RU2783673C1 - Способ оценки состояния церебральной ауторегуляции в режиме реального времени - Google Patents
Способ оценки состояния церебральной ауторегуляции в режиме реального времени Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783673C1 RU2783673C1 RU2021131393A RU2021131393A RU2783673C1 RU 2783673 C1 RU2783673 C1 RU 2783673C1 RU 2021131393 A RU2021131393 A RU 2021131393A RU 2021131393 A RU2021131393 A RU 2021131393A RU 2783673 C1 RU2783673 C1 RU 2783673C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- real time
- blood flow
- state
- linear velocity
- arterial pressure
- Prior art date
Links
- 230000003728 cerebral autoregulation Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 230000002269 spontaneous Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims abstract description 11
- 210000003657 Middle Cerebral Artery Anatomy 0.000 claims abstract description 9
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000035812 respiration Effects 0.000 claims description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000002490 cerebral Effects 0.000 description 7
- 230000000004 hemodynamic Effects 0.000 description 6
- 208000000122 Hyperventilation Diseases 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 230000000870 hyperventilation Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910021320 cobalt-lanthanum-strontium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 3
- 230000001771 impaired Effects 0.000 description 3
- 210000001367 Arteries Anatomy 0.000 description 2
- 229920000147 Styrene maleic anhydride Polymers 0.000 description 2
- 238000007917 intracranial administration Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000024883 vasodilation Effects 0.000 description 2
- SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-propanetrioltrinitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCC(O[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZKPWHYZMXOIDC-UHFFFAOYSA-N Acetazolamide Chemical compound CC(=O)NC1=NN=C(S(N)(=O)=O)S1 BZKPWHYZMXOIDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000133 Brain Stem Anatomy 0.000 description 1
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 1
- 208000008208 Craniocerebral Trauma Diseases 0.000 description 1
- 206010019196 Head injury Diseases 0.000 description 1
- 229940014995 Nitroglycerin Drugs 0.000 description 1
- 239000000006 Nitroglycerin Substances 0.000 description 1
- 206010047139 Vasoconstriction Diseases 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000003727 cerebral blood flow Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000003205 diastolic Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229960003711 glyceryl trinitrate Drugs 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000002746 orthostatic Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological Effects 0.000 description 1
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004450 types of analysis Methods 0.000 description 1
- 230000025033 vasoconstriction Effects 0.000 description 1
- 230000001457 vasomotor Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области медицины, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано для оценки состояния церебральной ауторегуляции (ЦА) в режиме реального времени. Проводят непрерывную регистрацию линейной скорости кровотока в средних мозговых артериях и системного артериального давления при спонтанном дыхании. На основании кросс-спектрального анализа медленных спонтанных колебаний линейной скорости кровотока и системного артериального давления в диапазоне волн Майера 50-150 мГц рассчитывают среднее значение гармонических составляющих фазового сдвига (ФС) в режиме реального времени при пороговом значении когерентности ≥ 0.6. При среднем значении ФС ≥ 0.8 радиан состояние ЦА оценивают, как сохранное. Способ обеспечивает неинвазивную оценку ЦА за счет спектрального анализа медленных спонтанных колебаний линейной скорости кровотока и системного артериального давления. 2 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно - к нейрохирургии, и может быть использовано для оценки состояния церебральной ауторегуляции (ЦА) в режиме реального времени.
Внедрение в практику метода транскраниальной допплерографии ознаменовалось разработкой широкого арсенала способов оценки динамической ЦА: фармакологических (нитроглицерина, диакарб), физических (компрессионный, манжетный тесты, проба Вальсальвы, ортостатическая нагрузка, CO2-реактивность), а также на основе анализа спонтанных колебаний параметров системной и церебральной гемодинамики (кросс-спектральный и корреляционный анализы).
Основными ориентирами при разработке современных методов оценки ЦА являются экономическая доступность, неинвазивность, высокие чувствительность и специфичность, а главное быстрота получения информации. Это способствует более широкому внедрению и активному применению вышеописанных методов не только в сфере фундаментальных исследований, но и в клинической практике, непосредственно у постели больного с возможностью длительного непрерывного мониторинга церебральной гемодинамики. Результаты оценки ЦА используются в качестве прогностических и диагностических критериев при различных патологических состояниях. Все большее значение приобретает ЦА-ориентированная терапия (особенно для реанимационных пациентов). Поэтому, в настоящее время кросс-спектральный и корреляционный анализы являются наиболее актуальными, так как могут быть выполнены в режиме реального времени.
Известен способ оценки церебральной ауторегуляции в режиме реального времени с помощью определения индекса «реактивности цереброваскулярного давления» (PRx) - индекс корреляции между системным артериальным давлением (САД) и внутричерепным давлением (ВЧД) (Czosnyka М., Smielewski P., Kirkpatrick P. et al. Continuous assessment of the cerebral vasomotor reactivity in head injury. Neurosurgery. - 1997 - Vol. 41. - P. 11-17). Исследователи пришли к выводу о допустимости оценки ЦА без измерения собственно мозгового кровотока, будь то объемной либо линейной скорости кровотока (ЛСК). Данное допущение основано на том, что процессы вазоконстрикции/вазодилатации, происходящие в сосудах микроциркуляторного русла в ответ на изменения трансмурального давления, находят свое отражение не только в колебаниях ЛСК, но в равной степени и в колебаниях ВЧД. Проводили транскраниальный мониторинг ЛСК в обеих средних мозговых артериях (СМА) в течение от 20 до 120 минут и мониторинг САД, а также регистрация ВЧД с установкой паренхиматозных датчиков. PRx рассчитывался как коэффициент линейной корреляции между усредненным (для 6-секундных периодов) САД и ВЧД из временного окна приблизительно 4 минуты. Отрицательный коэффициент корреляции PRx указывает на нормальную реактивность сосудов микроциркуляторного русла, и, следовательно, нормальное состояние ЦА. При нарушенной реактивности изменения САД в условиях полной вазодилатации сопровождаются пассивными изменениями ВЧД, что проявляется положительным индексом PRx.
Недостатки способа: инвазивность (для оценки ВЧД использовали паренхиматозные датчики); недостоверность метода ввиду ежедневного усреднения случайно выбранных периодов мониторинга; необъективность оценки ЦА (оценивали корреляцию между САД и ВЧД, что напрямую не может отражать состояние ЦА).
Наиболее близкий к заявляемому является способ оценки состояния ЦА в режиме реального времени с помощью корреляционного анализа между спонтанными колебаниями ЛСК в магистральных артериях и САД с расчетом индекса корреляции Пирсона, принятый за прототип. Впервые метод оценки ЦА с применением корреляционного анализа спонтанных колебаний был предложен М. Czosnyka et al. (Czosnyka M., Smielewski P., Kirkpatrick P. et al. Monitoring of cerebral autoregulation in head-injured patients. // Stroke. - 1996. - Vol. 27. - P. 1829-1834). Сущность анализа заключается в том, что для выделения из тренда медленных колебаний производится усреднение значений ЛСК и САД за определенный промежуток времени (4-10 секунд) при общей продолжительности записи от 5 до 10 минут. Для этого в известном способе проводили транскраниальный мониторинг ЛСК в обеих СМА и мониторинг САД. Аналоговые выходы подключали к аналого-цифровому преобразователю, далее полученные цифровые сигналы обрабатывали с помощью программного обеспечения. Рассчитывали скользящий корреляционный индекс между САД и средней ЛСК - Мх, САД и систолической ЛСК - Sx, САД и диастолической ЛСК - Dx. Эти показатели характеризовали степень корреляции между средними значениями САД и ЛСК в магистральных внутричерепных артериях в течение определенного отрезка времени (коэффициент Пирсона был рассчитан для каждых 3 мин периода). Положительный индекс корреляции (более 0.3), так же как и PRx положительный, интерпретировали как показатель нарушенной ЦА. Значения Мх менее 0.3, указывали на отсутствие нарушения ЦА. Проблема стационарности и линейности сигналов, устранения случайных шумов разрешалась путем усреднения по времени исследуемых показателей при условии высокой разрешающей способности регистрирующих приборов и более длительной записи (от 20 минут до нескольких часов) исследуемых показателей.
Недостатки способа:
- необъективность и недостоверность данных индексов в оценке состояния ЦА (данные индексы могут отражать цереброваскулярную реактивность, а не ЦА).
- погрешность метода ввиду ежедневного усреднения случайно выбранных периодов мониторинга, не является репрезентативным для сравнения с результатом или оценкой комы. Этот тип усреднения потенциально ослабляет наблюдаемые корреляции.
Техническим результатом заявляемого изобретения является создание неинвазивного способа оценки состояния ЦА в режиме реального времени, позволяющего в физиологических условиях оценить ее скорость с помощью кросс-спектрального анализа медленноволновых колебаний ЛСК и САД.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе оценки ЦА в режиме реального времени, путем непрерывной регистрации линейной скорости кровотока в средних мозговых артериях и системного артериального давления при спонтанном дыхании, отличающийся тем, что на основании кросс-спектрального анализа медленных спонтанных колебаний линейной скорости кровотока и системного артериального давления в диапазоне волн Майера 50-150 мГц рассчитывают среднее значение гармонических составляющих фазового сдвига (ФС) в режиме реального времени при пороговом значении когерентности ≥ 0.6, и при среднем значении ФС ≥ 0.8 радиан состояние ЦА оценивают, как сохранное.
Оценка ЦА с помощью кросс-спектрального анализа в диапазоне волн Майера 50-150 мГц является более обоснованной, так как отсутствует объединение волновых процессов В- и М-диапазона, которое имеет место при корреляционном анализе. Несмотря на общность локализации пусковых механизмов в стволе головного мозга, каждый из них отражает конкретный физиологический процесс, исследование которого при подобном упрощении становится затруднительным и неполноценным.
Таким образом, состояние ЦА определяют на основании кросс-спектрального анализа медленноволновых колебаний ЛСК и САД с определением среднего ФС. Данный критерий имеет существенные различия с прототипом и, соответственно, высокое практическое значение.
Способ осуществляется следующим образом.
При проведении обследования пациент находится в горизонтальном положении с приподнятым на 30° головным концом в состоянии покоя при сохранении спонтанного дыхания, соответствующее нормокапнии. Проводят одновременный непрерывный мониторинг показателей церебральной и системной гемодинамики. ЛСК в СМА регистрируют билатерально методом транскраниальной допплерографии с помощью многоканальной системы Multi Dop X (DWL, Германия), САД - методом чрезкожной фотоплетизмографии на пальце руки с помощью прибора CNAP (Австрия). Сигналы с первичных преобразователей поступают на аналого-цифровой преобразователь. Далее с него на вход специальной программы, работающей по следующему алгоритму: алгоритм включает в себя Фурье преобразование в диапазоне волн Майера 50 - 150 мГц между спектральными составляющими ЛСК и САД. Анализ сигналов выполняется в пределах фрейма, скользящего вдоль сигналов. Для сигналов, полученных во фрейме, необходимо выделить когерентные составляющие, принадлежащие заданному частотному диапазону, определить коэффициент когерентности и ФС между сигналами и в этом частотном диапазоне. Функцию когерентности и ФС для каждого следующего фрейма получали исходя из соответствующих значений предыдущего фрейма путем удаления характеристик первого окна и добавления характеристик последнего окна нового фрейма. Результатом алгоритма предварительной обработки является двумерная время-частотная функция когерентности сигналов и двумерная время-частотная функция ФС. Система ЦА демпфирует колебания САД в диапазоне волн Майера 50-150 мГц, что проявляется наличием когерентности между колебаниями ЛСК в обеих СМА и САД в данном диапазоне. Определяли ФС между медленными колебаниями ЛСК в СМА и САД в диапазоне волн Майера 50-150 мГц в режиме реального времени при пороговом значении когерентности усредняемых гармонических составляющих ≥ 0.6. Первичный ФС отображался через 2 минуты после проведенного мониторинга в режиме реального времени. Значения ФС ≥ 0.8 рад указывают на сохранную ЦА. При значениях ФС между колебаниями ЛСК в СМА и САД в диапазоне волн Майера < 0.8 рад констатируют нарушение ЦА.
Таким образом, выполняемый в реальном времени время-частотный кросс-спектральный анализ медленноволновых колебаний ЛСК и САД является адекватным неинвазивным методом оценки состояния церебральной гемодинамики и может быть использован для диагностики и прогнозирования нарушений ЦА.
Предлагаемый способ прошел клинические испытания у 20 здоровых добровольцев в возрасте от 24 до 51 года. Проводили мониторинг системной и церебральной гемодинамики. Средние значения ФС по заявляемому способу составили 1.1±0.3 рад.
Приводим клинические примеры.
Клинический пример 1 поясняется иллюстрацией на Фиг. 1.
Пример. Мужчина 24 лет. Жалоб не предъявляет. Согласно заявляемому способу проводили проводили транскраниальный мониторинг ЛСК в обеих СМА и мониторинг САД с помощью фотоплетизмографии при сохранении спонтанного дыхания, соответствующее нормокапнии, в течение 15 минут и при гипервентиляции в течение 3 минут (выделенная зона на Фиг. 1). ЛСК в СМА симметричная: в правой - 70 см/с, в левой - 72 см/с. САД составило 110/70 мм рт.ст. ФС между спонтанными колебаниями ЛСК и САД в диапазоне волн Майера 50-150 м Гц в режиме реального времени на спонтанном дыхании составил 0.9 рад справа и 0.8 рад слева. Следовательно, по данным кросс-спектрального анализа нарушения ЦА выявлено не было. При гипервентиляции отмечено снижение ЛСК в обеих СМА, кратковременное снижение САД и повышение ФС до 1.2 рад справа и 1.1 рад слева (Фиг. 1), что соответствует феномену ЦА.
Таким образом, состояние ЦА согласно заявляемому способу интерпретируется как сохранное.
Клинический пример 2 поясняется иллюстрацией на Фиг. 2.
Пример. Мужчина 50 лет. Жалоб не предъявляет. Согласно заявляемому способу проводили проводили транскраниальный мониторинг ЛСК в обеих СМА и мониторинг САД с помощью фотоплетизмографии при сохранении спонтанного дыхания, соответствующее нормокапнии, в течение 15 минут и при гипервентиляции в течение 3 минут (выделенная зона на Фиг 2.). ЛСК в СМА симметричная: в правой - 58 см/с, в левой - 62 см/с. САД составило 100/70 мм рт.ст. ФС между спонтанными колебаниями ЛСК и САД в диапазоне волн Майера 50-150 мГц в режиме реального времени на спонтанном дыхании составил 0.8 рад справа и 0.8 рад слева. Следовательно, по данным кросс-спектрального анализа нарушения ЦА выявлено не было. При гипервентиляции отмечено снижение ЛСК в обеих СМА, кратковременное снижение САД и повышение ФС до 1.3 рад справа и 1.2 рад слева (Фиг. 2), что соответствует феномену ЦА.
Таким образом, состояние ЦА согласно заявляемому способу интерпретируется как сохранное.
Проведенные исследования указывают на объективность предлагаемого метода (по сравнению с прототипом) оценки ЦА в режиме реального времени. Оценка с помощью кросс-спектрального анализа является более информативной и достоверной. Заявляемый способ оценки ЦА в режиме реального времени позволяет неинвазивно путем мониторинга системной и церебральной гемодинамики существенно повысить эффективность ее объективной оценки, выявить группу пациентов с нарушением ЦА, высоким риском по развитию осложнений и определить тактику лечения данной группы пациентов, в том числе в условиях реанимации.
Claims (1)
- Способ оценки состояния церебральной ауторегуляции (ЦА) в режиме реального времени путем непрерывной регистрации линейной скорости кровотока в средних мозговых артериях и системного артериального давления при спонтанном дыхании, отличающийся тем, что на основании кросс-спектрального анализа медленных спонтанных колебаний линейной скорости кровотока и системного артериального давления в диапазоне волн Майера 50-150 мГц рассчитывают среднее значение гармонических составляющих фазового сдвига (ФС) в режиме реального времени при пороговом значении когерентности ≥ 0.6, и при среднем значении ФС ≥ 0.8 радиан состояние ЦА оценивают, как сохранное.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783673C1 true RU2783673C1 (ru) | 2022-11-15 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011057084A2 (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | Somanetics Corporation | Cerebral autoregulation indices |
| RU2465829C1 (ru) * | 2011-07-26 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГОУ ВПО АГМА Минздравсоцразвития России) | Способ оценки реактивности церебральных сосудов у больных артериальной гипертензией |
| RU2525730C1 (ru) * | 2013-03-15 | 2014-08-20 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт имени профессора А.Л.Поленова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ определения показания к хирургическому лечению нормотензивной гидроцефалии |
| RU2598758C1 (ru) * | 2015-06-10 | 2016-09-27 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Северо-Западный федеральный медицинский исследовательский центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ прогнозирования геморрагических осложнений после выключения церебральной артериовенозной мальформации из кровообращения |
| US20180064364A1 (en) * | 2012-01-19 | 2018-03-08 | Cerebrotech Medical Systems, Inc. | Continuous autoregulation system |
| US11089972B2 (en) * | 2015-04-09 | 2021-08-17 | The General Hospital Corporation | System and method for non-invasively monitoring intracranial pressure |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011057084A2 (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-12 | Somanetics Corporation | Cerebral autoregulation indices |
| RU2465829C1 (ru) * | 2011-07-26 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации (ГОУ ВПО АГМА Минздравсоцразвития России) | Способ оценки реактивности церебральных сосудов у больных артериальной гипертензией |
| US20180064364A1 (en) * | 2012-01-19 | 2018-03-08 | Cerebrotech Medical Systems, Inc. | Continuous autoregulation system |
| RU2525730C1 (ru) * | 2013-03-15 | 2014-08-20 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт имени профессора А.Л.Поленова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ определения показания к хирургическому лечению нормотензивной гидроцефалии |
| US11089972B2 (en) * | 2015-04-09 | 2021-08-17 | The General Hospital Corporation | System and method for non-invasively monitoring intracranial pressure |
| RU2598758C1 (ru) * | 2015-06-10 | 2016-09-27 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Северо-Западный федеральный медицинский исследовательский центр" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ прогнозирования геморрагических осложнений после выключения церебральной артериовенозной мальформации из кровообращения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bellner et al. | Transcranial Doppler sonography pulsatility index (PI) reflects intracranial pressure (ICP) | |
| US8187196B2 (en) | System for determining endothelial dependent vasoactivity | |
| US20030093002A1 (en) | Function indicator for autonomic nervous system based on phonocardiogram | |
| Lewinsky et al. | Autonomic imbalance in preeclampsia: evidence for increased sympathetic tone in response to the supine-pressor test | |
| WO2005069740A2 (en) | Method and system for cardiovascular system diagnosis | |
| JPH11347004A (ja) | 身体に挿入しない血圧の測定方法および装置、および不整脈の検出方法および装置 | |
| CN107411778B (zh) | 一种末梢血管血流调节功能的无创检测系统 | |
| Liu et al. | High spontaneous fluctuation in arterial blood pressure improves the assessment of cerebral autoregulation | |
| Smielewski et al. | Computerised transient hyperaemic response test—a method for the assessment of cerebral autoregulation | |
| US9177400B2 (en) | Program, medium, and device for determining vascular disease | |
| US20200229774A1 (en) | Method to Quantify Hypertension, Aging Status and Vascular Properties in Vivo from Arterial Optical Plethysmograph Waveform Measurements | |
| Zöllei et al. | Measures of cardiovascular autonomic regulation derived from spontaneous methods and the Valsalva maneuver | |
| RU2783673C1 (ru) | Способ оценки состояния церебральной ауторегуляции в режиме реального времени | |
| Lewis et al. | Phase shift and correlation coefficient measurement of cerebral autoregulation during deep breathing in traumatic brain injury (TBI) | |
| KR102035731B1 (ko) | 광용적맥파를 이용한 통증심도 측정 방법 및 장치 | |
| Steinmeier et al. | Continuous cerebral autoregulation monitoring by cross-correlation analysis | |
| Benitez et al. | Virtual instrumentation for clinical assessment of cardiovascular and autonomic function | |
| UA145374U (uk) | Спосіб раннього виявлення, прогнозування та оцінки ефективності лікування захворювань серцево-судинної, нервової та легеневої систем | |
| Fu et al. | Age-related changes in cerebral hemodynamics and their correlations with cardiac autonomic functions | |
| RU2582764C1 (ru) | Способ диагностики склонности к ангиоспазму периферического сосудистого русла | |
| Brasil et al. | Improved Transcranial Doppler Waveform Analysis for Intracranial Hypertension Assessment in Patients with Traumatic Brain Injury | |
| Kato et al. | Noninvasive simultaneous measurement of blood pressure and blood flow velocity for hemodynamic analysis | |
| RU2372838C1 (ru) | Способ определения внутричерепного давления по ефимову а.п. | |
| Abdel-Galeel et al. | Comparison between central and automated peripheral blood pressure measurement for early detection of kidney dysfunction in hypertensive patients | |
| RU2195860C2 (ru) | Способ оценки ауторегуляции мозгового кровообращения |