Mi a kulcsa a BIS EEG-érzékelőknek az érzéstelenítés mélységének mérésében?

Hogyan méri az érzéstelenítés mélységét a BIS EEG szenzortechnológia

Mi az a bispektrális index (BIS) monitorozás az érzéstelenítés során?

A bispektrális index (BIS) monitorozás összetett elektroencefalográfiai (EEG) mintázatokat alakít át dimenzió nélküli pontszámmá (0–100), hogy mennyiségi értéket adjon az érzéstelenítés mélységéhez. A 40–60 közötti BIS érték ideális sebészi hipnózist jelez, amely az eszméletlenséget a hemodinamikai stabilitással egyensúlyozza. A technológia tulajdonosi algoritmusokat használ a négy EEG részparaméter :

• Burst szuppressziós arány (BSR)
• Relatív béta arány
• 95%-os spektrális határfrekvencia
• Elektromiogramm (EMG) teljesítmény

Ezeket a mérőszámokat az érzéstelenítés különböző szakaszaiban másként súlyozzák, amint azt egy kiemelkedő Nature tanulmány demonstrálta 5427 sebészeti eset elemzése során (2019).

Az EEG-jelektől a valós idejű mélységértékelésig: a BIS-érzékelők szerepe

A BIS EEG-érzékelők a nyers agyhullám-adatokat három fázisban alakítják kihasználható információkká:

Ez a többparaméteres megközelítés valós idejű altatási beállításokat tesz lehetővé. Például egy hirtelen EMG-teljesítmény-növekedés (az izomtevékenység jeleként) riasztást vált ki akkor is, ha a BIS-értékek stabilak maradnak.

Jelvezetési és szenzorprestízs technikai szempontjai

A homlokon elhelyezett szenzor és a bőr-elektrod közötti vezetőképesség döntően befolyásolja az adatok pontosságát. A rossz tapadás vagy zsíros bőr növeli az impedanciát, ami mesterségesen akár 15 ponttal is felülreviszi a BIS-értékeket. A modern szenzorok olyan zavarjel-észlelő algoritmusokat tartalmaznak, amelyek:

1. Szűrő elektrokoagulációs interferencia ellen
2. Jelcsúszás kompenzálása
3. Automatikus EEG-minőség-ellenőrzés 6 másodpercenként

Klinikai validációs tanulmányok szerint a medián abszolút hiba ≤4,1 BIS pont a manuális EEG-értékeléssel összevetve ( BMC Anesthesiology, 2018 ). A gyártók azonban csak az algoritmuslogika 60%-át ismertetik, így körültekintő klinikai korreláció szükséges.

A BIS tudománya: Bispektrális analízis és EEG-jelfeldolgozás

A bispektrális analízis megértése az érzéstelenítés mélységének értékeléséhez

A bispektrális analízis ezeket a nyers EEG-jeleket veszi alapul, és olyan számokká alakítja őket, amelyekkel ténylegesen dolgozhatunk, miközben a különböző frekvenciák fázishelyzetének egymáshoz való viszonyát vizsgálja. A technika eredetileg a szeizmikus kutatásokban és az óceánkutatásban jelent meg, mielőtt az orvoslás területére is eljutott volna. Ami különlegessé teszi, az az agyhullámokban rejlő összetett mintázatok észlelése, amelyek látszólag összhangban vannak az altatás betegekre gyakorolt hatásával. A hagyományos módszerek csupán a jel erősségét és a jelen lévő frekvenciákat vizsgálják. A bispektrális módszer azonban továbbmegy, és kimutatja, amikor a különböző hullámok kölcsönhatásba lépnek egymással. Ez nagyon fontos, mert segít megkülönböztetni az enyhén altatott állapotot (BIS 60–80 között) a teljesen altatott állapottól (40–60 között).

Nyers EEG feldolgozása megbízható BIS-értékké: algoritmusok és validáció

A BIS EEG-érzékelők több kulcsfontosságú tényezőt is figyelembe vesznek az agyi aktivitás értékelésekor. Ilyenek például a robbanásos elnyomás aránya (BSR), az elektromiogramm teljesítményértékei, a spektrális szélfrekvencia-mérések, valamint az úgynevezett relatív béta arány. A 2019-ben közzétett kutatások szerint ezek az érzékelők gépi tanulási algoritmusokat használnak, amelyek ezt az adatot olyan összetett matematikai képleteken keresztül dolgozzák fel, amelyeket súlyozott regressziós egyenleteknek nevezünk. Az eredmény? Körülbelül plusz-mínusz 4,1 BIS egység átlagos hibahatár. Ezt a rendszert majdnem 5500 különböző műtéten tesztelték, és azt találták, hogy viszonylag jól működik attól függetlenül, hogy ki a beteg, vagy milyen típusú altatást kap. Mindazonáltal megjegyzendő, hogy a legtöbb vállalat nem osztja meg velünk teljes mértékben algoritmusaik működését, mivel körülbelül 30% ebből továbbra is zárt, védett üzleti titokként van kezelve. Ez a teljes nyitosság hiánya biztosan felveti a kérdést, hogy valójában mennyire transzparensen járunk-e el a betegek és az orvosi személyzet felé.

Hogyan korrelál a BIS-érték az agyi aktivitással érzéstelenítés alatt

A tanulmányok azt mutatják, hogy a Bispektrális Index (BIS) értékek általában egyeznek a cortexben zajló eseményekkel a gátlás tekintetében, de nem igazán tükrözik az agy mélyebb struktúráiban lezajló folyamatokat. Vegyük például a sevofluránt 1 MAC dózisszinten, amely általában a BIS-értékeket körülbelül 32-re csökkenti, miközben elnyomja a thalamocorticalis kapcsolatokat. Érdekes módon a ketamin ellentétes hatást fejt ki. Annak ellenére, hogy a betegek nyilvánvalóan disszociált állapotba kerülnek ketamintól, a BIS-számuk valójában kb. 59-re emelkedik. Egy 2018-as validációs tanulmány megerősítette ezt a furcsa különbséget a különböző gyógyszerek között. Ez magyarázza, hogy a BIS monitorozó készülékek lényegében azt mérik, hogyan hatnak a szedatívumok az agyhullámokra, ahelyett, hogy valamilyen meghatározott mérőszámot adnának az érzéstelenítés tényleges mélységéről műtét közben.

Megfelelő BIS-szenzor elhelyezése és nem invazív EEG-jel rögzítése

A homlok optimális elhelyezése a pontos BIS EEG érzékelőolvasásokhoz

A BIS EEG érzékelők a standard homlok-elhelyezéssel érik el az optimális jelrögzítést. A kutatások azt mutatják, hogy az elektródák átlós elhelyezése a homlokon és a halántékon a frontotemporális agyi aktivitási mintázatokkal összhangban áll, amelyek kritikusak az érzéstelenítés monitorozásához. Ez az elhelyezés minimalizálja az izomzavarokat, miközben folyamatos kapcsolatban marad a felületes agyi elektromos aktivitással.

Bőrérzékelők használata megbízható, nem invazív érzéstelenítési monitorozáshoz

A legújabb BIS rendszerek mostantól rendelkeznek ezekkel a szuper vékony hidrogél elektródákkal, amelyek körülbelül 40 százalékkal csökkentik a bőr ellenállását az elavult ragasztó típusú megoldásokhoz képest. Az érzékelők orvosi tanúsítvánnyal rendelkeznek, és akár tizenkét-t huszonnégy órán át is fennmaradhatnak a betegeken kellemetlenség nélkül. Ez különösen hasznos hosszabb ideig tartó műtétek során, amikor folyamatosan figyelni kell az agyi aktivitást. Amikor az orvosok megfelelően előkészítik a bőrt – alkoholos törlőkendővel megtisztítva, és eltávolítva a felesleges szőrszálakat –, a hazai kórházakban végzett legutóbbi tanulmányok szerint körülbelül egyharmados javulást tapasztaltak a jelminőségben.

Zavarjelek minimalizálása és a jelminőség biztosítása műtét közben

Három kulcsfontosságú stratégia az intraoperatív jelzavarástól való védelemre:

1. Az EEG-vezetékek elszigetelése az elektroműszeres eszközöktől (több mint 30 cm-es távolság)
2. Árnyékolt kábelek használata, amelyek 55 százalékkal csökkentik az elektromágneses zavarokat
3. Adaptív szűrők alkalmazása, amelyek elnyomják a magas frekvenciájú zavarokat, mint például az EMG (>30 Hz)

Tanulmányok megerősítik, hogy ezek a intézkedések 74%-kal csökkentik a hamis BIS értékeket műtőkés használata vagy a beteg mozgása során. Rendszeres impedancia-ellenőrzések (<5 kΩ) továbbá igazolják az érzékelők működőképességét a beavatkozás közepén.

BIS-értékek értelmezése a klinikai gyakorlatban

A BIS-skála magyarázata: Szédülés, eszméletlenség és altatás végpontjai

A bispektrális index (BIS) az érzéstelenítés mélységét 0–100 skálán kvantifikálja, ahol az alacsonyabb értékek mélyebb agyi tevékenység-gátlást jeleznek. A klinikai irányelvek a tudatállapotokat a következőképpen kategorizálják:

• 60–100: Enyhe szedációtól teljesen éber állapotig
• 40–60: Általános érzéstelenítés (ideális sebészeti tartomány)
• <40: Mély hipnotikus állapot (a burst szuppresszió kockázata)

A saját fejlesztésű BIS algoritmus az EEG négy paraméterét – a robbanásos elnyomás arányát (BSR), az elektromiogramm (EMG) teljesítményét, a spektrális szélső frekvenciát (SEF) és a relatív béta arányt (RBR) – különböző súllyal veszi figyelembe öt különböző BIS-tartományban. Ez magyarázza, hogy miért okozhatnak hirtelen EMG-csúcsok (>65 dB) hamis pontnövekedést több mint 20 ponttal, még megfelelő altatás mellett is.

Az EEG-minták összekapcsolása az éberségi szintekkel altatás közben

A BIS-érzékelők úgy működnek, hogy a betegektől kapott nyers EEG-jeleket olyan tényleges információvá alakítják, amit az orvosok felhasználhatnak. Ezt úgy érik el, hogy konkrét mintázatokat vizsgálnak, amelyek arról tájékoztatnak bennünket, hogyan hatnak különböző gyógyszerek az agyra. Vegyük például a propofolt. Ez a szer általában csökkenti a gyors béta-hullámokat, amelyek körülbelül 13 és 30 Hz között vannak, így növelve az RBR-értékeket, ahogy a személy egyre álmosabb lesz. Amikor valaki műtét szintű altatás alatt van, és a BIS-értékek 40 és 60 között mozognak, akkor a SEF általában körülbelül 15–18 Hz körül stabilizálódik. Figyelni kell azonban a robbanásszerű szuppressziós időszakokra, amikor az agyi aktivitás több mint fele teljesen leáll. Ilyenkor már túl mély az altatás. Néhány érdekes kutatás kimutatta, hogy a ketamin valójában növeli a BIS-értékeket, annak ellenére, hogy a beteg egyáltalán nem tudatos. Ez jól mutatja, milyen változatosak lehetnek az agyhullám-válaszok attól függően, hogy milyen gyógyszert alkalmaznak.

A BIS korlátai: Miért nem képes előrejelezni a mozgást vagy a hemodinamikai választ

A BIS jól követi a cortexban történő folyamatokat, de hiányosságok mutatkoznak a mélyebb agyi pályák tekintetében, amelyek például a reflexmozgásokat és a vérnyomás-változásokat szabályozzák. Visszatekintve egy 2018-as tanulmányra, körülbelül minden ötödik betegnél a BIS-érték 40 alatt volt, mégis mozgott a műtét során, ami egyértelműen mutatja annak a korlátját, hogy a BIS mennyire képes érzékelni a gerincvelő aktivitását. Egy másik probléma, hogy néha a szervezet erős reakciókat mutat a fájdalomjelekre anélkül, hogy a BIS-szintekben észrevehető változás lenne. Ez azt jelenti, hogy az orvosoknak más módszerekre is szükségük van ezeknek a válaszoknak a monitorozásához, például a szívfrekvencia-variabilitás ellenőrzésére, hogy teljes képet kapjanak a beteg belsejében zajló folyamatokról.

A BIS EEG szenzorok klinikai érvényesítése és megbízhatósága sebészeti beavatkozások során

A BIS monitor fejlesztése és klinikai vizsgálatai

Annak ellenőrzésére, hogy a BIS monitorozó rendszer valóban működik-e, a kutatók több körös klinikai vizsgálatot végeztek kb. 1500 résztvevővel. Azt vizsgálták, hogyan illenek egymáshoz az agyhullám-mintázatok és az orvosok altatás alatt megfigyelhető jelek. Egy nagyobb tanulmány több orvosi központban jelent meg a Frontiers in Medicine folyóiratban. Az eredmények valóban lenyűgözőek voltak. Amikor BIS-irányítást alkalmaztak az érzéstelenítés során, a tudatosság műtét közbeni előfordulása 82%-kal csökkent azon 2463 magas kockázatú beavatkozás során. Mindezen bizonyítékok alapján a szakértők többsége ma már egyetért abban, hogy a megfelelő érzéstelenítési mélység eléréséhez a BIS-értékeket 40 és 60 között tartani a legjobb gyakorlat. A BIS rendszert fejlesztő cég emellett finomította a szoftveralgoritmusait is, hogy hatékonyabban szűrje ki az izomtevékenységből származó jeleket, amelyek máskülönben zavarhatnák az eredményeket.

Sebészeti esettanulmányok bizonyítékai a BIS-vezérelt érzéstelenítéssel kapcsolatban

36 kontrollált vizsgálat adatainak elemzése, amelyek körülbelül 7761 beteget foglaltak magukba, azt mutatja, hogy az agyműködés-figyelés (BIS) körülbelül 35%-kal csökkenti annak az esélyét, hogy a betegek felébredjenek a műtét során, ami elég jelentős eredmény a hagyományos életjelek figyeléséhez képest. De várjunk csak, itt van ennek a történetnek egy másik oldala is. A B-Unaware tanulmány hasonló eredményeket talált, amikor a BIS-monitorozást összehasonlította a kilégzett gázok mérésével bizonyos típusú altatásoknál, tehát valójában nagyon sok múlik azon, milyen típusú beavatkozásról van szó. Idegsebészeti beavatkozások esetén kifejezetten ezek a szenzorok látszanak igazán hatékonynak. Körülbelül 23%-ban csökkentik a műtét utáni gondolkodási zavarok előfordulását, mivel az orvosok pontosabban tudják szabályozni az altatószerek adagolását, mint korábban.

A BIS-technológia alkalmazásának tendenciái és megbízhatósága az orvosi központokban

A 2023-as felmérések szerint az akadémiai kórházak több mint 85 százaléka már bevezette a BIS-érzékelőket rendszeres altatási eljárásaik részeként. Miért? Nos, ezek az eszközök már több mint két évtizede ismertek, és ezen idő alatt nagyon kevés problémát jelentettek – az eszközhöz kapcsolódó hibák mindössze egy százalékánál voltak alacsonyabbak. Mindazonáltal továbbra is vannak nehéz helyzetek, például súlyos hipotermia vagy pacemakerrel élő betegek esetén. De ne értsen félre, a legtöbb esetben minden zökkenőmentesen működik. Egy 2020-ban a Nature-ben publikált tanulmány kimutatta, hogy normál műtéti körülmények között a BIS kb. 94 esetből 100-szor pontos marad. Ez a bizonyított hatékonyság magyarázza, hogy miért támaszkodnak továbbra is számos egészségügyi intézmény erre a technológiára perioperatív ellátási igényeikhez.

GYIK

Mi a BIS-monitorozás, és hogyan működik?

A BIS (Bispektrális Index) monitorozás az EEG-minták alapján értékeli az érzéstelenítés mélységét 0 és 100 közötti skálán. A műtéti hipnózis ideális értéke 40 és 60 között van, ahol az eszméletlenség és a hemodinamikai stabilitás kombinálódik. Algoritmusokat használ az alparaméterek, mint például a burst suppression arány, béta arány, spektrális szélső frekvencia és az elektromiogramm teljesítmény elemzésére.

Mi a BIS-érzékelők és hogyan helyezik el őket?

A BIS-érzékelőket a homlokon és a halántékon helyezik el, hogy rögzítsék a frontotemporális agyi aktivitás mintázatait. Pontos agyi monitorozásra használják őket az érzéstelenítés során.

Miért nem tükrözik a BIS-értékek a mozgást vagy a hemodinamikai választ?

A BIS a kérgi aktivitást rögzíti, de nem megfelelően méri a mélyebb agyi pályákat, amelyek a reflexmozgásokat és a vérnyomásváltozásokat szabályozzák, ezért alkalmatlan a gerincvelői aktivitás monitorozására.