Yếu tố then chốt của cảm biến BIS EEG trong đo độ sâu gây mê là gì?

Công nghệ Cảm biến BIS EEG Đo Độ sâu Gây mê như thế nào

Chỉ số song phổ (BIS) trong gây mê là gì?

Việc theo dõi chỉ số song phổ (BIS) chuyển đổi các mẫu điện não đồ (EEG) phức tạp thành một điểm không đơn vị (0–100) để định lượng độ sâu gây mê. Giá trị BIS từ 40–60 cho thấy mức độ an thần phẫu thuật tối ưu, cân bằng giữa tình trạng vô thức và sự ổn định huyết động. Công nghệ này sử dụng các thuật toán độc quyền để phân tích bốn thông số phụ của EEG :

• Tỷ lệ ức chế từng đợt (BSR)
• Tỷ lệ beta tương đối
• tần số cạnh quang phổ 95%
• Công suất điện cơ (EMG)

Các chỉ số này được trọng số khác nhau qua các giai đoạn gây mê, như được minh họa trong một nghiên cứu nổi bật trên tạp chí Nature phân tích 5.427 ca phẫu thuật (2019).

Từ tín hiệu EEG đến đánh giá độ sâu theo thời gian thực: Vai trò của cảm biến BIS

Cảm biến EEG BIS chuyển đổi dữ liệu sóng não thô thành thông tin hữu ích thông qua ba giai đoạn:

Phương pháp đa thông số này cho phép điều chỉnh gây mê theo thời gian thực. Ví dụ, một đợt tăng đột ngột công suất EMG (chỉ ra hoạt động cơ) sẽ kích hoạt cảnh báo ngay cả khi điểm BIS dường như ổn định.

Các yếu tố kỹ thuật trong dẫn truyền tín hiệu và hiệu suất cảm biến

Việc đặt cảm biến ở trán và độ dẫn điện giữa da và điện cực ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác dữ liệu. Việc dính kém hoặc da nhờn làm tăng trở kháng, khiến giá trị BIS bị thổi phồng lên tới 15 điểm. Các cảm biến hiện đại tích hợp các thuật toán phát hiện nhiễu có thể:

1. Lọc nhiễu từ dao mổ điện
2. Bù trừ sự trôi tín hiệu
3. Tự động xác nhận chất lượng EEG mỗi 6 giây

Các nghiên cứu kiểm định lâm sàng cho thấy sai số tuyệt đối trung vị ≤4,1 điểm BIS so với việc diễn giải EEG thủ công ( BMC Anesthesiology, 2018 ). Tuy nhiên, các nhà sản xuất chỉ công bố 60% logic thuật toán, do đó cần phải đối chiếu cẩn thận với dữ liệu lâm sàng.

Khoa học đằng sau BIS: Phân tích nhị phổ và xử lý tín hiệu EEG

Hiểu về phân tích nhị phổ trong đánh giá độ sâu mê

Phân tích nhị phân phổ lấy các tín hiệu EEG thô và chuyển chúng thành các con số mà chúng ta có thể sử dụng được bằng cách xem xét mối quan hệ pha giữa các tần số khác nhau. Kỹ thuật này ban đầu xuất phát từ nghiên cứu địa chấn và hải dương học trước khi được áp dụng trong y học. Điều làm nên sự đặc biệt của nó là khả năng phát hiện những mẫu sóng não phức tạp, dường như phù hợp với cách gây mê ảnh hưởng đến bệnh nhân. Các phương pháp truyền thống chỉ xem xét độ mạnh của tín hiệu và các tần số hiện diện. Tuy nhiên, phương pháp nhị phân phổ đi xa hơn bằng cách nhận diện khi các sóng khác nhau tương tác với nhau. Điều này rất quan trọng vì nó giúp phân biệt giữa một người đang được an thần nhẹ ở mức BIS từ 60 đến 80 so với người đã được gây mê hoàn toàn trong khoảng dưới 40 đến 60.

Xử lý tín hiệu EEG thô thành giá trị BIS đáng tin cậy: Các thuật toán và kiểm định

Các cảm biến BIS EEG xem xét một số yếu tố chính khi đánh giá hoạt động não. Những yếu tố này bao gồm tỷ lệ ức chế đợt (BSR), chỉ số công suất điện cơ đồ, các phép đo tần số biên phổ, cùng với cái mà họ gọi là tỷ lệ beta tương đối. Theo nghiên cứu được công bố vào năm 2019, các cảm biến này thực sự sử dụng các thuật toán học máy để xử lý tất cả dữ liệu này thông qua một số công thức toán học khá phức tạp được gọi là các phương trình hồi quy trọng số. Kết quả? Một phạm vi sai số trung bình khoảng cộng hoặc trừ 4,1 đơn vị BIS. Họ đã thử nghiệm hệ thống này trên gần 5.500 ca phẫu thuật khác nhau và nhận thấy rằng nó hoạt động khá hiệu quả bất kể bệnh nhân là ai hay loại thuốc gây mê mà họ sử dụng. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hầu hết các công ty không tiết lộ toàn bộ thông tin về cách thuật toán của họ hoạt động, vì khoảng 30% vẫn được giữ kín như thông tin sở hữu. Việc thiếu minh bạch hoàn toàn này chắc chắn làm dấy lên những câu hỏi về mức độ minh bạch thực sự mà chúng ta đang có với bệnh nhân và nhân viên y tế.

Điểm BIS tương quan như thế nào với hoạt động não dưới gây mê

Các nghiên cứu cho thấy chỉ số Bispectral (BIS) thường phù hợp với những gì đang xảy ra ở vỏ não liên quan đến ức chế, nhưng chúng không thực sự phản ánh được những diễn biến sâu hơn trong các cấu trúc não. Ví dụ, sevoflurane ở mức liều 1 MAC thường làm giảm điểm BIS xuống khoảng 32 khi làm dịu các kết nối thalamocortical. Tuy nhiên, ketamine lại có tác dụng ngược lại. Mặc dù bệnh nhân rõ ràng bị phân ly dưới tác dụng của ketamine, chỉ số BIS của họ thực tế lại tăng lên khoảng 59. Một nghiên cứu xác nhận vào năm 2018 đã khẳng định những khác biệt kỳ lạ này giữa các loại thuốc. Điều này giải thích tại sao các thiết bị theo dõi BIS về cơ bản đo lường cách các thuốc an thần ảnh hưởng đến sóng não, thay vì cung cấp một thước đo xác định độ sâu gây mê thực tế trong phẫu thuật.

Đặt cảm biến BIS đúng cách và ghi nhận điện não đồ không xâm lấn

Vị Trí Đặt Cảm Biến Trên Trán Tối Ưu Để Đạt Được Kết Quả Đo BIS EEG Chính Xác

Các cảm biến BIS EEG đạt được khả năng thu tín hiệu tối ưu thông qua việc đặt ở vị trí tiêu chuẩn trên trán. Nghiên cứu cho thấy việc đặt các điện cực chéo qua trán và thái dương phù hợp với các mẫu hoạt động thần kinh vùng trán-thái đai, vốn rất quan trọng trong theo dõi gây mê. Cách đặt này giúp giảm thiểu nhiễu cơ đồng thời duy trì tiếp xúc ổn định với hoạt động điện não nông.

Sử Dụng Điện Cực Da Để Theo Dõi Gây Mê Đáng Tin Cậy Và Không Xâm Lấn

Các hệ thống BIS mới nhất hiện nay được trang bị các điện cực hydrogel siêu mỏng, giúp giảm khoảng 40 phần trăm điện trở da so với các lựa chọn keo dán truyền thống. Các cảm biến này đã được chứng nhận về mặt y tế và có thể gắn trên bệnh nhân từ mười hai đến hai mươi bốn giờ mà không gây khó chịu. Điều này làm cho chúng trở nên rất hữu ích trong các ca phẫu thuật dài, nơi cần theo dõi liên tục hoạt động não. Khi bác sĩ chuẩn bị da đúng cách bằng cách lau sạch bằng khăn lau cồn và loại bỏ lông thừa, các nghiên cứu gần đây tại các bệnh viện trên cả nước cho thấy chất lượng tín hiệu được cải thiện khoảng một phần ba.

Giảm thiểu nhiễu và Đảm bảo chất lượng tín hiệu trong quá trình phẫu thuật

Ba chiến lược chính ngăn ngừa sự méo tín hiệu trong phẫu thuật:

1. Tách biệt dây dẫn EEG khỏi các thiết bị phẫu thuật điện (khoảng cách lớn hơn 30 cm)
2. Sử dụng cáp chống nhiễu để giảm can thiệp điện từ khoảng 55%
3. Triển khai các bộ lọc thích ứng để triệt tiêu các tín hiệu giả tần số cao như EMG (>30 Hz)

Các nghiên cứu xác nhận rằng những biện pháp này làm giảm 74% các chỉ số BIS sai lệch trong quá trình sử dụng dao mổ điện hoặc khi bệnh nhân cử động. Việc kiểm tra trở kháng định kỳ (<5 kΩ) còn giúp xác minh chức năng cảm biến trong suốt quy trình thủ thuật.

Giải thích giá trị BIS trong thực hành lâm sàng

Thang đo BIS: Gây mê, Mất ý thức và Các ngưỡng gây mê

Chỉ số song phổ (BIS) định lượng độ sâu của gây mê trên thang điểm 0–100, với các giá trị thấp hơn cho thấy mức độ ức chế hoạt động não sâu hơn. Hướng dẫn lâm sàng phân loại các trạng thái ý thức như sau:

• 60–100: Gây buồn ngủ nhẹ đến tỉnh táo hoàn toàn
• 40–60: Gây mê toàn thân (phạm vi phẫu thuật tối ưu)
• <40: Trạng thái hôn mê sâu (nguy cơ xuất hiện hiện tượng đợt sóng - burst suppression)

Thuật toán BIS độc quyền đánh trọng số khác nhau cho bốn thông số EEG—tỷ lệ ức chế đợt (BSR), công suất điện cơ (EMG), tần số biên phổ (SEF) và tỷ lệ beta tương đối (RBR)—trong năm khoảng giá trị BIS. Điều này giải thích tại sao các đỉnh EMG đột ngột (>65 dB) có thể làm tăng giả mức điểm lên hơn 20 điểm dù gây mê đầy đủ.

Liên kết các mẫu EEG với các mức độ ý thức trong quá trình gây mê

Các cảm biến BIS hoạt động bằng cách chuyển đổi những tín hiệu EEG thô mà chúng ta thu được từ bệnh nhân thành thông tin thực tế mà bác sĩ có thể sử dụng. Chúng thực hiện điều này bằng cách phân tích các mẫu sóng cụ thể cho biết tác động của các loại thuốc khác nhau lên não bộ. Lấy ví dụ propofol. Loại thuốc này thường làm giảm các sóng beta nhanh trong khoảng tần số 13 đến 30 Hz, khiến chỉ số RBR tăng lên khi người bệnh ngày càng buồn ngủ. Khi một người ở mức độ mê phẫu thuật với chỉ số BIS dao động từ 40 đến 60, tần số SEF của họ thường ổn định ở khoảng 15 đến 18 Hz. Tuy nhiên, cần lưu ý các giai đoạn ức chế đột ngột (burst suppression), khi hơn một nửa hoạt động não bị ngừng hoàn toàn—đây là dấu hiệu gây mê quá sâu. Một số nghiên cứu thú vị đã chỉ ra rằng ketamine thực tế lại làm tăng điểm BIS mặc dù bệnh nhân hoàn toàn không tỉnh thức. Điều này cho thấy phản ứng sóng não có thể thay đổi rất khác nhau tùy thuộc vào loại thuốc đang được sử dụng.

Hạn chế của BIS: Tại sao nó không dự đoán được cử động hoặc phản ứng huyết động

BIS thực hiện tốt việc theo dõi những gì đang xảy ra trong vỏ não, nhưng lại thiếu sót khi liên quan đến các đường dẫn thần kinh sâu hơn trong não điều khiển các hoạt động như phản xạ và sự thay đổi huyết áp. Nhìn lại một nghiên cứu từ năm 2018, khoảng một trong năm bệnh nhân có chỉ số BIS dưới 40 nhưng vẫn cử động trong lúc phẫu thuật, cho thấy rõ ràng tồn tại khoảng trống trong khả năng phát hiện hoạt động tủy sống của thiết bị này. Một vấn đề khác là cơ thể đôi khi phản ứng mạnh với tín hiệu đau mà không có sự thay đổi rõ rệt nào trong mức độ BIS. Điều này có nghĩa là bác sĩ cần các phương pháp khác để theo dõi những phản ứng này, ví dụ như kiểm tra biến thiên nhịp tim, nhằm có được cái nhìn toàn diện về tình trạng bên trong cơ thể bệnh nhân.

Xác nhận lâm sàng và độ tin cậy của cảm biến EEG BIS trong phẫu thuật

Phát triển và thử nghiệm lâm sàng thiết bị giám sát BIS

Để kiểm tra xem hệ thống giám sát BIS có thực sự hoạt động hay không, các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều đợt thử nghiệm lâm sàng với khoảng 1.500 người tham gia. Họ muốn xem xét cách các mẫu sóng não phù hợp như thế nào với những gì bác sĩ quan sát được trong quá trình gây mê. Một nghiên cứu lớn tại nhiều trung tâm y tế đã được công bố trên tạp chí Frontiers in Medicine. Kết quả thật sự ấn tượng. Khi sử dụng hướng dẫn của BIS trong gây mê, tỷ lệ bệnh nhân tỉnh dậy trong ca phẫu thuật giảm 82% trong số 2.463 ca phẫu thuật có nguy cơ cao này. Dựa trên toàn bộ bằng chứng này, phần lớn các chuyên gia hiện nay đều đồng ý rằng việc duy trì điểm BIS trong khoảng từ 40 đến 60 là phương pháp tốt nhất để đảm bảo độ sâu gây mê phù hợp. Công ty phát triển BIS cũng đã điều chỉnh lại các thuật toán phần mềm của họ để có thể lọc bỏ tốt hơn các tín hiệu hoạt động cơ bắp, vốn có thể làm sai lệch kết quả đọc.

Bằng chứng từ các nghiên cứu ca phẫu thuật về gây mê có hướng dẫn của BIS

Nhìn vào dữ liệu từ 36 thử nghiệm có kiểm soát liên quan đến khoảng 7.761 bệnh nhân cho thấy việc theo dõi chức năng não (BIS) giảm khả năng bệnh nhân tỉnh dậy trong lúc phẫu thuật khoảng 35%, một mức độ khá đáng kể so với việc chỉ theo dõi các dấu hiệu sinh tồn thông thường. Nhưng hãy chờ đã, còn một khía cạnh khác của câu chuyện này. Nghiên cứu B-Unaware đã tìm thấy kết quả tương tự khi so sánh việc theo dõi BIS với việc đo khí thở ra ở cuối thì thở ra đối với một số loại gây mê nhất định, do đó hiệu quả thực sự phụ thuộc vào loại thủ thuật mà chúng ta đang nói đến. Cụ thể đối với các ca phẫu thuật thần kinh, những cảm biến não này dường như tạo ra sự khác biệt rõ rệt. Chúng giúp giảm các vấn đề về nhận thức sau phẫu thuật vào khoảng 23% trường hợp vì bác sĩ có thể điều chỉnh liều thuốc an thần chính xác hơn nhiều so với trước đây.

Xu hướng áp dụng và sự tin tưởng vào công nghệ BIS tại các trung tâm y tế

Theo các cuộc khảo sát gần đây từ năm 2023, hơn 85 phần trăm các bệnh viện đại học đã bắt đầu sử dụng cảm biến BIS như một phần trong quy trình gây mê thường quy của họ. Tại sao vậy? Chà, các thiết bị này đã xuất hiện hơn hai thập kỷ nay, và trong suốt thời gian đó, rất ít sự cố được báo cáo liên quan đến chúng—khoảng dưới một phần trăm các vấn đề thực sự liên quan đến thiết bị. Tuy nhiên, vẫn còn một số tình huống phức tạp khi bệnh nhân gặp hạ thân nhiệt nặng hoặc có máy tạo nhịp tim được cài đặt. Nhưng đừng hiểu lầm, hầu hết thời gian mọi thứ đều hoạt động tốt. Một nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature vào năm 2020 cho thấy BIS vẫn duy trì độ chính xác khoảng 94 lần trong số 100 trường hợp trong điều kiện phẫu thuật bình thường. Thành tích như vậy lý giải tại sao rất nhiều cơ sở y tế tiếp tục tin tưởng vào công nghệ này để đáp ứng nhu cầu chăm sóc trước, trong và sau phẫu thuật.

Câu hỏi thường gặp

Giám sát BIS là gì và nó hoạt động như thế nào?

Giám sát BIS (Chỉ số song phổ) sử dụng các mẫu sóng EEG để đánh giá độ sâu gây mê với thang điểm từ 0 đến 100. Giá trị BIS trong khoảng 40 đến 60 là lý tưởng cho trạng thái vô thức trong phẫu thuật, kết hợp giữa mất ý thức và ổn định huyết động. Nó sử dụng các thuật toán để phân tích các thông số phụ như tỷ lệ ức chế xung đột, tỷ lệ beta, tần số biên phổ và công suất điện cơ đồ.

Cảm biến BIS là gì và cách đặt chúng như thế nào?

Cảm biến BIS được đặt trên trán và thái dương để ghi nhận các mẫu hoạt động não vùng trán - thái. Chúng được sử dụng để theo dõi chính xác hoạt động não trong quá trình gây mê.

Tại sao điểm BIS không phản ánh chuyển động hoặc đáp ứng huyết động?

BIS ghi nhận hoạt động vỏ não nhưng không đo lường đầy đủ các đường dẫn sâu hơn trong não điều khiển các phản xạ vận động và thay đổi huyết áp, do đó không đủ để theo dõi hoạt động tủy sống.