Kāds ir BIS EEG sensoru galvenais princips anestēzijas dziļuma mērīšanā?

Kā BIS EEG sensoru tehnoloģija mēra anestēzijas dziļumu

Kas ir bispektrālā indeksa (BIS) uzraudzība anestēzijā?

Bispektrālā indeksa (BIS) uzraudzība pārvērš sarežģītus elektroencefalogrāfijas (EEG) modeļus bezmērvienībā skaitlī (0–100), lai kvantitatīvi noteiktu anestēzijas dziļumu. BIS vērtība 40–60 norāda optimālu hirurģisko hipnozi, līdzsvarojot neapziņu ar hemodinamisko stabilitāti. Tehnoloģija izmanto īpašus algoritmus, lai analizētu četrus EEG apakšparametrus :

• Impulsa supresijas attiecību (BSR)
• Relatīvais beta attiecības koeficients
• 95% spektrālās robežas frekvence
• Elektromiogrammas (EMG) jauda

Šie metriki ir atšķirīgi svērti anestēzijas stadijās, kā parādīts vienā svarīgā Nature pētījumā analizējot 5 427 operāciju gadījumus (2019).

No EEG signāliem līdz reāllaika dziļuma novērtējumam: BIS sensoru loma

BIS EEG sensori pārveido neapstrādātos smadzeņu viļņu datus par izmantojamām atziņām trīs fāzēs:

Šis daudzparametru pieeja ļauj reāllaikā koriģēt anestēziju. Piemēram, pēkšņš EMG jaudas pieaugums (kas norāda uz muskuļu aktivitāti) izraisa brīdinājumus pat tad, ja BIS rādītāji šķiet stabili.

Teorētiskie apsvērumi par signālu vadīšanu un sensora veiktspēju

Sensora novietojums pierē un ādas–elektroda vadošs spēks būtiski ietekmē datu precizitāti. Sliktā pieķeršanās vai taukaina āda palielina pretestību, mākslīgi paaugstinot BIS vērtības līdz pat 15 punktiem. Mūsdienu sensori integrē artefaktu noteikšanas algoritmus, kas:

1. Filtrēt elektrokoagulācijas traucējumus
2. Kompensēt signāla novirzi
3. Automātiski validēt EEG kvalitāti ik pēc 6 sekundēm

Klīniskie validācijas pētījumi parāda mediāna absolūto kļūdu ≤4,1 BIS punkti salīdzinājumā ar manuālu EEG interpretāciju ( BMC Anesthesiology, 2018 ). Tomēr ražotāji atklāj tikai 60% no algoritmiskās loģikas, tādēļ nepieciešama rūpīga klīniska korelācija.

Zinātne aiz BIS: Bisperktrālā analīze un EEG signālu apstrāde

Izprast bisperktrālo analīzi anestēzijas dziļuma novērtēšanai

Divspektrālā analīze ņem šos neapstrādātos EEG signālus un pārvērš tos par skaitļiem, ar kuriem mēs varam strādāt, izpētot, kā dažādas frekvences fāzē saistās viena ar otru. Šī tehnika sākotnēji tika izmantota seismiskajos pētījumos un okeanogrāfijā, pirms tā nonāca medicīnā. To padara īpašu tas, ka tā uztver sarežģītas smadzeņu viļņu pazīmes, kas šķiet sakrītam ar to, kā anestēzija ietekmē pacientus. Tradicionālās metodes vienkārši analizē signāla stiprumu un klātesošās frekvences. Taču divspektrālās metodes iet tālāk, atklājot brīžus, kad dažādi viļņi mijiedarbojas viens ar otru. Tas ir ļoti svarīgi, jo palīdz atšķirt pacientu ar vieglu sedāciju (BIS apmēram 60–80) no pilnībā anestezēta pacienta (BIS zemākā diapazonā 40–60).

Neapstrādātu EEG signālu pārveidošana uzticamā BIS vērtībā: algoritmi un validācija

BIS EEG sensori, vērtējot smadzeņu aktivitāti, ņem vērā vairākus galvenos faktorus. Tie ietver tādas lietas kā izplūdes supresijas attiecība (BSR), elektromiogrammas jaudas rādījumus, spektrālās malas frekvences mērījumus, kā arī to, ko viņi sauc par relatīvo beta attiecību. Saskaņā ar 2019. gadā publicētajiem pētījumiem, šie sensori faktiski izmanto mašīnmācīšanās algoritmus, kas apstrādā visus šos datus, izmantojot diezgan sarežģītas matemātiskas formulas, kas pazīstamas kā svērtās regresijas vienādojumi. Rezultāts? Vidējais kļūdu diapazons aptuveni plus mīnus 4,1 BIS vienības. Šo sistēmu pārbaudīja gandrīz 5500 dažādās operācijās un konstatēja, ka tā darbojas pietiekami labi neatkarīgi no tā, kurš ir pacients vai kāda veida anestēziju viņš saņem. Tomēr jāatzīmē, ka lielākā daļa uzņēmumu mums nepastāsta visu par to algoritmu darbību, jo aptuveni 30% informācijas tie turpina slēpt kā proprietāro informāciju. Šāda pilnīgas atklātības trūkuma dēļ noteikti rodas jautājumi par to, cik patiesi atklāti mēs īstenībā esam pret pacientiem un medicīnas personālu.

Kā BIS rezultāts korelē ar smadzeņu aktivitāti zem anestēzijas

Pētījumi liecina, ka Bispektrālā indeksa (BIS) rādījumi parasti atbilst tam, kas notiek garozā attiecībā uz aktivitātes supresiju, taču tie neatspoguļo to, kas notiek dziļāk smadzeņu struktūrās. Piemēram, sevoflurāns 1 MAC devas līmenī parasti samazina BIS rādījumus līdz aptuveni 32, jo tiek nomierinātas talamo-garožas saites. Interesanti, ka ketamīns rada pretēju efektu. Lai gan pacienti zem ketamīna acīmredzami ir disociēti, viņu BIS rādījumi pat palielinās līdz aptuveni 59. Validācijas pētījums 2018. gadā apstiprināja šīs dīvainās atšķirības starp zālēm. Tas izskaidro, kāpēc BIS monitora ierīces būtiski mēra, kā sedatīvi ietekmē smadzeņu viļņus, nevis sniedz kādu noteiktu mēru par faktisko anestēzijas dziļumu operācijas laikā.

Pareiza BIS sensora novietošana un nesiegu eeg reģistrācija

Optimāla pieres sensora novietošana, lai iegūtu precīzus BIS EEG signālus

BIS EEG sensori nodrošina optimālu signālu uztveršanu, ja tie ir standartizēti novietoti uz pieres. Pētījumi rāda, ka elektrodu diagonāla novietošana pāri pieres un deniņu zonai atbilst frontotemporālajiem smadzeņu aktivitātes modeļiem, kas ir būtiski anestēzijas uzraudzībai. Šāda novietošana minimizē muskuļu traucējumus, vienlaikus nodrošinot stabili kontaktu ar virspusējiem smadzeņu elektriskajiem signāliem.

Ādas elektrodi uzticamai, nesieglainai anestēzijas uzraudzībai

Jaunākās BIS sistēmas tagad ir aprīkotas ar ļoti plāniem hidrogēla elektrodiem, kas salīdzinājumā ar tradicionālajām līmlentēm samazina ādas pretestību aptuveni par 40 procentiem. Sensori ir medicīniski sertificēti un var palikt pacienta ādā no divpadsmit līdz divdesmit četrām stundām, neradot neērtības. Tas padara tos īpaši noderīgus ilgstošās operācijās, kad nepieciešama nepārtraukta smadzeņu aktivitātes uzraudzība. Kad ārsti pirms tam pareizi sagatavo ādu — notīra to ar spirta salvetēm un noņem lieko matu segumu — pēdējo pētījumu dati no slimnīcām visā valstī liecina, ka signāla kvalitātē novērots aptuveni viena trešdaļa uzlabojums.

Artefaktu minimizēšana un signāla kvalitātes nodrošināšana operācijas laikā

Trīs galvenās stratēģijas, kas novērš signāla izkropļošanu operācijas laikā:

1. EEG vadu atdalīšana no elektrokirurģiskajiem ierīcēm (vairāk nekā 30 cm attālums)
2. Izmantojiet ekrānētus kabeļus, lai samazinātu elektromagnētisko traucējumu par 55%
3. Ieviešot adaptīvos filtrus, kas nomāc augstfrekvences artefaktus, piemēram, EMG (>30 Hz)

Pētījumi apstiprina, ka šie pasākumi samazina kļūdainus BIS rādījumus par 74 %, izmantojot koagulāciju vai pacienta kustībām. Regulāras pretestības pārbaudes (<5 kΩ) procedūras laikā papildus apstiprina sensora funkcionālumu.

BIS vērtību interpretācija klīniskajā praksē

BIS skala skaidrota: sedācija, bezsamaņa un anestēzijas mērķi

Bispektrālais indekss (BIS) kvantitatīvi nosaka anestēzijas dziļumu skalā no 0 līdz 100, kur zemākas vērtības norāda uz dziļāku smadzeņu aktivitātes supresiju. Klīniskie ieteikumi sadala apziņas stāvokļus šādi:

• 60–100: Viegla sedācija līdz pilnīgai atmodai
• 40–60: Vispārējā anestēzija (optimāls hirurģiskais diapazons)
• <40: Dziļš hipnotisks stāvoklis (burstsupresijas risks)

Uzņēmuma izstrādātais BIS algoritms dažādi ņem vērā četrus EEG parametrus — uzliesmojumu ierobežošanas attiecību (BSR), elektromiogrammas (EMG) jaudu, spektrālās malas frekvenci (SEF) un relatīvo beta attiecību (RBR) — pa piecām BIS vērtību skalām. Tas izskaidro, kāpēc pēkšņi EMG impulsi (>65 dB) var nepareizi palielināt rezultātu par vairāk nekā 20 punktiem, pat ja anestēzija ir pietiekama.

EEG modeļu saistīšana ar apziņas līmeņiem anestēzijas laikā

BIS sensori darbojas, pārveidojot neapstrādātos EEG signālus, kurus mēs iegūstam no pacientiem, par faktisku informāciju, ko var izmantot ārsti. Tie to dara, analizējot specifiskus modeļus, kas liecina par to, kā dažādas zāles ietekmē smadzenes. Ņemsim piemēram propofolu. Šī zāle parasti samazina ātrās beta viļņus diapazonā apmēram no 13 līdz 30 Hz, tādējādi palielinot RBR rādītājus, kad cilvēks kļūst miegaināks. Kad kāds atrodas operācijas līmeņa anestēzijā ar BIS rādītājiem no 40 līdz 60, viņu SEF parasti stabilizējas aptuveni 15 līdz 18 Hz. Bet jābūt uzmanīgam pret „bursts suppression“ periodiem, kad vairāk nekā puse smadzeņu aktivitātes pilnībā apstājas. Tad anestēzija ir pārāk dziļa. Daži interesanti pētījumi ir parādījuši, ka ketamīns patiesībā paaugstina BIS rezultātus, pat ja pacients vispār nav apziņā. Tas rāda, cik dažādas šīs smadzeņu viļņu reakcijas var būt atkarībā no lietotās zāles.

BIS ierobežojumi: Kāpēc tas neparedz kustību vai hemodinamisko reakciju

BIS labi veic uzdevumu, sekot līdzi notiekošajam garozā, taču ir nepietiekams attiecībā uz dziļākām smadzeņu šūnām, kas regulē tādas lietas kā refleksīvi kustības un asinsspiediena svārstības. Atskatoties uz 2018. gada pētījumu, aptuveni katrs piektāis pacients ar BIS rādījumiem zem 40 tomēr kustējās laikā operācijas, kas liecina, ka noteikti pastāv atstarpes tās efektivitātē fiksēt muguras smadzeņu aktivitāti. Vēl viens jautājums ir tas, ka reizēm organisms spēcīgi reaģē uz sāpes signāliem, neizmainot ievērojami BIS līmeni. Tas nozīmē, ka ārstiem ir nepieciešamas citas metodes šo reakciju novērošanai, piemēram, sirdsdarbības mainīguma pārbaude, lai iegūtu pilnīgu priekšstatu par to, kas notiek pacienta organismā.

BIS EEG sensoru klīniskā validācija un uzticamība operācijās

BIS monitora izstrāde un klīniskie pētījumi

Lai pārbaudītu, vai BIS uzraudzības sistēma patiešām darbojas, pētnieki veica vairākas klīniskās izmēģinājumu kārtas ar aptuveni 1500 dalībniekiem. Viņi vēlējās redzēt, kā smadzeņu viļņu modeļi sakrīt ar to, ko ārsti var novērot anestēzijas laikā. Viena liela pētījuma sērija vairākos medicīnas centros tika publicēta žurnālā "Frontiers in Medicine". Rezultāti patiešām bija ievērojami. Izmantojot BIS vadību anestēzijai, pacientu atmoda operāciju laikā riskanta tipa operācijām (2463 operācijas) samazinājās par 82%. Pamatojoties uz visiem šiem pierādījumiem, lielākā daļa ekspertu tagad piekrīt, ka optimāla anestēzijas dziļuma labākā prakse ir uzturēt BIS rādītājus intervālā no 40 līdz 60. Arī BIS ražotājs uzņēmums pielāgoja savus programmatūras algoritmus, lai tie spētu labāk ignorēt muskuļu aktivitātes signālus, kas citādi varētu sagrozīt nolasījumus.

Pierādījumi no operāciju gadījumu pētījumiem par BIS vadītu anestēziju

Analizējot datus no 36 kontrolētiem pētījumiem, kuros iesaistīti aptuveni 7 761 pacients, redzams, ka smadzeņu darbības uzraudzība (BIS) samazina pacientu atvēršanās varbūtību laikā operācijas aptuveni par 35%, kas ir diezgan ievērojami salīdzinājumā ar tikai standarta dzīvības pazīmju novērošanu. Bet pagaidiet – šai stāstam ir arī otra puse. Pētījums B-Unaware konstatēja līdzīgus rezultātus, salīdzinot BIS uzraudzību ar elpas gāzu mērīšanu izelpošanas beigās noteikta veida anestēzijai, tāpēc īsti rezultāti atkarīgi no tā, kāda veida procedūru mēs šeit apskatām. Konkrēti neiroloģiskām operācijām šie smadzeņu sensori šķiet padara reālu atšķirību. Tie palīdz samazināt problēmas ar domāšanu pēc operācijas aptuveni 23% gadījumu, jo ārsti var precīzāk regulēt sedatīvus līdzekļus nekā agrāk.

BIS tehnoloģijas pieņemšanas tendences un uzticība medicīnas centros

Saskaņā ar 2023. gada pētījumiem vairāk nekā 85 procenti akadēmisko slimnīcu jau ir sākuši izmantot BIS sensorus kā daļu no savām regulārajām anestēzijas procedūrām. Kāpēc? Nu, šie ierīces jau ir bijušas pieejamas vairāk nekā divdesmit gadus, un šajā laikā par tiem ir ziņots ļoti maz problēmu — aptuveni mazāk nekā viens procents problēmu faktiski saistītas ar pašu aprīkojumu. Tomēr joprojām pastāv dažas sarežģītas situācijas, kad pacienti piedzīvo ekstremālu hipotermiju vai kam ir instalēti sirds ritma regulātori. Bet neuzskatiet mani par nepareizu — lielākā daļa laika viss strādā tieši tā, kā paredzēts. 2020. gadā žurnālā Nature publicēts pētījums atklāja, ka BIS paliek precīzs aptuveni 94 reizes no 100 normālos operācijas apstākļos. Šāda veida pierādījumi skaidro, kāpēc tik daudzas medicīnas iestādes turpina paļauties uz šo tehnoloģiju savām perioperācijas aprūpes vajadzībām.

Bieži uzdotie jautājumi

Kas ir BIS monitorings un kā tas darbojas?

BIS (divu spektru indeksa) monitorings izmanto EEG modeļus, lai novērtētu anestēzijas dziļumu ar rezultātu no 0 līdz 100. BIS vērtība no 40 līdz 60 ir ideāla operācijas hipnozei, kombinējot bezsamaņu un hemodinamisko stabilitāti. Tiek izmantoti algoritmi, lai analizētu apakšparametrus, piemēram, uzplaiksnījumu supresijas attiecību, beta attiecību, spektrālās malas frekvenci un elektromiogrammas jaudu.

Kas ir BIS sensori un kā tie tiek novietoti?

BIS sensori tiek novietoti uz pieres un deniņiem, lai fiksētu frontotemporālās smadzeņu aktivitātes modeļus. Tie tiek izmantoti precīzai smadzeņu aktivitātes uzraudzībai anestēzijas laikā.

Kāpēc BIS rādītāji neatspoguļo kustības vai hemodinamisko reakciju?

BIS reģistrē kortikālo aktivitāti, taču nepietiekami mēra dziļākos smadzeņu ceļus, kas regulē refleksu kustības un asinsspiediena izmaiņas, tādējādi to nepietiekami piemērota muguras smadzeņu aktivitātes uzraudzībai.