført på en standard måte og vil ikke bli endret i denne studien. Unntaket er at tr-fNIRS vil bli brukt til å overvåke regional hjerneoksygenering fra anestesiinduksjon til fullført operasjon. Kirurgene, anestesilegene og sykepleierne vil bli blindet for monitoren/målingene under prosedyren. Ingen intervensjon vil bli administrert basert på resultatene av tr-fNIRS.