نکته کلیدی سنسورهای BIS EEG در اندازه‌گیری عمق بیهوشی چیست؟

چگونه فناوری سنسور BIS EEG عمق بیهوشی را اندازه‌گیری می‌کند

شاخص دو طیفی (BIS) در بیهوشی چیست؟

پایش شاخص دو طیفی (BIS) الگوهای پیچیده الکتروانسفالوگرام (EEG) را به یک نمره بی‌بعد (0–100) تبدیل می‌کند تا عمق بیهوشی را کمّی سازد. مقدار BIS بین 40 تا 60 نشان‌دهنده بیهوشی جراحی بهینه است که بیهوشی را با ثبات همودینامیک متعادل می‌کند. این فناوری از الگوریتم‌های اختصاصی برای تحلیل چهار پارامتر فرعی EEG :

• نسبت سرکوب تپشی (BSR)
• نسبت بتای نسبی
• فرکانس لبه طیفی 95%
• توان الکترومیوگرام (EMG)

این معیارها در مراحل مختلف بیهوشی به شکل متفاوتی وزن‌دهی می‌شوند، همان‌طور که در یک مطالعه پایه‌ای مجله Nature با تحلیل 5,427 مورد جراحی (2019) نشان داده شده است.

از سیگنال‌های EEG تا ارزیابی عمق بلادرنگ: نقش سنسورهای BIS

سنسورهای EEG با تکنولوژی BIS، داده‌های خام موج مغزی را از طریق سه مرحله به بینش‌های قابل اجرا تبدیل می‌کنند:

این رویکرد چندپارامتری امکان تنظیمات لحظه‌ای بیهوشی را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، یک افزایش ناگهانی در توان EMG (که نشان‌دهنده فعالیت عضلانی است) حتی در صورت ثابت بودن نمره BIS، باعث ایجاد هشدار می‌شود.

ملاحظات فنی در انتقال سیگنال و عملکرد سنسور

قرارگیری سنسور روی پیشانی و هدایت الکترود-پوست به شدت بر دقت داده‌ها تأثیر می‌گذارد. چسبندگی ضعیف یا پوست چرب، امپدانس را افزایش داده و می‌تواند مقادیر BIS را تا ۱۵ واحد به صورت مصنوعی افزایش دهد. سنسورهای جدید الگوریتم‌های تشخیص آرتیفکت را در خود ادغام کرده‌اند که:

1. فیلتر کردن تداخل الکتروکوتر
2. جبران نوسان سیگنال
3. ارزیابی خودکار کیفیت الکتروانسفالوگرام هر 6 ثانیه یکبار

مطالعات اعتبارسنجی بالینی نشان می‌دهند که خطای مطلق میانه برابر یا کمتر از 4.1 واحد BIS در مقایسه با تفسیر دستی الکتروانسفالوگرام است ( BMC آنستزیولوژی، 2018 ). با این حال، سازندگان تنها 60 درصد منطق الگوریتمی خود را افشا می‌کنند و لزوم همبستگی دقیق بالینی را ضروری می‌سازند.

علم پشت BIS: تحلیل دوتایی طیفی و پردازش سیگنال الکتروانسفالوگرام

درک تحلیل دوتایی طیفی برای ارزیابی عمق بیهوشی

تحلیل دو طیفی سیگنال‌های خام EEG را می‌گیرد و با بررسی ارتباط فازی بین فرکانس‌های مختلف، آنها را به اعدادی تبدیل می‌کند که بتوانیم با آنها کار کنیم. این تکنیک ابتدا در تحقیقات لرزه‌ای و اقیانوس‌شناسی استفاده می‌شد و سپس وارد حوزه پزشکی شد. چیزی که این روش را خاص می‌کند، تشخیص الگوهای پیچیده در امواج مغزی است که به نظر می‌رسد با نحوه تأثیر بیهوشی بر بیماران هماهنگ است. روش‌های سنتی تنها به شدت سیگنال و فرکانس‌های موجود توجه می‌کنند. اما رویکردهای دو طیفی فراتر می‌روند و زمانی که امواج مختلف با یکدیگر تعامل دارند را شناسایی می‌کنند. این موضوع اهمیت زیادی دارد، زیرا به تشخیص تفاوت بین فردی که به طور ملایم تحت تاثیر دارو قرار گرفته (در محدوده BIS 60 تا 80) و فردی که کاملاً بیهوش است (در محدوده پایین‌تر 40 تا 60) کمک می‌کند.

پردازش سیگنال خام EEG به یک مقدار قابل اعتماد BIS: الگوریتم‌ها و اعتبارسنجی

سنسورهای BIS برای ارزیابی فعالیت مغزی به چندین عامل کلیدی توجه می‌کنند. این عوامل شامل نسبت سرکوب انفجاری (BSR)، خوانش‌های توان الکترومیوگرام، اندازه‌گیری‌های فرکانس لبه طیفی و همچنین آنچه نسبت بتای نسبی نامیده می‌شود، می‌باشند. بر اساس تحقیقات منتشر شده در سال 2019، این سنسورها در واقع از الگوریتم‌های یادگیری ماشین استفاده می‌کنند که تمام این داده‌ها را از طریق فرمول‌های ریاضی پیچیده‌ای معروف به معادلات رگرسیون وزنی پردازش می‌کنند. نتیجه چیست؟ میانگین محدوده خطای حدوداً به اندازه مثبت یا منفی 4.1 واحد BIS. آن‌ها این سیستم را روی تقریباً 5500 جراحی مختلف آزمایش کردند و دریافتند که این سیستم به‌خوبی و بدون توجه به هویت بیمار یا نوع بیهوشی که دریافت می‌کند، عمل می‌کند. با این حال قابل توجه است که اکثر شرکت‌ها تمام جزئیات نحوه کار الگوریتم‌های خود را افشا نمی‌کنند، زیرا حدود 30 درصد از این اطلاعات به عنوان اطلاعات مالکیتی محرمانه نگه داشته می‌شود. این کمبود شفافیت کامل قطعاً سؤالاتی درباره اینکه تا چه حد در واقع در مورد این موضوع با بیماران و پرسنل پزشکی شفاف هستیم، ایجاد می‌کند.

نمره BIS چگونه با فعالیت مغز در حالت بیهوشی مرتبط است

مطالعات نشان می‌دهند که خواندن‌های شاخص دو طیفی (BIS) تمایل دارند با آنچه در قشر مغز از نظر سرکوب شدن رخ می‌دهد هماهنگ باشند، اما واقعاً منعکس‌کنندهٔ اتفاقات عمقی‌تر در ساختارهای مغزی نیستند. به عنوان مثال، سئوفلوران در سطح دوز 1 MAC، معمولاً نمره BIS را به حدود 32 کاهش می‌دهد، زیرا اتصالات تالاموکورتیکال را مهار می‌کند. چیز جالب اینجاست که کتامین اثر معکوس دارد. هرچند بیماران تحت کتامین به وضوح در حالت انزوا قرار دارند، اما نمره BIS آن‌ها در واقع به حدود 59 افزایش می‌یابد. یک مطالعه اعتبارسنجی در سال 2018 این تفاوت‌های عجیب بین داروها را تأیید کرد. این موضوع توضیح می‌دهد که چرا دستگاه‌های نظارت بر BIS در واقع نحوه تأثیر داروهای آرام‌بخش بر امواج مغزی را اندازه‌گیری می‌کنند، نه اینکه معیاری قطعی از عمق واقعی بیهوشی در حین جراحی ارائه دهند.

قرارگیری صحیح سنسور BIS و ثبت غیرتهاجمی EEG

قرارگیری بهینه سنسور روی پیشانی برای خواندن دقیق سیگنال BIS از EEG

سنسورهای BIS از طریق قرارگیری استاندارد روی پیشانی، دستیابی به حداکثر جمع‌آوری سیگنال را فراهم می‌کنند. تحقیقات نشان داده‌اند که قرار دادن الکترودها به صورت مورب در سراسر پیشانی و گیجگاه، با الگوهای فعالیت مغزی فرونتوتمپورال که برای پایش بیهوشی حیاتی هستند، هماهنگ است. این قرارگیری مداخله عضلانی را به حداقل رسانده و در عین حال تماس منظمی با فعالیت الکتریکی سطحی مغز حفظ می‌کند.

استفاده از الکترودهای پوستی برای پایش بی‌خطر و غیرتهاجمی بیهوشی

آخرین سیستم‌های BIS اکنون از الکترودهای فوق نازک هیدروژلی بهره می‌برند که در مقایسه با گزینه‌های چسبناک قدیمی، مقاومت پوست را حدود ۴۰ درصد کاهش می‌دهند. این سنسورها از نظر پزشکی مورد تأیید هستند و می‌توانند بین دوازده تا بیست و چهار ساعت بدون ایجاد ناراحتی بر روی بیماران ثابت بمانند. این ویژگی آن‌ها را در طول عمل‌های جراحی طولانی که نیاز به پایش مداوم فعالیت مغز دارند، بسیار مفید می‌کند. بر اساس مطالعات اخیر در بیمارستان‌های سراسر کشور، زمانی که پزشکان قبل از قرار دادن سنسور، پوست را به‌درستی آماده کنند — با پاک کردن آن با پد الکلی و از بین بردن موهای اضافی — بهبودی حدود یک‌سومی در کیفیت سیگنال مشاهده شده است.

کاهش خطاهای ناشی از عوامل خارجی و تضمین کیفیت سیگنال در حین جراحی

سه راهکار کلیدی از تشوه سیگنال در حین عمل جلوگیری می‌کنند:

1. جدا کردن سیم‌های EEG از دستگاه‌های جراحی الکتریکی (فاصله بیش از ۳۰ سانتی‌متر)
2. استفاده از کابل‌های محافظت‌شده به‌منظور کاهش تداخل الکترومغناطیسی تا ۵۵ درصد
3. اجرا کردن فیلترهای تطبیقی که موج‌های ناخواسته با فرکانس بالا مانند EMG (>30 هرتز) را سرکوب می‌کنند

مطالعات نشان داده‌اند که این اقدامات خواندن نادرست BIS را در حین استفاده از دستگاه کواتری یا حرکت بیمار تا 74٪ کاهش می‌دهند. بررسی‌های منظم امپدانس (<5 کیلواهم) نیز عملکرد سنسور را در حین روند درمان تأیید می‌کند.

تفسیر مقادیر BIS در عمل بالینی

مقیاس BIS توضیح داده شده: آرام‌بخشی، بیهوشی و نقاط پایانی بی‌هوشی

شاخص دوطرفه (BIS) عمق بی‌هوشی را در مقیاس 0 تا 100 اندازه‌گیری می‌کند، که مقادیر پایین‌تر نشان‌دهنده سرکوب عمیق‌تر فعالیت مغزی هستند. دستورالعمل‌های بالینی حالات هوشیاری را به صورت زیر طبقه‌بندی می‌کنند:

• 60–100: آرام‌بخشی سبک تا بیداری کامل
• 40–60: بی‌هوشی عمومی (محدوده جراحی بهینه)
• <40: حالت خواب‌آلودگی عمیق (خطر بروز سرکوب پرشی)

الگوریتم اختصاصی BIS چهار پارامتر EEG را شامل نسبت تحرک-سنجش (BSR)، توان الکترومیوگرام (EMG)، فرکانس لبه طیفی (SEF) و نسبت بتای نسبی (RBR) را در پنج محدوده BIS به‌صورت متفاوت وزن‌دهی می‌کند. این امر باعث می‌شود که افزایش ناگهانی سیگنال EMG (>65 دسی‌بل) علیرغم بیهوشی کافی، به‌طور نادرست نمره را بیش از 20 واحد افزایش دهد.

ارتباط الگوهای EEG با سطوح هوشیاری در حین بیهوشی

سنسورهای BIS با تبدیل سیگنال‌های خام EEG که از بیماران دریافت می‌شوند به اطلاعات قابل استفاده برای پزشکان، عمل می‌کنند. آنها این کار را با بررسی الگوهای خاصی انجام می‌دهند که نشان می‌دهند داروهای مختلف چگونه بر مغز تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، داروی پروپوفول را در نظر بگیرید. این دارو تمایل دارد تا امواج بتای سریع بین حدود ۱۳ تا ۳۰ هرتز را کاهش دهد، که در نتیجه با افزایش خواب‌آلودگی فرد، اعداد RBR بالا می‌رود. وقتی فرد تحت بیهوشی سطح جراحی باشد و مقادیر BIS بین ۴۰ تا ۶۰ باشد، معمولاً SEF آنها در حدود ۱۵ تا ۱۸ هرتز ثابت می‌شود. اما به دوره‌های سرکوب انفجاری توجه داشته باشید که در آن بیش از نیمی از فعالیت مغزی کاملاً متوقف می‌شود. در این حالت، بیهوشی بیش از حد عمیق شده است. تحقیقات جالبی نشان داده‌اند که کتامین در واقع نمرات BIS را افزایش می‌دهد، هرچند بیمار اصلاً هوشیار نباشد. این موضوع نشان می‌دهد که پاسخ‌های امواج مغزی چقدر می‌توانند بسته به داروی مورد استفاده متفاوت باشند.

محدودیت‌های BIS: چرا این روش قادر به پیش‌بینی حرکت یا پاسخ همودینامیک نیست

سیستم BIS کار خوبی در ردیابی اتفاقاتی که در قشر مغز رخ می‌دهد انجام می‌دهد، اما در مورد مسیرهای عمیق‌تر مغز که چیزهایی مانند حرکات بازتابی و تغییرات فشار خون را کنترل می‌کنند، عملکرد ضعیفی دارد. با بررسی یک مطالعه از سال ۲۰۱۸، حدود یک در هر پنج بیمار مقادیر BIS زیر ۴۰ داشتند، اما باز هم در حین جراحی حرکت می‌کردند که نشان می‌دهد شکاف‌های مشخصی در نحوه تشخیص فعالیت نخاعی توسط این سیستم وجود دارد. مسئله دیگر این است که گاهی بدن واکنش‌های شدیدی به سیگنال‌های درد نشان می‌دهد بدون آن‌که تغییر قابل توجهی در سطح BIS دیده شود. این بدین معناست که پزشکان به روشهای دیگری برای نظارت بر این پاسخ‌ها نیاز دارند، مانند بررسی تغییرپذیری ضربان قلب، تا تصویر کاملی از آنچه در بدن بیمار اتفاق می‌افتد به دست آورند.

اعتبارسنجی بالینی و قابلیت اطمینان سنسورهای EEG BIS در جراحی

توسعه و آزمایش‌های بالینی پشت سیستم نظارتی BIS

برای بررسی اینکه آیا سیستم نظارت BIS واقعاً کار می‌کند، محققان چندین دور از آزمایش‌های بالینی با حدود ۱,۵۰۰ شرکت‌کننده انجام دادند. آنها می‌خواستند ببینند الگوهای موج مغزی تا چه حد با مشاهدات پزشکان در حین بیهوشی همخوانی دارند. یک مطالعه بزرگ در چندین مرکز پزشکی در مجله Frontiers in Medicine منتشر شد. نتایج واقعاً قابل توجه بودند. هنگام استفاده از راهنمایی BIS برای بیهوشی، در میان ۲,۴۶۳ عمل جراحی پرخطر، کاهش ۸۲ درصدی در هوشیاری بیماران در حین عمل مشاهده شد. بر اساس تمام این شواهد، اکنون اکثر متخصصان موافق هستند که نگه داشتن نمرات BIS بین ۴۰ تا ۶۰، بهترین روش برای دستیابی به عمق مناسب بیهوشی است. شرکت سازنده BIS همچنین الگوریتم‌های نرم‌افزار خود را به‌روزرسانی کرده تا بتواند سیگنال‌های فعالیت عضلانی را که ممکن است خوانش‌ها را مخدوش کنند، بهتر فیلتر کند.

شواهد حاصل از مطالعات موردی جراحی در مورد بیهوشی تحت راهنمایی BIS

بررسی داده‌های 36 آزمایش کنترل‌شده که شامل حدود 7,761 بیمار بوده نشان می‌دهد که پایش عملکرد مغز (BIS) شانس بیدار شدن بیماران در حین جراحی را در مقایسه با تنها مشاهده علائم حیاتی استاندارد، تقریباً 35٪ کاهش می‌دهد که این رقم قابل توجه است. اما یک سوی دیگری هم به این داستان وجود دارد. مطالعه B-Unaware زمانی که پایش BIS را با اندازه‌گیری گازهای بازدم در انتهای بازدم برای برخی نوع‌های بیهوشی مقایسه کرد، نتایج مشابهی را نشان داد؛ بنابراین واقعاً بستگی به نوع فرآیند جراحی دارد. به طور خاص در عملیات‌های عصبی، این سنسورهای مغزی تفاوت واقعی ایجاد می‌کنند. آن‌ها به کاهش مشکلات شناختی پس از جراحی در حدود 23٪ از موارد کمک می‌کنند، زیرا پزشکان قادرند داروهای آرام‌بخش را بسیار دقیق‌تر از قبل تنظیم کنند.

روند پذیرش و اعتماد به فناوری BIS در مراکز پزشکی

بر اساس نظرسنجی‌های اخیر در سال 2023، بیش از 85 درصد از بیمارستان‌های دانشگاهی شروع به استفاده از سنسورهای BIS به عنوان بخشی از رویه‌های معمول بیهوشی خود کرده‌اند. چرا؟ خب، این دستگاه‌ها بیش از دو دهه است که موجود هستند و در طول این مدت تعداد بسیار کمی مشکل با آن‌ها گزارش شده است — حدوداً کمتر از یک درصد مشکلات مربوط به خود تجهیزات بوده است. با این حال، برخی موقعیت‌های پیچیده همچنان وجود دارد، مثلاً زمانی که بیماران دچار هیپوترمی شدید می‌شوند یا دارای ضربان‌ساز قلب هستند. اما اشتباه نکنید، در اغلب موارد همه چیز عمدتاً به خوبی پیش می‌رود. مطالعه‌ای که در سال 2020 در مجله Nature منتشر شد نشان داد که BIS در شرایط جراحی عادی حدود 94 بار از هر 100 بار دقت دارد. این سابقه عملکرد توضیح می‌دهد که چرا تعداد زیادی از مراکز پزشکی همچنان به این فناوری برای نیازهای مراقبت دوران پیش و پس از عمل اتکا می‌کنند.

‫سوالات متداول‬

نظارت BIS چیست و چگونه کار می‌کند؟

مانیتورینگ BIS (شاخص دو طیفی) از الگوهای EEG برای ارزیابی عمق بیهوشی با نمره‌ای بین ۰ تا ۱۰۰ استفاده می‌کند. مقدار BIS بین ۴۰ تا ۶۰ برای هیپنوز جراحی ایده‌آل است و بیهوشی و ثبات همودینامیک را ترکیب می‌کند. این روش از الگوریتم‌هایی برای تحلیل زیرپارامترهایی مانند نسبت سرکوب تپشی، نسبت بتا، فرکانس لبه طیفی و توان الکترومیوگرام استفاده می‌کند.

سنسورهای BIS چیستند و نحوه قرارگیری آنها چگونه است؟

سنسورهای BIS بر روی پیشانی و صدغ برای ثبت الگوهای فعالیت مغزی فرونتوتِمپورال قرار می‌گیرند. این سنسورها برای مانیتورینگ دقیق مغز در حین بیهوشی استفاده می‌شوند.

چرا نمرات BIS حرکت یا پاسخ همودینامیک را منعکس نمی‌کنند؟

BIS فعالیت قشری را ثبت می‌کند اما به‌طور کافی مسیرهای عمیق‌تر مغزی را که حرکات ارادی و تغییرات فشار خون را کنترل می‌کنند، اندازه‌گیری نمی‌کند و بنابراین برای مانیتورینگ فعالیت نخاعی کافی نیست.