У чому полягає принцип роботи сенсорів БІС для ЕЕГ при вимірюванні глибини анестезії?

Як технологія датчиків BIS для ЕЕГ вимірює глибину анестезії

Що таке біспектральний індекс (BIS) у моніторингу анестезії?

Біспектральний індекс (BIS) перетворює складні електроенцефалограмні (ЕЕГ) патерни на безрозмірний показник (0–100), щоб кількісно оцінити глибину анестезії. Значення BIS у діапазоні 40–60 вказує на оптимальний хірургічний гіпноз, забезпечуючи баланс між безперервністю та гемодинамічною стабільністю. Технологія використовує власні алгоритми для аналізу чотирьох субпараметрів ЕЕГ :

• Співвідношення спалах-пригнічення (BSR)
• Відносне бета-співвідношення
• частота спектрального краю 95%
• Потужність електроміограми (ЕМГ)

Ці метрики мають різну вагу на різних етапах анестезії, що продемонстровано в ключовому дослідженні Nature із аналізом 5427 хірургічних випадків (2019).

Від сигналів ЕЕГ до оцінки глибини анестезії в реальному часі: роль сенсорів BIS

Сенсори BIS перетворюють необроблені дані мозкових хвиль у практичні інсайти через три фази:

Цей багатопараметричний підхід дозволяє вносити корективи в анестезію в режимі реального часу. Наприклад, раптове зростання потужності ЕМГ (що вказує на м’язову активність) викликає попередження, навіть якщо показники BIS залишаються стабільними.

Технічні аспекти проведення сигналу та роботи сенсорів

Розташування сенсора на чолі та провідність шкіра-електрод мають критичний вплив на точність даних. Погана адгезія або жирна шкіра збільшують імпеданс, що штучно завищує значення BIS до 15 одиниць. Сучасні сенсори інтегрують алгоритми виявлення артефактів, які:

1. Фільтрування інтерференції електрохірургії
2. Компенсація дрейфу сигналу
3. Автоматична перевірка якості ЕЕГ кожні 6 секунд

Клінічні дослідження показують медіанні абсолютні похибки ≤4,1 балу BIS у порівнянні з ручною інтерпретацією ЕЕГ ( BMC Anesthesiology, 2018 ). Однак виробники розголошують лише 60% алгоритмічної логіки, що вимагає обережного клінічного корелювання.

Наукова основа BIS: біспектральний аналіз та обробка сигналу ЕЕГ

Розуміння біспектрального аналізу для оцінки глибини анестезії

Біспектральний аналіз бере ці необроблені ЕЕГ-сигнали і перетворює їх на числа, з якими ми можемо працювати, аналізуючи, як різні частоти пов'язані одна з одною за фазою. Ця методика спочатку використовувалася в сейсмічних дослідженнях та океанографії, перш ніж потрапити в медицину. Її особливість полягає в тому, що вона виявляє складні закономірності у мозкових хвилях, які, здається, відповідають впливу анестезії на пацієнтів. Традиційні методи просто аналізують силу сигналу та наявні частоти. Але біспектральні підходи йдуть далі, виявляючи моменти, коли різні хвилі взаємодіють між собою. Це має велике значення, оскільки допомагає визначити різницю між легким седативним станом у діапазоні BIS 60–80 та повною анестезією у нижньому діапазоні 40–60.

Обробка необроблених ЕЕГ-сигналів для отримання надійного значення BIS: алгоритми та валідація

Датчики BIS для ЕЕГ аналізують кілька ключових факторів під час оцінки мозкової активності. До них належать такі показники, як коефіцієнт пригнічення з імпульсами (BSR), показання потужності електроміограми, вимірювання граничної частоти спектра, а також так званий відносний бета-коефіцієнт. Згідно з дослідженням, опублікованим у 2019 році, ці датчики фактично використовують алгоритми машинного навчання, які обробляють всі ці дані за допомогою досить складних математичних формул, відомих як зважені регресійні рівняння. Результат? Середній діапазон похибки становить приблизно плюс-мінус 4,1 одиниці BIS. Цю систему було протестовано майже на 5500 різних операціях, і виявилося, що вона працює достатньо добре незалежно від того, хто саме пацієнт чи який саме тип анестезії застосовується. Проте слід зазначити, що більшість компаній не розголошують усі деталі роботи своїх алгоритмів, оскільки приблизно 30% інформації залишається закритою як власна розробка. Така відсутність повної відкритості безперечно викликає питання щодо того, наскільки прозорими ми насправді є перед пацієнтами та медичним персоналом.

Як показник BIS корелює з активністю мозку під час анестезії

Дослідження показують, що показання індексу біспектральної аналізу (BIS) схильні відповідати тому, що відбувається в корі головного мозку щодо пригнічення, але вони не відображають процеси, які відбуваються глибше в структурах мозку. Візьмемо, наприклад, севофлюран на рівні дози 1 МАС — це зазвичай знижує показники BIS до приблизно 32 через пригнічення таламокортікальних зв'язків. Цікаво, що кетамін має протилежний ефект. Навіть попри те, що пацієнти перебувають у стані дисоціації під дією кетаміну, їхні показники BIS фактично підвищуються до приблизно 59. Дослідження валідації 2018 року підтвердило ці дивні відмінності між препаратами. Саме тому пристрої моніторингу BIS по суті вимірюють вплив седативних засобів на мозкові хвилі, а не дають нам чіткий показник реальної глибини анестезії під час операції.

Правильне розміщення датчика BIS та неінвазивне отримання ЕЕГ

Оптимальне розміщення на чолі для точних показань датчика БІС ЕЕГ

Датчики БІС ЕЕГ забезпечують оптимальне зчитування сигналу завдяки стандартному розміщенню на чолі. Дослідження показують, що розташування електродів діагонально через чоло та скроню відповідає патернам фронтотемпоральної активності мозку, які мають важливе значення для моніторингу анестезії. Таке розміщення мінімізує перешкоди від м'язів і забезпечує стабільний контакт із поверхневою церебральною електричною активністю.

Використання шкірних електродів для надійного, неінвазивного моніторингу анестезії

Останні системи BIS тепер оснащені надтонкими електродами з гідрогелю, які зменшують опір шкіри приблизно на 40 відсотків у порівнянні з традиційними клейовими електродами. Датчики мають медичну сертифікацію і можуть залишатися прикріпленими до пацієнтів від дванадцяти до двадцяти чотирьох годин, не спричиняючи дискомфорту. Це робить їх дуже корисними під час тривалих хірургічних операцій, коли потрібно постійно контролювати активність мозку. Коли лікарі правильно підготували шкіру — протерши її спиртовими серветками та видаливши зайве волосся — за останніми дослідженнями в лікарнях країни, якість сигналу покращилася приблизно на третину.

Мінімізація артефактів та забезпечення якості сигналу під час операції

Три ключові стратегії запобігання спотворенню сигналу під час операції:

1. Ізоляція ЕЕГ-електродів від електрохірургічних пристроїв (відстань більше 30 см)
2. Використання екранованих кабелів для зменшення електромагнітних перешкод на 55%
3. Впровадження адаптивних фільтрів, які пригнічують високочастотні артефакти, такі як ЕМГ (>30 Гц)

Дослідження підтверджують, що ці заходи зменшують кількість хибних показників BIS на 74 % під час використання електрохірургічного приладу або рухів пацієнта. Регулярна перевірка імпедансу (<5 кОм) дозволяє додатково оцінити функціональність сенсорів безпосередньо під час процедури.

Інтерпретація значень BIS у клінічній практиці

Шкала BIS: пояснення рівнів седації, безсвідомості та анестезії

Біспектральний індекс (BIS) кількісно визначає глибину анестезії за шкалою від 0 до 100, де нижчі значення вказують на глибше пригнічення мозкової активності. Клінічні рекомендації класифікують стани свідомості наступним чином:

• 60–100: Легка седація до повного пробудження
• 40–60: Загальний наркоз (оптимальний хірургічний діапазон)
• <40: Глибокий гіпотичний стан (ризик виникнення періоду подавлення активності)

Власний алгоритм BIS по-різному враховує чотири параметри ЕЕГ — коефіцієнт пригнічення спайк-хвильової активності (BSR), потужність електроміограми (EMG), граничну частоту спектра (SEF) та відносне бета-співвідношення (RBR) у межах п’яти діапазонів BIS. Саме цим пояснюється, чому раптові піки EMG (>65 дБ) можуть помилково підвищувати показники на 20 і більше пунктів незважаючи на достатній рівень анестезії.

Зв’язок зразків ЕЕГ з рівнями свідомості під час анестезії

Датчики BIS працюють, перетворюючи сирі сигнали ЕЕГ, отримані від пацієнтів, на реальну інформацію, яку можуть використовувати лікарі. Вони аналізують певні зразки, які свідчать про те, як різні ліки впливають на мозок. Візьмемо, наприклад, пропофол. Цей препарат пригнічує швидкі бета-хвилі у діапазоні приблизно від 13 до 30 Гц, що призводить до зростання показників RBR із посиленням сонливості. Коли пацієнт перебуває під наркозом хірургічного рівня з показниками BIS від 40 до 60, його SEF зазвичай стабілізується навколо 15–18 Гц. Проте слід уважно стежити за періодами спалахового пригнічення, коли більше ніж половина активності мозку повністю припиняється. У цей час анестезія стає надто глибокою. Цікаві дослідження показали, що кетамін фактично підвищує показники BIS, хоча пацієнти зовсім не є свідомими. Це демонструє, наскільки різноманітними можуть бути реакції мозкових хвиль залежно від застосовуваного ліків.

Обмеження BIS: чому він не передбачає рухову або гемодинамічну реакцію

BIS добре справляється з відстеженням процесів у корі, але гірше працює щодо глибших шляхів мозку, які керують такими функціями, як рефлекторні рухи та зміни артеріального тиску. Якщо звернутися до дослідження 2018 року, то приблизно у одного із п’яти пацієнтів показники BIS були нижчими за 40, проте вони все ж рухалися під час операції, що свідчить про наявність певних прогалин у виявленні активності спинного мозку. Ще одна проблема полягає в тому, що іноді організм сильно реагує на больові сигнали без помітних змін рівня BIS. Це означає, що лікарям потрібні інші способи контролю цих реакцій, наприклад, аналіз варіабельності серцевого ритму, щоб отримати повну картину того, що відбувається всередині пацієнта.

Клінічна валідація та надійність сенсорів BIS для ЕЕГ під час хірургічних операцій

Розробка та клінічні випробування монітора BIS

Щоб перевірити, чи дійсно працює система моніторингу BIS, дослідники провели кілька серій клінічних випробувань із приблизно 1500 учасниками. Вони хотіли з’ясувати, наскільки зразки мозкових хвиль відповідають тому, що лікарі можуть спостерігати під час седації. Одне велике дослідження в кількох медичних центрах було опубліковано в журналі Frontiers in Medicine. Результати справді вражаючі. Під час застосування анестезії з орієнтацією на показники BIS спостерігалося зниження на 82% випадків усвідомлення пацієнтами операції серед цих 2463 ризикованих хірургічних втручань. На підставі всіх цих даних більшість експертів тепер погоджується, що підтримання показників BIS у межах від 40 до 60 є найкращою практикою для забезпечення правильної глибини анестезії. Компанія, яка стоїть за BIS, також вдосконалила свої програмні алгоритми, щоб вони краще ігнорували сигнали м'язової активності, які інакше могли б спотворювати показання.

Дані з хірургічних випадків щодо анестезії під контролем BIS

Аналіз даних 36 контрольованих досліджень із залученням близько 7761 пацієнта показує, що моніторинг функцій мозку (BIS) зменшує ймовірність прокидання пацієнтів під час операції приблизно на 35%, що є суттєвим порівняно зі звичайним спостереженням за основними життєвими показниками. Але є й інший бік цієї історії. Дослідження B-Unaware виявило схожі результати, коли порівнювали моніторинг BIS із вимірюванням газів у видихуваному повітрі наприкінці видиху для певних типів анестезії, тож усе залежить від того, який саме вид процедури мається на увазі. Зокрема для нейрохірургічних операцій ці датчики мозку, здається, справді мають значення. Вони допомагають зменшити проблеми з когніцією після операції приблизно в 23% випадків, оскільки лікарі можуть точніше регулювати дози седативних засобів, ніж раніше.

Тенденції впровадження та довіра до технології BIS у медичних центрах

Більш як 85 відсотків академічних лікарень розпочали використовувати датчики BIS у рамках звичайних процедур анестезії, згідно з останніми дослідженнями 2023 року. Чому? Ці пристрої існують уже понад двадцять років, і за цей час було повідомлено про дуже небагато проблем з ними — приблизно менше одного відсотка проблем фактично пов’язані з самим обладнанням. Проте іноді виникають складні ситуації, коли пацієнти відчувають сильну гіпотермію або мають встановлені кардіостимулятори. Але не сприймайте це як критику — у більшості випадків все працює чудово. Дослідження, опубліковане в журналі Nature ще у 2020 році, показало, що BIS залишається точним приблизно у 94 випадках із 100 під час звичайних хірургічних умов. Саме така надійна ефективність пояснює, чому так багато медичних закладів продовжують покладатися на цю технологію для забезпечення періопераційного догляду.

ЧаП

Що таке моніторинг BIS і як він працює?

Моніторинг БІС (біспектральний індекс) використовує зразки ЕЕГ для оцінки глибини анестезії за шкалою від 0 до 100. Значення БІС у діапазоні від 40 до 60 є ідеальним для хірургічного гіпнозу, поєднуючи втрату свідомості та гемодинамічну стабільність. Для аналізу використовуються алгоритми, які обробляють такі підпараметри, як коефіцієнт подавлення спайків, бета-коефіцієнт, гранична частота спектра та потужність електроміограми.

Що таке сенсори БІС і як їх розміщують?

Сенсори БІС розміщуються на чолі та скроні для реєстрації фронтотемпоральних патернів мозкової активності. Вони використовуються для точного моніторингу мозку під час анестезії.

Чому показники БІС не відображають рухи або гемодинамічну реакцію?

БІС фіксує коркову активність, але недостатньо вимірює глибші шляхи мозку, які регулюють рефлекторні рухи та зміни артеріального тиску, через що він є недостатнім для моніторингу активності спинного мозку.