Korelacje sygnału EEG podczas znieczulenia i sedacji u dorosłych i dzieci (SPECTRALADUPED)

TŁO I UZASADNIENIE:

Monitorowanie głębokości znieczulenia za pomocą elektroencefalografii (EEG) stało się standardową praktyką kliniczną, szczególnie poprzez przetworzone wskaźniki, takie jak wskaźnik bispektralny (BIS). Jednakże podstawowe mechanizmy neurofizjologiczne oraz zależności między surowymi sygnałami EEG a parametrami klinicznymi/farmakologicznymi pozostają nie w pełni poznane. Obecne systemy monitorowania dostarczają przetworzone wskaźniki, ale oferują ograniczony wgląd w charakterystykę surowych, wielokanałowych sygnałów EEG. Systematyczna analiza danych EEG w różnych populacjach pacjentów, grupach wiekowych oraz kontekstach znieczulenia jest niezbędna, aby pogłębić nasze rozumienie reakcji mózgu na znieczulenie i usprawnić strategie monitorowania.

PROJEKT BADANIA:

Jest to prospektywne, wieloośrodkowe, nieinterwencyjne, obserwacyjne badanie kohortowe prowadzone w dwóch placówkach Assistance Publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP): Szpitalu Bichat-Claude Bernard oraz Szpitalu Louis Mourier. Badanie nie obejmuje żadnych modyfikacji rutynowej opieki anestezjologicznej – polega wyłącznie na gromadzeniu i analizie danych EEG w trakcie standardowej praktyki klinicznej.

POPULACJE BADAWCZE:

Badanie obejmie 330 uczestników w trzech odrębnych kohortach:

Kohorta 1 – Populacja pediatryczna (n=110):

Dzieci w wieku 1–17 lat poddawane znieczuleniu ogólnemu w związku z planowanymi zabiegami chirurgicznymi. Ta kohorta obejmuje w szczególności:

• 55 dzieci z zaburzeniem ze spektrum autyzmu (ASD) zdiagnozowanym zgodnie z kryteriami DSM-5
• 55 dzieci bez ASD (dopasowana grupa kontrolna) Ta unikalna populacja umożliwia zbadanie potencjalnych różnic neurorozwojowych w odpowiedzi na znieczulenie i wzorców EEG u dzieci z ASD.

Kohorta 2 – Populacja osób starszych (n=110):

Pacjenci w wieku >70 lat poddawani planowanym zabiegom chirurgicznym w znieczuleniu ogólnym w Szpitalu Bichat-Claude Bernard. Ta populacja osób starszych jest istotna dla badania związanych z wiekiem zmian fizjologicznych wpływających na wzorce EEG podczas znieczulenia oraz potencjalnie zwiększonej wrażliwości na środki znieczulające.

Kohorta 3 – Populacja poddawana sedacji zabiegowej (n=110):

Dorośli (≥18 lat) poddawani sedacji zabiegowej w związku z diagnostycznymi lub terapeutycznymi procedurami endoskopii przewodu pokarmowego w Szpitalu Louis Mourier. Ta kohorta dostarcza danych porównawczych dotyczących lżejszych poziomów sedacji w porównaniu do znieczulenia ogólnego.

KRYTERIA WŁĄCZENIA:

Dla pacjentów dorosłych:

• Wiek ≥18 lat (Kohorta 2: >70 lat; Kohorta 3: ≥18 lat)
• Planowane znieczulenie ogólne (Kohorta 2) lub sedacja zabiegowa (Kohorta 3)
• Przeprowadzona konsultacja przedanestezjologiczna
• Poinformowanie o badaniu i uzyskanie braku sprzeciwu

Dla pacjentów pediatrycznych (Kohorta 1):

• Wiek 1–17 lat
• Planowane znieczulenie ogólne w związku z zabiegiem chirurgicznym
• Dla podgrupy z ASD: Potwierdzone rozpoznanie zaburzenia ze spektrum autyzmu zgodnie z DSM-5
• Poinformowanie osoby sprawującej władzę rodzicielską i uzyskanie braku sprzeciwu
• Poinformowanie dziecka (jeśli wiek na to pozwala) i uzyskanie braku sprzeciwu

KRYTERIA WYKLUCZENIA:

Dla pacjentów dorosłych:

• Dokumentowane upośledzenie funkcji poznawczych w dokumentacji medycznej
• Odmowa udziału w badaniu przez pacjenta
• Pacjent pozbawiony wolności lub pod ochroną prawną
• Kobiety w ciąży lub karmiące piersią

Dla pacjentów pediatrycznych:

• Odmowa udziału dziecka przez rodziców
• Odmowa dziecka (jeśli wiek pozwala na zrozumienie)

GROMADZENIE DANYCH:

Podczas rutynowej opieki anestezjologicznej, bez żadnych interwencji specyficznych dla protokołu, rejestrowane będą:

Monitorowanie EEG:

• Częstościowa, wielokanałowa EEG przy użyciu monitora BIS (Bispectral Index)
• Częstościowa, wielokanałowa EEG przy użyciu monitora SedLine
• Parametry przetworzone (wskaźnik BIS, częstotliwość brzegowa widma, wskaźnik supresji itp.)
• Surowe sygnały EEG rejestrowane w standardowym formacie EDF

Zsynchronizowane adnotacje kliniczne:

• Podanie leków anestetycznych (środek, dawka, droga podania, czas)
• Zdarzenia kliniczne (intubacja, nacięcie chirurgiczne, wybudzenie itp.)
• Parametry hemodynamiczne (częstość akcji serca, ciśnienie krwi)
• Oceny poziomu świadomości (RASS, objawy kliniczne)
• Intensywność stymulacji chirurgicznej
• Zdarzenia niepożądane

Charakterystyka pacjenta:

• Dane demograficzne (wiek, płeć, masa ciała, wzrost, BMI)
• Historia choroby i choroby współistniejące
• Leki przyjmowane równolegle
• Klasyfikacja stanu fizycznego według ASA
• Dla kohorty pediatrycznej: rozpoznanie ASD i jego charakterystyka

Wszystkie zapisy EEG i pliki wielosygnałowe zostaną zanonimizowane przy użyciu unikalnego identyfikatora badania przed analizą. Dane będą przechowywane na bezpiecznych serwerach zgodnych z przepisami RODO.

CEL GŁÓWNY:

Zidentyfikowanie cech sygnału elektroencefalograficznego (EEG), które istotnie korelują z:

1. Parametrami farmakologicznymi: rodzajem środka znieczulającego, stężeniem (szacowane stężenie w miejscu działania), kombinacjami leków, właściwościami farmakokinetycznymi/farmakodynamicznymi
2. Parametrami klinicznymi: wiekiem pacjenta, chorobami współistniejącymi, intensywnością stymulacji chirurgicznej, zmianami hemodynamicznymi, charakterystyką wybudzenia

Korelacje te będą analizowane oddzielnie dla faz indukcji, utrzymania i wybudzenia znieczulenia ogólnego oraz dla sedacji zabiegowej.

CELE POBOCZNE:

1. Opracowanie i walidacja modeli predykcyjnych wykorzystujących algorytmy uczenia maszynowego do powiązania określonych cech EEG z głębokością znieczulenia i poziomem świadomości
2. Porównanie charakterystyk widmowych i czasowych EEG między populacjami pediatrycznymi i dorosłymi podczas równoważnych stanów znieczulenia
3. Analiza zróżnicowanych efektów powszechnie stosowanych środków znieczulających (propofol, sewofluran, desfluran, remifentanyl) na wzorce wielokanałowego EEG
4. Zbadanie specyficznych sygnatur EEG i odpowiedzi na znieczulenie u dzieci z zaburzeniem ze spektrum autyzmu w porównaniu z dziećmi rozwijającymi się typowo
5. Charakterystyka odrębnych wzorców EEG podczas sedacji zabiegowej w porównaniu do znieczulenia ogólnego
6. Ocena zmienności międzyosobniczej i wewnątrzosobniczej w odpowiedziach EEG na środki znieczulające
7. Ocena korelacji między wzorcami czołowego EEG a klinicznymi objawami głębokości znieczulenia

PUNKTY KOŃCOWE:

Główny punkt końcowy:

Współczynniki korelacji (Pearsona lub Spearmana, w zależności od przypadku) między wyodrębnionymi cechami EEG (moc widmowa w różnych pasmach częstotliwości, koherencja, miary entropii, wzorce supresji wyładowań) a zmiennymi farmakologicznymi/klinicznymi podczas różnych faz znieczulenia.

Punkty końcowe poboczne:

• Miary wydajności (czułość, swoistość, AUC) modeli predykcyjnych dla głębokości znieczulenia
• Różnice w gęstości widmowej mocy EEG między grupami wiekowymi
• Zmiany we wzorcach EEG związane z określonymi środkami znieczulającymi
• Różnice w charakterystykach EEG między dziećmi z ASD/bez ASD
• Porównanie wzorców EEG między sedacją a znieczuleniem ogólnym
• Składniki wariancji zmienności między- i wewnątrzosobniczej EEG

ANALIZA STATYSTYCZNA:

Wielkość próby 330 uczestników (110 na kohortę) została obliczona, aby zapewnić:

• Odpowiednią moc (>80%) do wykrycia efektów średniej wielkości (r≥0,3) w analizach korelacji
• Wystarczające zbiory danych do trenowania i walidacji modeli uczenia maszynowego
• Analizy podgrup w kohorcie pediatrycznej (ASD vs bez ASD)

Zastosowane zostaną zaawansowane techniki przetwarzania sygnału, w tym:

• Szybka transformata Fouriera do analizy widmowej
• Dekompozycja falkowa do analizy czasowo-częstotliwościowej
• Miary entropii (entropia widmowa, entropia permutacyjna)
• Analizy koherencji i łączności
• Algorytmy uczenia maszynowego (lasy losowe, maszyny wektorów nośnych, sieci neuronowe)

Analizy statystyczne będą wykorzystywać odpowiednie testy parametryczne lub nieparametryczne w zależności od rozkładu danych. Korekty dla wielokrotnych porównań zostaną zastosowane, gdy będzie to właściwe (Bonferroniego, FDR). Modele efektów mieszanych uwzględnią powtarzane pomiary u poszczególnych osób.

CZAS TRWANIA BADANIA:

• Okres rekrutacji: 12 miesięcy
• Udział indywidualnego pacjenta: około 1 miesiąc (przerwa między konsultacją przedanestezjologiczną a zabiegiem chirurgicznym/endoskopią)
• Całkowity czas trwania badania: 13 miesięcy, w tym analiza danych

UWAGI ETYCZNE I REGULACYJNE:

To nieinterwencyjne badanie nie obejmuje żadnych modyfikacji standardowej opieki klinicznej, nie stwarza dodatkowego ryzyka dla uczestników i nie obejmuje interwencji eksperymentalnych. Badanie zostało zgłoszone do Comité de Protection des Personnes (CPP) w celu uzyskania zgody etycznej i zostanie zarejestrowane w ANSM. Uczestnicy (lub rodzice w przypadku małoletnich) otrzymają pisemną informację i wyrażą brak sprzeciwu wobec wykorzystania danych. Całe zarządzanie danymi jest zgodne z przepisami RODO (metodologia referencyjna MR-003).

OCZEKIWANE WYNIKI I WPŁYW:

To kompleksowe badanie dostarczy bogatych zbiorów danych dotyczących charakterystyki sygnału EEG w różnych kontekstach znieczulenia i populacjach pacjentów. Wyniki mogą prowadzić do:

• Udoskonalenia algorytmów do monitorowania głębokości znieczulenia w czasie rzeczywistym
• Lepszego zrozumienia związanych z wiekiem i neurorozwojem różnic w odpowiedzi na znieczulenie
• Optymalizacji doboru środków znieczulających i strategii dawkowania
• Zwiększenia bezpieczeństwa dzięki dokładniejszemu monitorowaniu świadomości
• Nowych spostrzeżeń dotyczących neurofizjologicznych mechanizmów znieczulenia
• Podstawy do przyszłego rozwoju spersonalizowanych podejść do zarządzania znieczuleniem

Czysto obserwacyjny projekt zapewnia maksymalne bezpieczeństwo, jednocześnie generując klinicznie istotne dane, aby posunąć naprzód dziedzinę neuromonitoringu w anestezjologii.