ما السر وراء حساسات BIS للدماغ الكهربائي في قياس عمق التخدير؟

كيف تقيس تقنية مستشعر بيس للدماغ عمق التخدير

ما هي مراقبة المؤشر الثنائي الطيف (BIS) في التخدير؟

تحول مراقبة المؤشر الثنائي الطيف (BIS) أنماط تخطيط كهربية الدماغ (EEG) المعقدة إلى درجة لا بُعدية (0–100) لتحديد عمق التخدير كميًا. تشير قيمة BIS تتراوح بين 40 و60 إلى التخدير الجراحي الأمثل، حيث توازن بين فقدان الوعي والاستقرار الدوائي. وتستخدم هذه التقنية خوارزميات خاصة لتحليل أربعة معايير فرعية لتخطيط كهربية الدماغ :

• نسبة القمع الانفجاري (BSR)
• النسبة البيتا النسبية
• تردد الحافة الطيفية 95%
• قوة كهربية العضل (EMG)

تُوزن هذه المقاييس بشكل مختلف عبر مراحل التخدير، كما هو موضح في دراسة نشرت في مجلة nature رائدة وحللت 5,427 حالة جراحية (2019).

من إشارات تخطيط الدماغ الكهربائي إلى تقييم العمق في الوقت الفعلي: دور أجهزة استشعار BIS

تحول أجهزة استشعار تخطيط الدماغ الكهربائي (BIS) بيانات الموجات الدماغية الأولية إلى رؤى قابلة للتنفيذ من خلال ثلاث مراحل:

يتيح هذا النهج متعدد المعاملات التعديلات الفورية للتخدير. على سبيل المثال، يؤدي ارتفاع مفاجئ في قوة تخطيط كهربية العضلات (الذي يشير إلى نشاط عضلي) إلى إصدار تنبيهات حتى لو بقيت درجات مؤشر الاستشعار الدماغي (BIS) مستقرة.

الاعتبارات التقنية في توصيل الإشارة وأداء المستشعر

إن وضع مستشعر الجبهة وتوصيل الجلد بالقطب الكهربائي يؤثران بشكل حاسم على دقة البيانات. حيث يؤدي ضعف الالتصاق أو البشرة الدهنية إلى زيادة المعاوقة، مما يرفع من قيم مؤشر الاستشعار الدماغي (BIS) بشكل اصطناعي بنسبة تصل إلى 15 نقطة. ودمج المستشعرات الحديثة خوارزميات للكشف عن الشوائب التي:

1. تصفّي تداخل جهاز القطع الكهربائي
2. تعوّض انحراف الإشارة
3. التحقق التلقائي من جودة تخطيط كهربية الدماغ كل 6 ثوانٍ

تُظهر دراسات التحقق السريري أخطاء مطلقة متوسطة تساوي أو تقل عن 4.1 نقطة BIS بالمقارنة مع التفسير اليدوي لتخطيط كهربية الدماغ ( طب التخدير في BMC، 2018 ). ومع ذلك، فإن الشركات المصنعة تُفصح فقط عن 60% من منطق الخوارزمية، مما يتطلب ارتباطًا سريريًا دقيقًا.

العلم وراء مؤشر BIS: التحليل ثنائي الطيف وتجهيز إشارة تخطيط كهربية الدماغ

فهم التحليل ثنائي الطيف لتقييم عمق التخدير

تُحلِّل التحليل ثنائي الطيف الإشارات العصبية الأولية (EEG) وتحويلها إلى أرقام يمكننا التعامل معها فعليًا من خلال دراسة العلاقة بين الترددات المختلفة من حيث الطور. بدأ استخدام هذه التقنية في البداية في بحوث الزلازل والعلوم البحرية قبل أن تنتقل إلى المجال الطبي. ما يميزها هو قدرتها على كشف الأنماط المعقدة في موجات الدماغ التي تبدو مرتبطة بكيفية تأثير التخدير على المرضى. فالأساليب التقليدية تنظر فقط إلى شدة الإشارة والترددات الموجودة، أما الأساليب ثنائية الطيف فتتجاوز ذلك من خلال اكتشاف التفاعلات بين الموجات المختلفة. وهذا أمر بالغ الأهمية لأنه يساعد في التمييز بين حالة التهدئة الخفيفة (في نطاق BIS من 60 إلى 80) والحالة المُخدَّرة تمامًا (في النطاق الأدنى من 40 إلى 60).

معالجة إشارة الـ EEG الأولية إلى قيمة BIS موثوقة: الخوارزميات والتحقق

تُعَدِّل أجهزة استشعار BIS النشاط الكهربائي للدماغ عند تقييم نشاط الدماغ بناءً على عدة عوامل رئيسية. وتشمل هذه العوامل نسبة الانفجار والقمع (BSR)، وقراءات قوة كهربية العضل، وقياسات تردد الحافة الطيفية، بالإضافة إلى ما يُسمّونه النسبة البيتا النسبية. وفقًا لبحث نُشر عام 2019، فإن هذه الأجهزة تستخدم في الواقع خوارزميات تعلُّم آلي تعالج كل هذه البيانات من خلال صيغ رياضية معقدة تُعرف بمعادلات الانحدار المرجّحة. والنتيجة؟ متوسط نطاق خطأ يبلغ حوالي زائد أو ناقص 4.1 وحدة BIS. وقد اختبروا هذا النظام في ما يقارب 5,500 عملية جراحية مختلفة ووجدوا أنه يعمل بشكل معقول بغض النظر عن هوية المريض أو نوع التخدير الذي يتلقاه. ومع ذلك، لا يزال من الجدير بالذكر أن معظم الشركات لا تُفصح لنا عن كل شيء حول طريقة عمل خوارزمياتها، حيث يظل نحو 30٪ منها سرًا تجاريًا. إن هذا النقص في الشفافية الكاملة يثير بالتأكيد تساؤلات حول مدى شفافيتنا الفعلية تجاه المرضى والطاقم الطبي.

كيف يرتبط مؤشر BIS بالنشاط الدماغي تحت التخدير

تشير الدراسات إلى أن قراءات مؤشر التحليل الطيفي الثنائي (BIS) تميل إلى التوافق مع ما يحدث في القشرة الدماغية من حيث الكبت، لكنها لا تعكس حقًا ما يحدث في الأجزاء العميقة من بنى الدماغ. على سبيل المثال، مادة السيفوفلوران عند جرعة 1 MAC، فإنها عادةً ما تخفض قراءات BIS إلى حوالي 32 مع تثبيط الاتصالات بين المهاد والقشرة. ولكن الشيء المثير للاهتمام هو أن الكيتامين يُحدث تأثيرًا عكسيًا. فعلى الرغم من أن المرضى يكونون منفصلين بوضوح تحت تأثير الكيتامين، إلا أن قيم BIS الخاصة بهم ترتفع فعليًا إلى حوالي 59. وقد أكدت دراسة تحقق أجريت في عام 2018 هذه الفروقات الغريبة بين الأدوية. وهذا يفسر سبب اقتصار أجهزة مراقبة BIS في جوهرها على قياس تأثير المهدئات على موجات الدماغ، بدلًا من تقديم مقياس دقيق لعمق التخدير الفعلي أثناء الجراحة.

وضع مستشعر BIS بشكل صحيح والحصول على تخطيط كهربية الدماغ غير الجراحي

الوضع الأمثل على الجبهة للحصول على قراءات دقيقة من مستشعر تخطيط كهربية الدماغ BIS

تُحقق أجهزة استشعار تخطيط كهربية الدماغ BIS التقاط إشارة مثالي من خلال وضعها القياسي على الجبهة. تُظهر الأبحاث أن وضع الأقطاب كهربائية بشكل قطري عبر الجبهة والصدغ يتماشى مع أنماط نشاط الدماغ الجبهي الصدغي، وهو أمر بالغ الأهمية لمراقبة التخدير. ويقلل هذا الوضع من التداخل العضلي مع الحفاظ على تلامس ثابت مع النشاط الكهربائي السطحي للدماغ.

استخدام أقطاب كهربائية جلدية لمراقبة التخدير الموثوقة وغير الجراحية

تتميز أنظمة BIS الأحدث الآن بوجود أقطاب كهربائية رقيقة جدًا من الهيدروجيل، والتي تقلل من مقاومة الجلد بنسبة حوالي 40 بالمئة مقارنةً بالخيارات اللاصقة التقليدية. تم اعتماد هذه المستشعرات طبيًا ويمكنها البقاء مثبتة على المرضى لأي فترة تتراوح بين اثني عشر إلى أربع وعشرين ساعة دون التسبب في أي إزعاج. مما يجعلها مفيدة جدًا أثناء الإجراءات الجراحية الطويلة التي يتطلب فيها مراقبة نشاط الدماغ باستمرار. وعندما يقوم الأطباء بإعداد الجلد بشكل صحيح أولًا عن طريق تنظيفه بمناديل كحولية والتخلص من الشعر الزائد، فقد لاحظوا تحسنًا بنسبة ثلث في جودة الإشارة وفقًا للدراسات الحديثة في المستشفيات المنتشرة عبر البلاد.

الحد من الشوائب وضمان جودة الإشارة أثناء الجراحة

هناك ثلاث استراتيجيات رئيسية تمنع تشويه الإشارة داخل غرفة العمليات:

1. عزل أسلاك تخطيط الدماغ (EEG) عن الأجهزة الجراحية الكهربائية (بفصل يزيد عن 30 سم)
2. استخدام كابلات محمية لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي بنسبة 55%
3. تنفيذ مرشحات تكيفية تعمل على قمع الشوائب عالية التردد مثل تخطيط العضلات الكهربائي (EMG) (>30 هرتز)

تؤكد الدراسات أن هذه الإجراءات تقلل من قراءات مؤشر التحليل الثنائي الطيف الخاطئة بنسبة 74٪ أثناء استخدام الكي أو حركة المريض. كما تُعد فحوصات المعاوقة الدورية (<5 كيلو أوم) وسيلة إضافية للتحقق من وظيفة المستشعر خلال الإجراء.

تفسير قيم مؤشر التحليل الثنائي الطيف في الممارسة السريرية

شرح مقياس مؤشر التحليل الثنائي الطيف: التهدئة، فقدان الوعي، ونقاط النهاية التخديرية

يقيس مؤشر التحليل الثنائي الطيف (BIS) عمق التخدير على مقياس يتراوح من 0 إلى 100، حيث تشير القيم الأدنى إلى قمع أعمق لنشاط الدماغ. وتُصنف الإرشادات السريرية حالات الوعي كما يلي:

• 60–100: تهدئة خفيفة إلى حالة اليقظة التامة
• 40–60: التخدير العام (المدى الجراحي الأمثل)
• <40: حالة تنويم عميق (خطر حدوث انقطاع متقطع في النشاط الكهربائي)

يُرجِّح الخوارزمية المُلكية لمؤشر BIS أربعة معايير من تخطيط كهربية الدماغ — نسبة الانفجار والقمع (BSR)، وقوة تخطيط العضل الكهربائي (EMG)، وتكرار الحافة الطيفية (SEF)، ونسبة بيتا النسبية (RBR) — بشكل مختلف عبر خمسة نطاقات لـ BIS. ويُفسر هذا السبب وراء ارتفاع القيم المفاجئ الناتج عن ارتفاعات شديدة في إشارات EMG (>65 ديسيبل) بأكثر من 20 نقطة على الرغم من التخدير الكافي.

ربط أنماط تخطيط كهربية الدماغ بمستويات الوعي أثناء التخدير

تعمل أجهزة استشعار BIS عن طريق تحويل إشارات تخطيط كهربية الدماغ (EEG) الأولية التي نحصل عليها من المرضى إلى معلومات فعلية يمكن للأطباء استخدامها. وتقوم بذلك من خلال تحليل أنماط معينة تُخبرنا بكيفية تأثير الأدوية المختلفة على الدماغ. خذ دواء البروبوفول على سبيل المثال. يميل هذا الدواء إلى تقليل الموجات بيتا السريعة بين 13 و30 هرتز، مما يؤدي إلى ارتفاع قيم نسبة تردد الحدود (RBR) كلما زاد النعاس. عندما يكون المريض تحت تأثير التخدير المستخدم في الجراحة، مع قراءات BIS تتراوح بين 40 و60، فإن تردد الطيف الكهربائي (SEF) يستقر عادةً حول 15 إلى 18 هرتز. ولكن انتبه لفترات الانفجار والقمع حيث يتوقف أكثر من نصف نشاط الدماغ تمامًا. ففي هذه اللحظة يصبح التخدير عميقًا جدًا. وقد أظهرت بعض الدراسات المثيرة للاهتمام أن عقار الكيتامين يرفع بالفعل من درجات BIS، حتى وإن لم يكن المريض واعيًا على الإطلاق. وهذا يدل على تنوع استجابات موجات الدماغ هذه حسب نوع الدواء المستخدم.

محدوديات BIS: لماذا لا يمكنه التنبؤ بالحركة أو الاستجابة الهيموديناميكية

يؤدي مؤشر BIS وظيفته بشكل جيد في تتبع ما يحدث في القشرة الدماغية، لكنه يعاني من قصور عند التعامل مع المسارات الدماغية الأعمق التي تتحكم في أشياء مثل الحركات الانعكاسية وتغيرات ضغط الدم. وعند التمعن في دراسة أجريت عام 2018، نجد أن حوالي واحد من كل خمسة مرضى أظهروا قراءات لمؤشر BIS أقل من 40، ومع ذلك تحركوا أثناء الجراحة، مما يدل بوضوح على وجود فجوات في قدرة الجهاز على اكتشاف نشاط النخاع الشوكي. وتشير مشكلة أخرى إلى أن الجسم قد يُبدي ردود فعل قوية تجاه إشارات الألم دون حدوث أي تغيير ملحوظ في مستويات BIS. وهذا يعني أن الأطباء بحاجة إلى طرق أخرى لمراقبة هذه الاستجابات، مثل مراقبة تباين معدل ضربات القلب، للحصول على صورة كاملة عن الحالة الداخلية للمريض.

التحقق السريري وموثوقية أجهزة استشعار تخطيط الدماغ الكهربائي BIS في الجراحة

تطوير جهاز مراقبة BIS والتجارب السريرية الخاصة به

للتحقق من عمل نظام المراقبة BIS فعليًا، أجرى الباحثون عدة جولات من التجارب السريرية مع حوالي 1500 مشارك. وقد أرادوا معرفة كيف تتطابق أنماط موجات الدماغ مع ما يمكن للأطباء ملاحظته أثناء التخدير. ظهرت دراسة كبيرة شملت عدة مراكز طبية في مجلة Frontiers in Medicine. وكانت النتائج مثيرة للإعجاب حقًا. عند استخدام إرشادات BIS في التخدير، سُجل انخفاض بنسبة 82٪ في حالات الوعي أثناء الجراحة بين هؤلاء المرضى الذين خضعوا لـ 2,463 عملية عالية الخطورة. بناءً على كل هذه الأدلة، يتفق معظم الخبراء الآن على أن الحفاظ على درجات BIS بين 40 و60 هو أفضل ممارسة للحصول على عمق مناسب للتخدير. كما قام الفريق المسؤول عن نظام BIS بتعديل خوارزميات برنامجهم لتحسين قدرتها على تجاهل إشارات نشاط العضلات التي قد تشوش القراءات.

أدلّة من دراسات حالة جراحية حول التخدير الموجه بواسطة BIS

إن تحليل البيانات من 36 تجربة محكمة تضم حوالي 7,761 مريضًا يُظهر أن مراقبة وظائف الدماغ (BIS) تقلل من احتمالية استيقاظ المرضى أثناء الجراحة بنسبة تقارب 35٪، وهي نسبة كبيرة مقارنة بمجرد مراقبة العلامات الحيوية القياسية. ولكن هناك جانب آخر لهذه القصة. فقد وجدت دراسة B-Unaware نتائج مشابهة عند مقارنة المراقبة باستخدام BIS مع قياس غازات التنفس في نهاية الزفير لأنواع معينة من التخدير، وبالتالي فإن الفعالية تعتمد فعليًا على نوع الإجراء الجراحي قيد النظر. وبالنسبة للعمليات العصبية تحديدًا، يبدو أن هذه المستشعرات الدماغية تحدث فرقًا حقيقيًا. فهي تساعد في تقليل المشكلات الإدراكية بعد الجراحة بنحو 23٪ من الحالات، وذلك لأن الأطباء يستطيعون ضبط المسكنات بدقة أكبر بكثير مما كان عليه الحال من قبل.

اتجاهات الاعتماد والثقة بتقنية BIS عبر المراكز الطبية

وفقًا لاستطلاعات حديثة أجريت في عام 2023، فقد بدأ أكثر من 85 بالمئة من المستشفيات الأكاديمية باستخدام مستشعرات BIS كجزء من إجراءات التخدير الروتينية لديها. لماذا؟ حسنًا، هذه الأجهزة موجودة منذ أكثر من عقدين الآن، وعلى مدار تلك الفترة كانت هناك قلة كبيرة في المشكلات المبلغ عنها بشأنها - ما يقارب أقل من واحد في المئة من المشاكل المرتبطة فعليًا بالجهاز نفسه. لا تزال هناك بعض الحالات الصعبة عندما يعاني المرضى من انخفاض حرارة شديد جدًا أو يكون لديهم جهاز تنظيم ضربات القلب مثبتًا. ولكن لا تفهموني خطأ، في معظم الأوقات تعمل الأمور بشكل جيد تمامًا. وجدت دراسة نُشرت في مجلة Nature عام 2020 أن تقنية BIS تظل دقيقة حوالي 94 مرة من أصل 100 في ظل ظروف الجراحة العادية. هذا السجل المتميز يفسر سبب استمرار اعتماد العديد من المنشآت الطبية على هذه التكنولوجيا لتلبية احتياجاتها في الرعاية حول الجراحة.

الأسئلة الشائعة

ما هي مراقبة BIS وكيف تعمل؟

يستخدم مراقبة مؤشر التحليل الثنائي الطيف (BIS) أنماط تخطيط الدماغ الكهربائي (EEG) لتقييم عمق التخدير باستخدام درجة تتراوح بين 0 و100. تعتبر قيمة BIS ما بين 40 و60 مثالية للتخدير الجراحي، حيث تجمع بين فقدان الوعي والاستقرار الديناميكي الدموي. ويستخدم هذا المؤشر خوارزميات لتحليل معاملات فرعية مثل نسبة القمع الانفجاري، ونسبة بيتا، وتكرار الحافة الطيفية، وقوة تخطيط كهربائية العضل.

ما هي أجهزة استشعار BIS وكيف يتم وضعها؟

تُوضع أجهزة استشعار BIS على الجبهة والصدغ لالتقاط أنماط نشاط الدماغ الأمامي الصدغي. وتُستخدم لمراقبة دقيقة للدماغ أثناء التخدير.

لماذا لا تعكس قيم BIS الحركة أو الاستجابة الهيموديناميكية؟

يقوم مؤشر BIS بالتقاط نشاط القشرة الدماغية، لكنه لا يقيس بشكل كافٍ المسارات الدماغية الأعمق التي تتحكم في الحركات الانعكاسية وتغيرات ضغط الدم، مما يجعله غير كافٍ لمراقبة نشاط النخاع الشوكي.