Kaj je ključ BIS EEG senzorjev pri merjenju globine anestezije?

Kako tehnologija BIS EEG senzorjev meri globino anestezije

Kaj je bispektralno (BIS) spremljanje pri anesteziji?

Bispektralno (BIS) spremljanje pretvori zapletene vzorce elektroencefalograma (EEG) v brezrazsežno številko (0–100), s katero se kvantificira globina anestezije. Vrednost BIS med 40 in 60 kaže na optimalno kirurško hipnozo, ki uravnoveša nepavednost in hemodinamsko stabilnost. Tehnologija uporablja lastniške algoritme za analizo štirih EEG podparametrov :

• Razmerje med izbruhom in supresijo (BSR)
• Relativno razmerje beta valov
• 95 % frekvenca spektralnega roba
• Moč elektromiograma (EMG)

Te metrike so utežene različno skozi faze anestezije, kot je prikazano v pomembni študiji Nature z analizo 5.427 kirurških primerov (2019).

Od EEG signalov do ocene globine v realnem času: vloga BIS senzorjev

BIS EEG senzorji pretvarjajo surove podatke o možganskih valovih v uporabna spoznanja skozi tri faze:

Ta večparametrični pristop omogoča prilagoditev anestezije v realnem času. Na primer, nenadna povečana EMG moč (ki kaže na mišično aktivnost) sproži opozorila, tudi če se vrednosti BIS zdi stabilne.

Tehnični vidiki prevajanja signala in delovanja senzorjev

Postavitev senzorja na čelu in prevodnost med kožo in elektrodo sta ključna za natančnost podatkov. Slaba prileganja ali mastna koža povečata impedanco, kar lahko umetno poveča vrednosti BIS do 15 točk. Sodobni senzorji vključujejo algoritme za zaznavanje motenj, ki:

1. Filtrirajo motnje od elektrokauterizacije
2. Kompensirajo drift signala
3. Samodejna preveritev kakovosti EEG vsakih 6 sekund

Klinične validacijske študije kažejo mediane absolutnih napak ≤4,1 BIS točk v primerjavi z ročno interpretacijo EEG-ja ( BMC Anesthesiology, 2018 ). Proizvajalci razkrijejo le 60 % algoritmične logike, zato je potrebna previdna klinična korelacija.

Znanost za BIS: bispektralna analiza in obdelava EEG signala

Razumevanje bispektralne analize za ocenjevanje globine narkoze

Bispektralna analiza vzame te surove EEG signale in jih pretvori v številke, s katerimi lahko dejansko delujemo, tako da opazuje, kako se različne frekvence med seboj nanašajo po fazi. Tehnika je bila prvotno uporabljena v seizmičnih raziskavah in oceanografiji, preden je našla pot v medicino. Njen posebni pomen je v tem, da zaznava kompleksne vzorce v možganskih valovih, ki se zdi, da ustrezajo učinkom anestezije na paciente. Tradicionalne metode preučujejo le jakost signala in prisotne frekvence. Bispektralni pristopi pa gredo dlje tako, da odkrivajo, kdaj se različni valovi medsebojno vplivajo. To je zelo pomembno, ker pomaga razlikovati med bolnikom, ki je rahlo sediran (v območju BIS 60 do 80), in popolnoma anesteziranim (v nižjem območju 40 do 60).

Obdelava surovih EEG signalov v zanesljivo vrednost BIS: algoritmi in validacija

Senzorji BIS EEG pri ocenjevanju možganske aktivnosti upoštevajo več ključnih dejavnikov. Med njimi so razmerje med izbruhom in zatiskanjem (BSR), meritve moči elektromiograma, meritve frekvenčnega roba spektra ter tako imenovano relativno beta razmerje. Raziskava, objavljena leta 2019, kaže, da ti senzorji uporabljajo algoritme strojnega učenja, ki vse te podatke obdelujejo s pomočjo precej zapletenih matematičnih formul, znanih kot utežene regresijske enačbe. Rezultat? Povprečno napako v obsegu približno plus ali minus 4,1 enot BIS. Ta sistem so preizkusili na skoraj 5500 različnih operacijah in ugotovili, da deluje razumno dobro, ne glede na to, kdo je pacient ali kakšno anestezijo prejema. Vseeno je treba omeniti, da večina podjetij nam ne razkriva vsega o tem, kako njihovi algoritmi delujejo, saj je okoli 30 % informacij še vedno zakritih kot lastniška informacija. Takšna omejena odprtost nedvomno dviguje vprašanja o tem, kako pregledni resnično smo glede pacientov in medicinskega osebja.

Kako se BIS rezultat ujema z možnano aktivnostjo pod anestezijo

Študije kažejo, da bralniki bispektralnega indeksa (BIS) ponavadi ustrezajo temu, kar se dogaja v korteksu glede na upočasnjevanje, vendar ne odražajo dejanskih procesov v globljih strukturah možganov. Vzemimo na primer sevofluran pri dozi 1 MAC, ta običajno zmanjša BIS vrednosti na približno 32, saj tiši talamokortikalne povezave. Zanimivo pa je, da ketamin povzroči nasprotni učinek. Čeprav so pacienti pod ketaminom očitno disociirani, se njihove BIS vrednosti dejansko povečajo na približno 59. Validacijska študija iz leta 2018 je potrdila te nenavadne razlike med zdravili. To pojasnjuje, zakaj naprave za spremljanje BIS v bistvu merijo, kako sedativi vplivajo na možnane valove, namesto da bi nam dale kakršenkoli nedvoumen merilnik dejanske globine anestezije med operacijo.

Pravilna postavitev BIS senzorja in neinvazivni zajem EEG

Optimalna postavitev na čelu za natančne meritve BIS EEG senzorjev

BIS EEG senzorji dosegajo optimalno zajemanje signalov s standardizirano postavitvijo na čelu. Raziskave kažejo, da pozicioniranje elektrod diagonalno prek čela in slape ustrezno sledi frontotemporalnim vzorcem možganske aktivnosti, ki so ključni za spremljanje anestezije. Ta postavitev zmanjšuje motnje mišične aktivnosti, hkrati pa ohranja stalni stik s površinsko možgansko električno aktivnostjo.

Uporaba kožnih elektrod za zanesljivo, nenametljivo spremljanje anestezije

Najnovejši sistemi BIS sedaj vključujejo te izjemno tanke elektrode iz hidrogela, ki zmanjšajo upornost kože približno za 40 odstotkov v primerjavi s tradicionalnimi lepilnimi rešitvami. Senzorji so medicinsko certificirani in lahko ostanejo pritrjeni na pacientu od dvanajst do štiriindvajset ur brez povzročanja neprijetnosti. To jih naredi zelo uporabne pri dolgotrajnih kirurških posegih, kjer je potrebno stalno spremljanje možganske aktivnosti. Ko zdravniki najprej ustrezno pripravijo kožo – jo očistijo z brizgami z alkoholom in odstranijo odvečne dlake – so v nedavnih raziskavah v bolnišnicah po vsej državi ugotovili približno tretjino izboljšanje kakovosti signala.

Zmanjševanje artefaktov in zagotavljanje kakovosti signala med operacijo

Tri ključne strategije preprečujejo motnje signalov med operacijo:

1. Ločitev EEG vodnikov od elektrokirurških naprav (razdalja več kot 30 cm)
2. Uporaba ekraniranih kablov za zmanjšanje elektromagnetnih motenj za 55%
3. Uvedba prilagodljivih filtrov, ki potiskajo visokofrekvenčne artefakte, kot so EMG (>30 Hz)

Študije potrjujejo, da te ukrepe zmanjšajo napačne meritve BIS za 74 % med uporabo koagulatorja ali gibanjem pacienta. Redni preverbi impedanc (<5 kΩ) dodatno potrdijo funkcionalnost senzorjev med postopkom.

Interpretacija vrednosti BIS v klinični praksi

Razlaga lestvice BIS: Sedacija, brez zavesti, in anestetične končne točke

Bispektralni indeks (BIS) kvantificira globino anestezije na lestvici od 0 do 100, pri čemer nižje vrednosti kažejo na globlje zatiranje možganske aktivnosti. Klinične smernice kategorizirajo stanja zavesti na naslednji način:

• 60–100: Lahka sedacija do popolnoma budnega stanja
• 40–60: Splošna anestezija (optimalno kirurško območje)
• <40: Globoko hipnotično stanje (tveganje za pojav burst-suppression)

Lastni algoritem BIS različno tehta štiri EEG parametre – razmerje med izbruhom in supresijo (BSR), moč elektromiograma (EMG), frekvenčni rob spektra (SEF) in relativno beta razmerje (RBR) – v petih razponih BIS. To pojasnjuje, zakaj nenadzorne EMG spike (>65 dB) lahko napačno povišajo rezultat za več kot 20 točk, kljub ustrezni anesteziji.

Povezava EEG vzorcev z ravni zavesti med anestezijo

Senzorji BIS delujejo tako, da surove EEG signale, pridobljene od pacientov, pretvorijo v dejanske informacije, ki jih lahko zdravniki uporabijo. To storijo tako, da analizirajo določene vzorce, ki nam povedo, kako različni zdravila vplivajo na možgane. Vzemimo na primer propofol. To zdravilo ponavadi zmanjša hitre valove beta med približno 13 in 30 Hz, kar povzroči dvig vrednosti RBR, ko se oseba bolj utrujuje. Ko je oseba pod kirurško anestezijo in so meritve BIS med 40 in 60, se SEF običajno ustali nekje okoli 15 do 18 Hz. Paziti moramo na obdobja izbruha in potiskanja (burst suppression), ko več kot polovica možganske aktivnosti popolnoma preneha. Takrat je anestezija preveč globoka. Nekatera zanimiva raziskovanja so pokazala, da ketamin dejansko poveča vrednosti BIS, čeprav pacienti sploh niso zavedni. To kaže, kako raznolike lahko biti te odzive možganskih valov glede na uporabljeno zdravilo.

Omejitve BIS: Zakaj ne napoveduje gibanja ali hemodinamskega odziva

BIS dobro sledi temu, kar se dogaja v kortexu, vendar zaostaja, kadar gre za globlje možganske poti, ki nadzorujejo stvari, kot so refleksni gibanji in spremembe krvnega tlaka. Če pogledamo nazaj na študijo iz leta 2018, je približno vsak peti pacient imel BIS bralne vrednosti pod 40, vendar se je med operacijo še vedno premikal, kar kaže, da obstajajo nedvomne vrzeli pri zaznavanju aktivnosti hrbtenjače. Drugi problem je, da telo včasih močno reagira na bolečinske signale brez opazne spremembe ravni BIS. To pomeni, da morajo imeti zdravniki druge načine spremljanja teh odzivov, na primer s preverjanjem variabilnosti srčnega utripa, da bi dobili popoln pregled o tem, kaj se dogaja v telesu pacienta.

Klinična veljavnost in zanesljivost BIS EEG senzorjev pri kirurških posegih

Razvoj in klinični preskusi naprave BIS

Da bi preverili, ali sistem za spremljanje BIS dejansko deluje, so raziskovalci izvedli več krogov kliničnih preizkusov z okoli 1.500 udeleženci. Želeli so ugotoviti, kako se vzorci možganskih valov ujemajo s tistim, kar lahko zdravniki opazujejo med sedacijo. Ena večja študija, opravljena na več medicinskih centrih, je bila objavljena v reviji Frontiers in Medicine. Rezultati so bili res impresivni. Pri uporabi BIS-vodene anestezije je pri teh 2.463 visoko tveganih operacijah prišlo do 82 % zmanjšanja primerov prebujenja bolnikov med operacijo. Na podlagi vseh teh dokazov se večina strokovnjakov sedaj strinja, da je najboljša praksa ohranjanje BIS vrednosti med 40 in 60 za ustrezno globino anestezije. Podjetje, ki stoji za BIS, je prav tako prilagodilo svoje programske algoritme, da lahko bolje ignorirajo signale mišične aktivnosti, ki bi sicer lahko zavajali meritve.

Dokazi iz kirurških primerov o anesteziji pod vodstvom BIS

Analiza podatkov iz 36 kontroliranih poskusov z udeležbo približno 7.761 pacientov kaže, da nadzor možganske funkcije (BIS) zmanjša verjetnost, da se pacienti med operacijo zbudejo, za približno 35 %, kar je precej pomembno v primerjavi s samim spremljanjem standardnih vitalnih znakov. Vendar obstaja še druga stran tega vprašanja. Študija B-Unaware je ugotovila podobne rezultate pri primerjavi BIS nadzora in meritve plinov v dihu na koncu izdihavanja pri določenih vrstah anestezije, zato je učinkovitost odvisna od tega, za katero vrsto posega gre. Posebej pri nevroloških operacijah ti možganski senzorji bistveno pomagajo. Zmanjšujejo težave s spomino po operaciji v približno 23 % primerov, saj lahko zdravniki natančneje prilagajajo uporabo sedativ kot prej.

Trendi sprejemanja in zaupanje v BIS tehnologijo v medicinskih centrih

Več kot 85 odstotkov akademskih bolnišnic je začelo uporabljati senzorje BIS kot del rednih anestezijskih postopkov, kar kažejo nedavne raziskave iz leta 2023. Zakaj? No, ta naprava obstaja že več kot dve desetletji in v tem času je bilo prijavljenih zelo malo težav z njo – okoli manj kot en odstotek težav je dejansko povezanih s samim opremo. Vseeno pa obstajajo nekatere zapletene situacije, ko pacienti doživijo ekstremno hipotermijo ali imajo nameščen srčni spodbujevalnik. Ampak ne razumite me narobe, večino časa stvari delujejo brezhibno. Študija, objavljena v reviji Nature leta 2020, je ugotovila, da BIS ostaja točen približno 94-krat na 100 med običajnimi kirurškimi pogoji. Takšna uspešnost razlaga, zakaj toliko zdravstvenih ustanov še naprej uporablja to tehnologijo za potrebe perioperativne oskrbe.

Pogosta vprašanja

Kaj je nadzor BIS in kako deluje?

Spremljanje BIS (bisperktralni indeks) uporablja vzorce EEG za oceno globine anestezije s točkami od 0 do 100. Vrednost BIS med 40 in 60 je idealna za kirurško hipnozo, saj združuje nesvednost in hemodinamsko stabilnost. Uporablja algoritme za analizo podparametrov, kot so razmerje kratkih močnih aktivnosti (burst suppression ratio), beta razmerje, frekvenca spektralnega roba in moč elektromiograma.

Kaj so senzorji BIS in kako se postavljajo?

Senzorji BIS se postavijo na čelo in slape, da zaznajo vzorce možganske aktivnosti v čelnem in slepičnem delu. Uporabljajo se za natančno spremljanje možganov med anestezijo.

Zakaj vrednosti BIS ne odražajo gibanja ali hemodinamske reakcije?

BIS zajema kortikalno aktivnost, vendar ne meri ustrezno globljih možganskih poti, ki nadzorujejo refleksna gibanja in spremembe krvnega tlaka, zaradi česar ni primeren za spremljanje aktivnosti hrbtenjače.