Какъв е ключът на BIS ЕЕГ сензорите при измерване на дълбочината на анестезията?

Как технологията на BIS ЕЕГ сензорите измерва дълбочината на анестезията

Какво е биспектрален индекс (BIS) мониторинг при анестезия?

Биспектралният индекс (BIS) мониторинг преобразува сложни електроенцефалограмни (ЕЕГ) модели в безразмерен резултат (0–100), за да количествено определи дълбочината на анестезията. Стойност на BIS между 40 и 60 показва оптимална хирургическа хипноза, като осигурява баланс между безсъзнание и хемодинамична стабилност. Технологията използва собствени алгоритми за анализ на четири ЕЕГ подпараметъра :

• Съотношение на пакетно потискане (BSR)
• Относителен бета коефициент
• честота на 95% спектралния край
• Мощност на електромиограмата (ЕМГ)

Тези метрики се теглят по различен начин в различните етапи на анестезия, както е показано в сензационно проучване в Nature с анализ на 5 427 хирургически случая (2019 г.).

От сигнали на ЕЕГ до оценка в реално време: ролята на БИС сензорите

БИС сензорите за ЕЕГ преобразуват сурови данни от мозъчни вълни в практически насоки чрез три фази:

Този многопараметричен подход позволява корекции на анестезията в реално време. Например, внезапен скок в ЕМГ мощността (показващ мускулна активност) предизвиква сигнали за предупреждение, дори когато стойностите на BIS изглеждат стабилни.

Технически аспекти при проводимостта на сигнала и производителността на сензорите

Поставянето на сензора на челото и проводимостта между кожата и електродите имат решаващо значение за точността на данните. Лошо залепване или маснена кожа увеличават импеданса, което изкуствено повишава стойностите на BIS с до 15 точки. Съвременните сензори включват алгоритми за засичане на артефакти, които:

1. Филтриране на интерференцията от електрохирургия
2. Компенсиране на дрейфа на сигнала
3. Автоматично валидиране на качеството на ЕЕГ всеки 6 секунди

Клинични проучвания показват медианни абсолютни грешки от ≤4,1 BIS точки в сравнение с ръчна интерпретация на ЕЕГ ( BMC Anesthesiology, 2018 ). Въпреки това производителите разкриват само 60% от алгоритмичната логика, което изисква внимателна клинична корелация.

Науката зад BIS: Биспектрален анализ и обработка на ЕЕГ сигнали

Разбиране на биспектралния анализ за оценка на дълбочината на анестезията

Биспектралният анализ взема тези сурови ЕЕГ сигнали и ги превръща в числа, с които можем реално да работим, като изследва как различните честоти се отнасят една към друга по фаза. Техниката първоначално е приложена в сеизмичните изследвания и океанографията, преди да навлезе в медицината. Това, което я прави специална, е способността ѝ да засича сложни модели в мозъчните вълни, които изглежда корелират с начина, по който анестезията влияе на пациентите. Традиционните методи просто анализират силата на сигнала и наличните честоти. Биспектралният подход обаче отива по-далеч, като открива моментите, в които различните вълни взаимодействат помежду си. Това е от голямо значение, защото помага да се различи леко седиран пациент в диапазона BIS 60 до 80 от напълно анестезиран в по-ниския диапазон 40 до 60.

Обработка на сурови ЕЕГ сигнали в надеждна BIS стойност: алгоритми и валидиране

Сензорите за ЕЕГ на BIS анализират няколко ключови фактора при оценката на мозъчната активност. Те включват неща като съотношение на пикова супресия (BSR), показания за мощност на електромиограмата, измервания на честота на спектралния ръб, както и така нареченото относително бета съотношение. Според проучване, публикувано през 2019 г., тези сензори всъщност използват алгоритми за машинно обучение, които обработват всички тези данни чрез доста сложни математически формули, известни като уравнения на претеглена регресия. Резултатът? Среден диапазон на грешка от около плюс или минус 4,1 единици BIS. Тази система е тествана при почти 5500 различни операции и е установено, че работи достатъчно добре, независимо от това кой е пациентът или какъв вид анестезия получава. Въпреки това, заслужава да се отбележи, че повечето компании не разкриват всичко относно начина на работа на своите алгоритми, тъй като около 30% остава скрито като собствена информация. Тази липса на пълна откритост определено поражда въпроси относно това колко наистина прозрачни сме спрямо пациентите и медицинския персонал.

Как BIS резултатът корелира с мозъчната активност при анестезия

Проучванията показват, че показанията на индекса за биспектрална анализа (BIS) обикновено съответстват на това, което се случва в кората по отношение на потискане, но не отразяват реално процесите в по-дълбоките структури на мозъка. Вземете например севофлуран при доза от 1 MAC – той обикновено понижава BIS показателите до около 32, докато угаси таламокортикалните връзки. Интересното е, че кетаминът оказва противоположен ефект. Въпреки че пациентите очевидно са дисоциирани под кетамин, техните BIS стойности всъщност се повишават до около 59. Проучване за валидиране от 2018 г. потвърди тези странни разлики между лекарствата. Това обяснява защо устройствата за мониторинг на BIS по същество измерват как седативите влияят върху мозъчните вълни, вместо да предоставят някакъв окончателен показател за истинската дълбочина на анестезията по време на операция.

Правилно поставяне на BIS сензор и неинвазивно получаване на ЕЕГ сигнали

Оптимално поставяне на сензора върху челото за точни показания на BIS EEG

BIS EEG сензорите осигуряват оптимално улавяне на сигнала чрез стандартизирано поставяне върху челото. Проучвания показват, че разполагането на електродите диагонално през челото и слепоочието съответства на фронтотемпоралните модели на мозъчна активност, които са от решаващо значение за мониторинга при анестезия. Това поставяне минимизира интерференцията от мускулна дейност, като осигурява постоянен контакт с повърхностната церебрална електрическа активност.

Използване на кожни електроди за надежден, ненамесващ мониторинг на анестезията

Най-новите системи BIS вече разполагат с тези изключително тънки хидрогелови електроди, които намаляват кожното съпротивление с около 40 процента в сравнение с по-старите лепкави опции. Сензорите са медицински сертифицирани и могат да останат прикрепени към пациенти в продължение от дванадесет до двадесет и четири часа, без да причиняват дискомфорт. Това ги прави наистина полезни по време на дълги хирургични процедури, при които мониторингът на мозъчната активност трябва да бъде непрекъснат. Когато лекарите първо подготвят кожата, като я почистват с алкохолни салфетки и премахват излишната коса, според последни проучвания в болници от цялата страна се наблюдава подобрение на качеството на сигнала с около една трета.

Минимизиране на артефактите и осигуряване на качеството на сигнала по време на операция

Три ключови стратегии предотвратяват изкривяването на сигнала по време на операция:

1. Изолиране на ЕЕГ проводниците от електрохирургични устройства (разстояние над 30 см)
2. Използване на екранирани кабели за намаляване на електромагнитните смущения с 55%
3. Внедряване на адаптивни филтри, които потискат артефакти с висока честота като ЕМГ (>30 Hz)

Проучвания потвърждават, че тези мерки намаляват фалшивите показания на BIS с 74% по време на електрохирургия или движение на пациента. Редовните проверки на импеданса (<5 kΩ) допълнително потвърждават функционалността на сензора по време на процедурата.

Тълкуване на стойностите на BIS в клиничната практика

Обяснение на скалата BIS: Седация, безсъзнание и крайни точки на анестезията

Биспектралният индекс (BIS) измерва дълбочината на анестезията по скала от 0 до 100, като по-ниските стойности показват по-дълбоко потискане на мозъчната активност. Клиничните насоки категоризират състоянията на съзнанието по следния начин:

• 60–100: Лека седация до напълно будно състояние
• 40–60: Обща анестезия (оптимален хирургичен диапазон)
• <40: Дълбоко хипнотично състояние (риск от бурстова супресия)

Собственият алгоритъм на BIS претегля четири ЕЕГ параметра — коефициент на пулсиране и подтискане (BSR), мощност на електромиограма (EMG), честота на спектралния ръб (SEF) и относително бета съотношение (RBR) — по различен начин в рамките на пет диапазона на BIS. Това обяснява защо внезапни вълни в EMG (>65 dB) могат погрешно да повишат резултата с над 20 точки, въпреки адекватна анестезия.

Свързване на ЕЕГ модели с нива на съзнание по време на анестезия

Сензорите на BIS работят, като превръщат суровите сигнали от ЕЕГ, получени от пациентите, в реална информация, която лекарите могат да използват. Те го постигат, като анализират специфични модели, които показват как различните лекарства влияят на мозъка. Вземете например пропофола. Това лекарство обикновено потиска бързите бета вълни в диапазона от около 13 до 30 Hz, което води до увеличаване на стойностите на RBR, докато човек все повече се унася. Когато някой е под хирургично ниво на анестезия с показания на BIS между 40 и 60, неговата SEF обикновено се стабилизира около 15 до 18 Hz. Но внимавайте за периодите на пикови подтиснати сигнали, при които повече от половината от мозъчната активност спира напълно. Тогава състоянието става твърде дълбоко. Някои интересни изследвания показват, че кетаминът всъщност повишава показателите на BIS, въпреки че пациентите изобщо не са съзнателни. Това показва колко разнообразни могат да бъдат тези мозъчни вълнови реакции в зависимост от използваното лекарство.

Ограничения на BIS: Защо не предсказва движение или хемодинамичен отговор

BIS се справя добре при проследяване на процесите в кората, но изостава, когато става въпрос за по-дълбоките мозъчни пътища, които контролират неща като рефлекторни движения и промени в кръвното налягане. Като се има предвид проучване от 2018 година, приблизително един от всеки пет пациенти е имал BIS показания под 40, въпреки че все пак е извършвал движения по време на операцията, което показва, че има определено ограничение в способността му да улавя дейността на гръбначния мозък. Друг проблем е, че понякога тялото има силна реакция на болкови сигнали без забележима промяна в нивата на BIS. Това означава, че лекарите се нуждаят от други начини за наблюдение на тези реакции, например чрез проверка на вариабилността на сърдечния ритъм, за да получат пълна картина на това, което се случва в организма на пациента.

Клинична валидация и надеждност на BIS ЕЕГ сензори при хирургични интервенции

Разработване и клинични изпитвания зад BIS монитора

За да проверят дали системата за наблюдение BIS наистина работи, изследователи проведоха няколко кръга клинични изпитвания с около 1500 участници. Целта беше да видят колко добре моделите на мозъчните вълни съответстват на това, което лекарите могат да наблюдават по време на седация. Едно голямо проучване, охватило няколко медицински центъра, беше публикувано в „Frontiers in Medicine“. Резултатите бяха наистина впечатляващи. При използване на насоки от BIS за анестезия се отчете 82% спад в случаите на съзнание по време на операция при тези 2463 рискови процедури. Въз основа на всички тези данни повечето експерти сега смятат, че поддържането на BIS стойности между 40 и 60 е най-добрият подход за постигане на правилна дълбочина на анестезията. Компанията зад BIS също оптимизира алгоритмите на софтуера си, за да могат те по-ефективно да филтрират сигнали от мускулна активност, които в противен случай биха можели да пречат на измерванията.

Доказателства от хирургически случаи относно анестезия, насочвана от BIS

Анализът на данни от 36 контролирани проучвания с участието на около 7 761 пациента показва, че мониторингът на мозъчната функция (BIS) намалява вероятността пациентите да се събудят по време на операция с около 35%, което е доста значимо в сравнение само с наблюдението на стандартните жизнени показатели. Но има и друга страна на историята. Проучването B-Unaware установи подобни резултати, когато сравнява BIS мониторинга с измерването на газовете в края на издишания въздух при определени видове анестезия, така че всичко зависи от вида на процедурата, за която говорим. По-специално при неврохирургични операции тези мозъчни сензори изглежда правят истинска разлика. Те помагат за намаляване на проблемите с мисленето след операция в около 23% от случаите, тъй като лекарите могат да регулират седативните средства много по-точно, отколкото преди.

Тенденции в прилагането и доверието към технологията BIS в медицинските центрове

Повече от 85 процента от академичните болници вече са започнали да използват BIS сензори като част от рутинните си анестезиологични процедури, според последните проучвания от 2023 година. Защо? Ами тези устройства съществуват от повече от две десетилетия и през това време са възникнали много малко проблеми с тях – около по-малко от един процент от случаите са всъщност свързани с оборудването. Въпреки това понякога се появяват сложни ситуации, когато пациентите имат крайна хипотермия или им е имплантиран пейсмейкър. Но не ме разбирайте погрешно, в повечето случаи всичко работи напълно нормално. Проучване, публикувано в „Nature“ през 2020 година, установи, че BIS остава точен приблизително в 94 от 100 случая при нормални хирургични условия. Такава добра ефективност обяснява защо толкова много медицински заведения продължават да разчитат на тази технология за своите нужди по време на периоперативния период.

ЧЗВ

Какво е BIS мониторинг и как работи?

Мониторингът с BIS (биспектрален индекс) използва модели на ЕЕГ, за да оцени дълбочината на анестезията със скала от 0 до 100. Стойност на BIS между 40 и 60 е идеална за хирургичен хипноз, като комбинира безсъзнание и хемодинамична стабилност. Използват се алгоритми за анализиране на подпараметри като съотношение на пулсирано потискане, бета съотношение, честота на спектралния ръб и мощност на електромиограмата.

Какво са BIS сензорите и как се поставят?

BIS сензорите се поставят на челото и слепоочието, за да уловят фронтотемпоралните мозъчни активности. Използват се за точен мониторинг на мозъчната дейност по време на анестезия.

Защо BIS показателите не отразяват движение или хемодинамична реакция?

BIS засича кортикалната активност, но не измерва адекватно по-дълбоките мозъчни пътища, които управляват рефлексните движения и промените в кръвното налягане, което го прави недостатъчен за мониторинг на гръбначномозъчната дейност.