Wielokanałowa funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni z rozdzielczością czasową w zapobieganiu okołooperacyjnym urazom mózgu

Udar okołooperacyjny jest istotnym powikłaniem pooperacyjnym. Niestety, u jednego na czternastu pacjentów w podeszłym wieku po operacjach niekardiochirurgicznych dochodzi do ukrytego udaru mózgu, który wiąże się ze zwiększonym ryzykiem długotrwałego pogorszenia funkcji poznawczych. Ponadto jawny udar w okresie okołooperacyjnym wiąże się z 8-krotnym wzrostem śmiertelności okołooperacyjnej, wydłużeniem czasu pobytu w szpitalu i pogorszeniem jakości życia. W przypadku operacji barku wykonywanych w pozycji na krześle plażowym, z powodu ogólnoustrojowego niedociśnienia i obniżenia mózgowego ciśnienia perfuzyjnego, zdarzenia desaturacji mózgu i upośledzenia autoregulacji mózgowej mogą wystąpić nawet u 80% pacjentów. Większość udarów okołooperacyjnych w chirurgii niekardiochirurgicznej ma charakter niedokrwienny i wiąże się z hipoperfuzją mózgu. Co ważne, hipoperfuzję mózgu można potencjalnie modyfikować za pomocą prostych środków, takich jak zwiększenie ogólnoustrojowego ciśnienia krwi (BP), jeśli niedokrwienie mózgu zostanie wykryte wystarczająco wcześnie. Jednak celowe nadciśnienie nie jest pozbawione ryzyka i obecnie nie ma skutecznego monitora, który mógłby wykryć hipoperfuzję mózgu podczas operacji.

Natlenienie mózgu było stosowane klinicznie jako miara odpowiedniej perfuzji mózgu podczas operacji. Wczesne badanie kliniczne w Western wykazało, że monitorowanie natlenienia mózgu wiązało się z mniejszą liczbą przypadków dysfunkcji głównych narządów u pacjentów po operacjach kardiochirurgicznych. Pomimo tego obiecującego wstępnego odkrycia, obecne dostępne na rynku oksymetry mózgowe mają szereg ograniczeń, które uniemożliwiają wiarygodne neuromonitorowanie w okresie okołooperacyjnym, w tym niespecyficzność spowodowaną zanieczyszczeniem sygnału z tkanki pozamózgowej, zwłaszcza podczas podawania środków zwężających naczynia krwionośne lub hipotermii. Ponadto obecne dostępne na rynku pulsoksymetry mózgowe mają tylko dwa kanały do ​​monitorowania obszarów płata czołowego (tj. obszaru tętnicy przedniej mózgu). Ta strategia monitorowania zakłada, że ​​natlenienie mózgu jest jednorodne w różnych obszarach mózgu, dzięki czemu pomiary z obszarów płata czołowego mogą być wykorzystane klinicznie do przedstawienia adekwatności globalnego natlenienia mózgu. Taki ograniczony zasięg przestrzenny może skutkować niewykrytym udarem mózgu, pomimo pozornie prawidłowego utlenowania mózgu w obszarach czołowych podczas całej operacji. Obecny projekt badawczy wykorzystuje wielokanałowy tr-fNIRS, aby rozwiązać te ograniczenia, mając na celu szybkie wykrywanie i zapobieganie niedokrwiennemu uszkodzeniu mózgu.

Wielokanałowa tr-fNIRS (czasowo-rozdzielcza (tr) funkcjonalna spektroskopia w bliskiej podczerwieni (fNIRS) (tr-fNIRS)) to nowa technologia obrazowania mózgu, która została pierwotnie opracowana w celu zbadania zmian w utlenieniu mózgu generowanych przez aktywność neuronów korowych podczas różnych zadania poznawcze, takie jak mowa, funkcje czuciowe i motoryczne oraz emocje. Dzieje się tak, ponieważ tr-fNIRS może mierzyć tak subtelne zmiany natlenienia mózgu w milisekundach (do 100 ms), które towarzyszą neuroaktywacji, takiej jak stukanie palcem. Badacze zbudowali kilka urządzeń tr-fNIRS i mają doświadczenie w dostosowywaniu urządzenia tr-fNIRS obejmującego całą głowę do okołooperacyjnego neuromonitoringu. Ponadto tr-fNIRS działa poprzez wysyłanie krótkich (pikosekundowych) impulsów światła do głowy i precyzyjnie mierzy czas podróży każdego fotonu w tkance. Ponieważ istnieje równoważność między czasem a odległością, fotony wykryte zaraz po impulsie sondowały tylko warstwy pozamózgowe (skórę głowy i czaszkę), podczas gdy fotony wykryte długo po (1-2 ms) impulsu dotarły głęboko do mózgu tkanki. Badacze niedawno wykazali, że takie podejście zmniejsza zanieczyszczenie sygnałem warstw pozamózgowych z 80% w przypadku obecnych komercyjnych urządzeń NIRS do mniej niż 8% w przypadku tr-fNIRS. W tym badaniu badacze wykorzystają najnowocześniejsze urządzenie tr-fNIRS z pełnym pokryciem głowy do monitorowania całego mózgu, w przeciwieństwie do tylko wybranych obszarów (takich jak ograniczone możliwości obecnych pulsoksymetrów mózgowych) w okresie okołooperacyjnym ustawienie. Wraz z wewnętrznymi algorytmami analizy, tr-fNIRS z pełnym pokryciem głowy może wykrywać określone obszary mózgu zagrożone uszkodzeniem niedokrwiennym z wysokim stopniem pewności dzięki większej rozdzielczości przestrzennej (w cm) i mniejszemu zanieczyszczeniu sygnału z tkanki pozamózgowej.

Wszyscy uczestnicy badania zostaną zrekrutowani i uzyskają zgodę zgodnie z lokalnymi wytycznymi dotyczącymi etyki. W przypadku wszystkich uczestników badania leczenie chirurgiczne i anestezjologiczne pacjentów będzie prowadzone w standardowy sposób i nie zostanie zmienione w tym badaniu. Wyjątkiem jest to, że tr-fNIRS będzie używany do monitorowania regionalnego utlenowania mózgu od wprowadzenia znieczulenia do zakończenia operacji. Podczas zabiegu chirurdzy, anestezjolodzy i pielęgniarki nie będą widzieć monitora/pomiarów. Żadna interwencja nie zostanie przeprowadzona na podstawie wyników tr-fNIRS.