Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническая реализация нейрофизических методов интраоперационного мониторинга глубины анестезии

Вырвич В.В.

Аннотации

В статье рассмотрены нейрофизические методы контроля глубины анестезии, а также медицинские приборы, работа которых основана на данных методах. Выполнен литературный обзор в области осложнений, связанных с хирургическими вмешательствами. Выполнен обзор нейрофизических методов интраоперационного мониторинга глубины анестезии. Описаны принципы работы медицинских приборов, работающих на основе нейрофизических методах контроля глубины анестезии, разобраны технические характеристики этих устройств.

Ключевые слова: анестезия, интраоперационный мониторинг, электроэнцефалография, вызванные потенциалы, спектральные методы оценки глубины анестезии.

TECHNICAL IMPLEMENTATION OF NEUROPHYSICAL METHODS FOR INTRAOPERATIVE MONITORING OF DEPTH OF ANAESTHESIA

Vyrvich V.V.

The article considers neurophysical methods of monitoring the depth of anesthesia and medical devices based on these methods. A literature review of complications associated with surgical interventions. The review of neurophysical methods of intraoperative monitoring of anesthesia depth. The principles of medical devices based on neurophysical methods of monitoring the depth of anesthesia are described, the technical characteristics of these devices are analyzed.

Keywords: anesthesia, intraoperative monitoring, electroencephalography, evoked potentials, spectral methods of anesthesia depth assessment.

Введение

Согласно расчётам Всемирной Организации Здравоохранения (ВОЗ), в мире ежегодно проводится около 230 миллионов больших хирургических вмешательств. В индустриальных странах, частота послеоперационных осложнений составляет от 3 до 16%, при этом от 0,4 до 0,8% оканчиваются тяжелыми постоянными повреждениями или смертью [1]. Осложнения могут возникать из-за возраста пациента, его болезней, переносимости анестезирующих препаратов, общего физиологического состояния перед операцией, в результате неправильных действий или бездействия анестезиолога, ошибок хирурга, а также поломок в работе анестезиологического оборудования. Для снижения вероятности интраоперационных и постоперационных осложнений анестезиологи контролируют глубину анестезии и ряд других важных показателей во время операции. нейрофизический анестезия хирургический

Основными направлениями контроля во время хирургической операции согласно Стандартам Основного Интраоперационного Мониторинга являются: оксигенация крови, вентиляция легких, кровообращение, температура тела, электрокардиограмма, концентрации углекислого газа в конце выдоха, мониторинг анестезиологических газов, а также мониторинг электроэнцефалограммы [2]. Современные медицинские комплексы могут контролировать сразу несколько показателей. Такие комплексы называются мониторами пациента. Однако даже совокупность всех этих показателей дает не достаточное количество информации для сведения рисков постоперационных осложнений к нулю.

В связи с этим наиболее объективным методом мониторинга эффективности анестезиологической защиты считается контроль деятельности центральной нервной системы (ЦНС) во время наркоза [3]. Преимуществом данного метода является возможность его использования при комбинированной анестезии. Всего существует 3 метода биоэлектрической активности головного мозга, однако стоит упомянуть способ качественного анализа ЭЭГ. Данный метод не используется, так как является малоинформативным и требует серьезной подготовки анестезиолога. Суть метода заключается в том, что анестезиолог по изменению частоты и амплитуды сигнала в разных каналах записи электроэнцефалограммы контролирует глубину анестезии и общее физическое состояние пациента.

Вызванные потенциалы

Данный метод оценки глубины анестезии использует ответы ЦНС на дозированные и повторяемые внешние стимулы. Для мониторинга во время операции используют слуховые (аудио) и сомато-сенсорные (ССВП) вызванные потенциалы. Последние показывают ответ спинного и головного мозга на электрическую стимуляцию периферических нервов, поэтому они относятся к электромиографии (ЭМГ). Слуховые вызванные потенциалы (ВП) представляют из себя сигналы, подаваемые через наушники к пациенту.

Для мониторинга анестезии используют коротколатентные слуховые вызванные потенциалы (КЛСВП), так как они являются более стабильными и менее вариабельными по сравнению с длиннолатеральными слуховыми вызванными потенциалами. Суть метода заключается в моноауральной подаче щелчков длительностью 0,1 мс, интенсивностью 80-100 дБ (индивидуальный показатель - должен быть на 70 дБ выше порога слышимости), частотой 8-12 Гц. Обычно используется переменная полярность стимулов для подавления артефакта стимуляции

Для регистрации таких вызванных потенциалов необходим 1 канал, для этого используют 3 электрода: 2 налобных электрода, один из которых устанавливается на центр лба, другой ближе к виску, 3-ий электрод - референтный, накладывается на мочку уха. В итоге регистрируется сигнал с амплитудой 5-15 мкВ, частотой 30 Гц-3 кГц.

Далее в КЛСВП выделяют и анализируют первые 5 позитивных пиков, что показано на рисунке 1. Так как амплитуды IV и V пиков схожи, иногда возникают трудности в идентификации V пика. Дли решения этой проблемы уменьшают интенсивность стимула. Также для контроля глубины анестезии подсчитывают временные межпиковые интервалы.

Рисунок 1. Коротколатентные слуховые вызванные потенциалы [5].

Так как амплитуда вызванных потенциалов ниже амплитуды ЭЭГ, для выделения ВП используют метод синхронного накопления и усреднения. Метод заключается в накоплении участков сигнала, которые содержат информацию о ВП. В результате полезные участки сигнала суммируются, а "случайные" компоненты нивелируются. Далее производится усреднение по количеству ответов на поданные стимулы. При этом от количества отсчетов зависит шум сигнала. Он рассчитывается как квадратный корень из количества отсчетов сигнала. Для корректной оценки глубины анестезии требуется не менее 200 отсчетов. Далее считается показатель контроля глубины анестезии. Это безразмерный показатель от 0 до 100 (Protektor32 фирма XLTEK, Канада), или же от 0 до 60 (IMED AEP-MONITOR/2, фирма ALARIS, США), где верхняя граница диапазона показывает бодрствование пациента, а нижняя - отсутствие электрической активности мозга пациента. Хирургическое вмешательство производится при значении показателя в интервалах 40-60 (Protektor32, фирма XLTEK, Канада) и 10-25 (IMED AEP-MONITOR/2, фирма ALARIS, США).

Аппараты для контроля глубины седации являются многофункциональными комплексами для проведения интраоперационного мониторинга (ИОМ), они созданы на базе электроэнцефалографов. Некоторые из них имеют каналы для регистрации электромиограммы, электрокардиограммы. На рынке представлены устройства разных фирм и разных стран:

• 16-канальная модульная система для интраоперационного мониторинга (ИОМ) - НейроИОМ, (Нейрософт, Россия).

• Система интраоперационного нейромониторинга (ИОНМ) Protektor32 (XLTEK, Канада).

• Интраоперационный нейромонитор NIM Eclipse (Medtronic Xomed, США).

• Система интраоперационного нейромониторинга ИОМ ISIS IOM (Inomed Medizintechnik, Германия).

• Система интраоперационного нейромониторинга AEP Monitor 2 (ALARIS, США).

В таблице 1 приведены техические характеристики каналов ВП монитора Нейро-ИОМ. Таблица 1 - Технические характеристики системы для интраоперационного мониторинга НейроИОМ [6].

Все устройства этого типа имеют схожие характеристики, созданы с учетом чрезвычайно сложных требований к эксплуатации в операционной: высокая помехозащищенность, длинные экранированные кабели для обеспечения возможности вынести станцию мониторинга за пределы зоны работы хирургической бригады. Основными различиями между устройствами являются их комплектация, модульность и количество каналов для интраоперационного мониторинга.

Несмотря на положительные стороны этого метода, он имеет ряд ограничений и недостатков. Главный из них: вся информация, полученная в результате многоминутной записи ЭЭГ, сводится к изучению сигнала, длительность которого составляет лишь долю секунды. То есть, используется малая часть той информации, которая зарегистрирована и может быть проанализирована. Также, для работы необходимо усреднение сигнала, что ведет либо к его недостаточной информативности, либо к его инерционности.

Спектральные методы

Другим нейрофизическим методом контроля глубины анестезии является полиспектральный анализа ЭЭГ. Это совокупный анализ временной и частотной областей и спектральных подпараметров ЭЭГ. Суть метода заключается в получении полиспектрального индекса - безразмерного коэффициента в интервале от 0 до 100.

В отличие от предыдущего метода, в этом используется весь спектр сигнала ЭЭГ. Сигнал лежит в интервале ±100 мкВ, частота сигнала 1- 50 Гц. Регистрация осуществляется с помощью 1 или 2 каналов, для этого используют 2 или 3 налобных электрода и 1 референтный на мочке уха или на сосцевидном отростке височных костей.

Методы получения полиспектрального индекса различны, так как каждый производитель разрабатывает свой индекс, зависящий от собственного набора параметров. В данной статье будут разобраны 2 параметра и 2 соответствующие им прибора.

Первым параметром будет "биспектральный индекс (BIS)", разработанного американской фирмой Aspect Medical System, США. Именно эта компания является лидером по продажам оборудования для контроля глубины анестезии. Биспектральный индекс - это сложный параметр, являющийся совокупностью анализа временной и частотной областей и спектральных подпараметров.

Сигнал, полученный от пациента, дискретизируется с частотой не менее 500 Гц. После чего, сигнал фильтруется для удаления или уменьшения влияния низко- и высокочастотных помех и делится на эпохи по 1-4 секунды. Далее с помощью програмных фильтров стараются выявить и удалить артефакты. Если их удаление невозможно, стараются снизить их влияние на общий сигнал. Затем рассчитываются быстрое преобразование Фурье и биспектр текущей эпохи ЭЭГ. Полученный спектр и биспектр сглаживаются с помощью скользящего среднего, после чего вычисляются подпараметры Synch Fast Slow и Relative Beta Ratio.

Параметр Relative Beta Ratio (RBR) выражает частотный анализ - это логарифм отношения мощностей в двух эмпирически выведенных полосах частот:

где

Размещено на http://www.allbest.ru/

это спектральная плотность мощности (СПМ) в диапазонах частот 30-47 Гц и 11-20 Гц соответственно. Данный параметр имеет большое значение при легкой анестезии [7].

Временной анализ отображается параметром Burst Suppression Ratio (BSR) - отношение общей длительности эпизодов "подавление" к общей длительности эпизодов "всплеск". "Всплеском" считается интервал, выходящий за границы диапазона. "Подавлением" считается интервал, амплитуда которого меньше, чем границы диапазона. На рисунке 2 показан сигнал с интервалами "всплеск" и "подавление".

Рисунок 2. Всплеск/Подавление.

Параметр рассчитывается по формуле:

где общая длительность эпизодов "подавление" и "всплеск" соответственно. Пороги сигнала ±L, L=0,8д, д - амплитуда сигнала в данном временном интервале [7].

Совокупность спектральных параметров выражена в коэффициенте Synch Fast Slow (SFS) - это логарифм отношения биспектральной активности в диапазонах 0,5-47 Гц и 40-47 Гц:

где B - биспектр в полосе частот. SFS преобладает при явлении активации ЭЭГ (фазы возбуждения) и во время хирургических уровней наркоза. [7]

Каждый из рассчитанных подпараметров эффективен в определенных диапазонах:

параметр Synch Fast Slow хорошо коррелирует с поведенческими реакциями во время умеренной седации. Beta Ratio имеет большое значение при легкой анестезии. Биспектральная компонента параметра Synch Fast Slow имеет большее влияние при явлении активации ЭЭГ (фазы возбуждения) и во время хирургических уровней наркоза, а BSR характерен для очень глубокой анестезии.

Сочетание трех подпараметров дает биспектральный индекс - интегральный безразмерный показатель от 0 до 100. Так как вычисление биспектрального параметра (Synch Fast Slow) требует усреднения по нескольким эпохам, поэтому значение BIS представляет собой среднюю величину, полученную из предыдущих 60 секунд пригодных к использованию данных. Цифра 100 показывает полное сознание пациента - бодрствование. 0 показывает полное подавление коры головного мозга. Интервал от 65 до 86 означает успокоение пациента, седативный эффект препарата. Интервал от 45 до 60 - показатель общей анестезии. Интервал от 0 до 40 показывает подавление корковой активности. Во время проведения операции с наркозом данный параметр должен находиться в интервале от 40 до 60.

Технология получения BIS индекса реализована в мониторах глубины наркоза фирмы

Aspect Medical System, США. В таблице 2 приведены некоторые характеристики монитора A-2000 VISTA.

Таблица 2 - Характеристики A-2000 VISTA [8].

Другим методом спектральной оценки глубины анестезии является технология Cerebral State Index - CSI, разработанная фирмой Danmeter, Дания. Так же как и в предыдущем методе, сигнал, полученный от пациента, дискретизируется с частотой 500 Гц. Далее сигнал проходит через фильтры, где удаляются артефакты, или снижается их воздействие. Затем рассчитываются быстрое преобразование Фурье текущей эпохи ЭЭГ. После чего энергия сигнала оценивается в эмпирически выведенных частотных диапазонах. Далее по формулам рассчитываются коэффициенты Альфа (б) и Бета (в). Оба они характеризуют сдвиг энергии сигнала от более высокого диапазона частот к более низкому.

Затем оценивается параметр (в-б) как соотношение коэффициентов б и в. Также рассчитывается показатель всплеск/подавление как соотношение временных эпизодов резкого возрастания сигнала к резкому подавлению.

Эти четыре параметра используются в качестве входных данных для системы классификатора нечеткой логики, которая вычисляет состояние мозга. В итоге получается показатель CSI. Этот показатель является безразмерной шкалой от 0 до 100, где 0 указывает на плоскую ЭЭГ и 100 указывает на активность ЭЭГ. Во время анестезии индекс должен держаться в интервале от 40 до 60, однако эти значения являются приблизительными значениями, основанными на средних значениях поведения пациента.

Технология получения CSI реализована в мониторах глубины наркоза фирмы Danmeter,

Дания. В таблице 3 приведены некоторые характеристики монитора Model CSM 2.

На современном рынке имеется ряд других коммерческих мониторов, рассчитывающих ЭЭГ-производные индексы по оригинальным алгоритмам: Narcotrend, PSA (Patient State Analyzed), SNAP-index, Entropy Module - SE (State Entropy) и RE (Response Entropy). Их алгоритмы схожи с разобранными в этой статье. Сами устройства имеют схожие черты в конструкциях и параметрах: количество каналов и электродов датчика, одновременный анализ ЭМГ, показателя всплеск/подавление, показателя качества сигнала. Мониторы могут быть отдельными устройствами или являться встроенным модулем другого аппарата, или же внешним модулем. Некоторые устройства оснащаются функцией беспроводной передачи данных на центральную станцию слежения. Отдельно стоит сказать об энтропийном методе исследования. В отличие от спектрального метода он определяет степень хаотичности (беспорядочности) кортикальной электрической активности, наибольшей при бодрствовании и уменьшающейся при утрате сознания.

Заключение

Нейрофизические методы контроля глубины анестезии являются наиболее эффективными. На данный момент такой мониторинг широко применяется в США, Западной Европе и более чем в 160 странах по всему миру. В США мониторинг с помощью регистрации ЭЭГ используют более чем в 66 % всех операционных и более чем в 86 % клинических госпиталей. В Западной Европе установлены тысячи таких мониторов, в частности, в Швейцарии используется практически во всех клиниках, имеющих операционные залы, и 14 проводится более 100 000 мониторингов в год. В США и многих других странах применение полиспектрального мониторинга ЭЭГ рекомендуется ассоциациями врачей-анестезиологов. [14-34] В Испании, Австралии и Новой Зеландии полиспектральный мониторинг ЭЭГ включен в стандарт интраоперационного анестезиологического мониторинга. В России мониторы стали широко применяться с 2005 года и распространяются все более интенсивно. Новые нейрофизические методы к настоящему времени активно исследуются в клинических условиях, результаты, полученные на добровольцах, говорят об эффективности контроля глубины анестезии, что в свою очередь ведет к уменьшению осложнений в интра- и постоперационном функционировании организма пациента.

Список литературы

1. Farges O., Goutte N., Bendersky N. et al. Incidence and risks of liver resection: an all-inclusive French nationwide study // Ann. Surg. - 2012. - Vol. 256. -P. 697-704.

2. Беляевский А.Д., МонченкоГ.Д. Очерки по истории анестезиологии. Вести интенсивной терапии. 1999;(2): 82-83.

3. Барраш П., Клиническая анестезиология / изд.3, 2006 г.

4. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. - Таганрог: Издательство ТРТУ. - 1997.

5. Коротколатентные слуховые вызванные потенциалы [Электронный ресурс]. URL: https://www.mediasphera.ru/photos//000/007/560/Otorino_2014_02_15_r_2.jpg?145682304 (дата обращения: 12.03.2018).

6. Технические характеристики системы для интраоперационного мониторинга НейроИОМ [Электронный ресурс]. URL: http://neurosoft.com/ru/catalog/view/id/1245 (дата обращения: 07.01.2018).

7. Jun Meng, Lei Wang, Xiao Chen, Tianyu Zhu. Characterization of EEG Under Anesthesia and a comparative Study with BIS. Computer Science and Network Technology (ICCSNT), 2nd International Conference on. - 2012. - p. 62- 65 Dongshi Hotel Ziyou Road 1596, Nanguan District, Changchun Changchun, China

8. Технические характеристики монитора глубины анестезии A-2000 VISTA [Электронный ресурс]. URL:http://www.covidien.com/imageServer.aspx/doc225593.00.pdf?contentID=24263& contenttype=application/pdf (дата обращения: 02.03.2018).

Размещено на Allbest.ru