Perioperative Analgesic Management Using Conventional Versus Regional Nerve Block in Craniotomy Surgeries in Lower Middle-Income Class Countries
Phase: PHASE4
Conditions: Supratentorial Tumors
Sponsor: Aga Khan University

TITLE: 
PERIOPERATIVE 
ANALGESIC 
MANAGEMENT 
USING 
THE 
CONVENTIONAL  VERSUS  REGIONAL  NERVE  BLOCK  IN  CRANIOTOMY 
SURGERIES IN LOWER MIDDLE­INCOME COUNTRIES.  
Principal Investigator:   
Dr Dileep Kumar, Associate Professor, Department of Anaesthesiology, Aga Khan University 
Hospital, Karachi  
Email Address: dileep.kumar@aku.edu  
  
Co­ Investigator:  
 Dr  Aqsa  Rasheed  Memon,  Resident,  Department  of  Anaesthesiology,  Aga  Khan  University 
Hospital, Karachi  
Email Address: aqsa.rasheed@aku.edu  
  
  
Document Date: 
05­04­2024 
  
STATEMENT OF COMPLIANCE:  
This study is in compliance with the Good Clinical Practice (GCP) Guidelines.   
  
Introduction:  
In  craniotomies,  optimal  pain  management  enhances  haemodynamic  stability  by  lowering  the 
intraoperative and postoperative surgical stress response1. According to extensive research over  
55% of patients have moderate to severe postoperative pain in the first 24 hours post 
craniotomy2. Inadequate intraoperative and postoperative pain control is known to cause serious 
short­term and long­term sequelae3, such as cerebral hyperemia, brain swelling4, intracranial 
hemorrhage5, agitation along with risk of development of chronic pain syndrome, with incidence 
as high as 25% according to some literature. There is currently no generally accepted opinion 

regarding which analgesic method is the most suitable for the perioperative pain treatment of 
patients undergoing elective brain tumor surgeries6.  
Nonetheless, opioids continue to be considered the cornerstone for treating moderate to severe 
pain following a craniotomy7. However, the primary clinical concerns with opioids are still their 
side effects, which include nausea, vomiting, and respiratory depression, as well as the possibility 
of over­sedation that might impair neurological assessment and prevent the early diagnosis of 
surgical problems8.  
Apart from the diverse systemic pharmacologic treatment, the century­old scalp nerve block (SNB) 
approach  is  still  employed  and  being  researched  as  an  alternate  option  for  patients  having 
craniotomy procedures9. It has been noted that using SNB before surgical incision lowers the 
likelihood  of  perioperative  arterial  hypertension,  suppresses  the  haemodynamic  reaction  to 
unpleasant stimuli, maintains intraoperative haemodynamics, lowers postoperative pain scores and 
amount of opioid consumption11 and facilitates a quicker and more seamless emergence10.  Thus, 
the aim of our study is to compare the systemic opioids with the pre­incision bilateral scalp nerve 
block  for  the  intraoperative  noxious  stimuli  and  postoperative  pain  management  in  patients 
undergoing craniotomy surgery.  
  
Rationale of Study:  
The scalp nerve block delivers stable intraoperative hemodynamics on various noxious stimuli and 
facilitates  smooth  emergence  along  with  the  better  postoperative  pain  management,  narcotic 
consumption and narcotic side effects like sedation, nausea and vomiting.  
  
Risks and Benefits of Study:  
Participation in this study will aid in determining the efficacy of bilateral scalp block, adding to 
the  body  of  knowledge,  justifying  the  study's  validity  in  the  future,  and  encouraging  safer 
procedures with reduction in narcotic consumption and narcotic side effects like sedation, nausea 
and vomiting.  

Risks of this study include pain, hematoma, swelling of the upper eyelid, local toxicity, intraarterial 
injection and undesired facial nerve block brought about by the methods and procedures of the 
research.   
  
Objectives:   
The primary objective of this research is to evaluate the effectiveness of systemic opioids with 
pre­incision bilateral scalp nerve block for the intraoperative hemodynamic variables (Heart rate, 
Systolic blood pressure, diastolic blood pressure, Mean arterial blood pressure) on various 
noxious stimuli such as on intubation, 3 minutes after intubation, prior to scalp nerve block, 3 
minutes after scalp nerve block, before head pinning, 1 and 3 minutes after head pinning, at 
surgical incision, 3 minutes after skin incision, during bone and periosteum dissection, Dural 
opening, Dural closing, skull bone closure, skin closure in patients undergoing for the 
supratentorial craniotomy. The secondary objective of this research is to evaluate the patients' 
pain, morphine intake, sedation, nausea, and vomiting within the initial 24 hours following 
surgery.  
  
  
Hypothesis:   
The scalp nerve block performed at the pre­incision in craniotomy surgery would attenuate the 
intraoperative noxious stimulatory response and improve the postoperative pain scores, along 
with cutting down the use of opioids and the associated adverse effects.  
  
  
Material & Method:  
Study Design:  
Randomized Control Trial  
Setting:  
The study will be conducted at the main operating room of Aga Khan University Hospital Karachi.  

Duration of Study:   
Three to six months after the approval of synopsis.  
Sampling Technique:  
Non­Probability Consecutive Sampling.  
  
Study Population:  
Inclusion Criteria:  
●  Age 18 years to 75 years,   
●  American  Society  of  Anesthesiologists  class  I­III,  ● Scheduled  for  supratentorial 
craniotomy.   
Exclusion Criteria:  
●  Patient with Glasgow Coma Score (GCS) of less than 15,  
●  Inability to understand the Visual analog scale (VAS)  
●  Allergic to study drugs (Morphine and local anesthetics) ● Patient chronically treated with 
narcotic medications.  
●  History of Liver dysfunction  
  
Data Collection Methodology:  
Once the approval is taken from the Departmental research committee, Ethical review committee 
and  College  of  Physicians  and  surgeon  Pakistan,  and  the  study  participants'  written  informed 
consent. Patients who meet the requirements will be considered for participation and their primary 
surgeon will be informed of such. Patients whose surgeon agrees for their participation will be 
handed over the consent form.  
Consent will be taken from patients willing to participate voluntarily in the ward a day before the 
procedure by the primary investigator or the co­investigator in  a separate room with  minimal 
interruptions in patient’s native language or with the help of translator if any language barrier is 
present. The entire process will be explained in detail with possible adverse events.   

Patients will have the option of accepting or declining the invitation to participate in this study, 
and routine standard practice will not change in case of refusal to participate.  
All patients will be examined, day before surgery and will be explained in detail for the use of 
visual analogue scale (VAS) for pain assessment (A number of 0 indicates no pain, and a score of 
10 indicates the most intense form of pain), to measure the extent of pain. Additionally, the use 
of the patient­controlled analgesia (PCA) system for post­surgical pain management will be 
explained to the patients. No patient will be premedicated with sedatives.   
All study subjects will be divided into two groups: group M (systemic morphine), and group S 
(bilateral scalp nerve block). Once the standard ASA monitors are applied (ECG, NIBP, SPO2), 
the baseline blood pressure and heart rate will be recorded. Using computer­generated simple 
randomisation, patients will be divided into two groups at random in a 1:1 ratio: group S (bilateral 
scalp nerve block), and group M (Systemic Morphine). Anesthesia induction in group S (Scalp  
Nerve Block) will be performed with Propofol 2mg kg­1, fentanyl 1.5­2 μg kg­1, and cisatracurium 
0.15mg kg­1. The group M (Systemic Morphine), anesthesia induction will be performed with 
Propofol 2mg kg­1, morphine 0.1mg kg­1, and cisatracurium 0.15mg kg­1. After intubation in both 
study groups, the arterial waveform monitors and temperature probe will be used and anesthesia 
will be maintained using isoflurane (minimum alveolar concentration, 0.7­1.2), in oxygen and 
nitrous oxide. Cisatracurium infusion initiated at 0.003 mg kg­1 per minute to maintain the muscle 
relaxation throughout surgery and at the end of procedure, it will be reversed with neostigmine 
0.04 mg kg­1and glycopyrrolate 0.006 mg kg­1. Patient will be given intravenous paracetamol 1 
gram at induction along with the dexamethasone 4­8 mg. Routine intravenous ondansetron 4­8 mg 
will be administered 30 minutes prior to end surgery for emesis prophylaxis.   
In Group S (intervention group), the mixture of local anesthetics including the lidocaine 0.1%, 
ropivacaine 0.25%, adrenaline 1:200000, and dexamethasone 4 mg. Both, SNB block drugs 
preparation and SNB block, will be carried out by the primary investigator or the assigned 
anaesthesiologist in the scalp block group after arterial line insertion. The bilateral SNB block 
including the Supraorbital and Supratrochlear nerve will be infiltrated with 2 milliliters (mls) on 
each side. Auriculotemporal nerve will be infiltrated with 3 mls each side. Zygomaticotemporal 
nerve will be infiltrated with 4 mls on each side. Greater auricular nerve will be infiltrated with 3 
mls on each side. Greater occipital and Lesser occipital nerve will be infiltrated with 4 mls on 

each side. In group M, the only pin side infiltrated with 2 mls on each pin with similar drug 
dilution. The surgeon will be allowed to infiltrate the incision line with 1% lidocaine plus 
adrenaline 1:200000 prior to skin incision in both study groups. The study outcome parameters 
including the intraoperative hemodynamic variables (Heart rate (HR), Systolic blood pressure 
(SBP), Diastolic blood pressure (DBP), Mean arterial blood pressure (MAP)), will be measured 
at baseline, on intubation, 3 minutes after intubation, prior to scalp nerve block, 3 minutes after 
scalp nerve block, before head pinning, 1 and 3 minutes after head pinning, at surgical incision, 3 
minutes after skin incision, during bone and periosteum dissection, Dural opening, Dural closing, 
skull bone closure and skin closure. Mean arterial blood pressure and heart rate variations above  
20% of the initial values  will be responded initially by adjusting the maximum isoflurane end tidal 
alveolar concentration up to 1.2%, if still MAP and HR remained greater the fentanyl 0.5 mg kg­1 
bolus will be administrated as rescue analgesic. Both study groups will receive patient control 
analgesia (PCA) pump for 24 hours post surgery. The PCA pump will be initiated in post anesthesia 
care  unit  (PACU),  with  drug  dilution  of  morphine  1mg/ml  in  normal  solution.  PCA  will  be 
configured to provide a 0.5 mg bolus dose on demand, with a 10­minute lockout period and a 24­
hour maximum dose. The visual analogue scale (VAS), which has a score range of 0 to 10 (0 = no 
pain = 10 severe pain), will be used to assess pain at different time interval such as on arrival in 
PACU, 30 minutes, 1, 2, 4, 6, 12, 18, 24 hours. In PACU, the addition to PCA, morphine will be 
supplemented as rescue analgesia to decrease the pain score below 4.  The other parameters such 
as sedation score using on four­point scale (1 = awake and communicative, 2 = asleep, responds 
to normal speech, 3 = asleep, responds to pain, 4 = deeply sedated), and nausea vomiting score 
using the four­point scale (0 = no nausea and vomiting, 1 = mild nausea, 2 = severe nausea with 
retching, 3 = vomiting), will be measure for 24 hours postoperatively. The patient’s study 
parameters will be collected by an independent data collector assigned in the operating room and 
postoperatively by a pain nurse, the data collector and patient will be blinded to the study groups. 
Coding will be used for documentation instead of mentioning the drugs used or intervention done 
to ensure blinding from the data collector.  
  
Sample Size:  
The sample size was calculated using STATA version 14.0 software. A test (two­sided) 
comparing two independent means was used. Considering that the VAS mean±SD for the first 24 

hours following surgery would be 4.1±3.1 for the control group and 1.9±2.6 for the intervention 
group, it was calculated that 28 patients in each group would be needed to reach 80% power at 
the 5% significance level to show a difference of 50% on the VAS[13]. To reduce the impact of 
data loss, we will enroll 31 patients in each group, assuming a 10% dropout rate.  
It was also an estimated sample based on the study [14], the baseline mean±SD of MAP (mm Hg) 
for Group Block was 68.9 ± 4.0 while Group was Morphine 72.2 ± 3.6. with a 10% drop rate, 24 
patients in each group would be required, using a 5% α (level of significance) and 20% β (power 
of test) with a confidence interval of 95%.   
The highest sample size (31 patients per group) was decided to recruit the participants in the study.  
  
Data Analysis Procedure:   
The R software (version 4.2.1, R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria) will be 
used to analyze the data. A comparative analysis will be conducted between Group M (Systemic 
Morphine) and Group S (Intervention) to identify any variations that are statistically relevant. 
The normality assumption for numerical variables, such as age, weight, height, duration of 
surgery and anesthesia, intraoperative hemodynamics and postoperative numerical variables, and 
VAS scoring, etc, will be tested using the Shapiro­Wilk test. For normally (non­normally) 
distributed variables, the mean±standard deviation (median± interquartile range) will be 
computed and will be analyzed between groups using an unpaired independent t­test 
(MannWhitney). Categorical data, such as sex, diagnosis, type of craniotomy, and craniotomy 
incision, will be reported using frequency and percentage and compared using either the Chi­
square or Fisher's exact test. A significance level of P≤0.05 will be used.  
  
Data and Record Handling:  
Data monitoring will be the responsibility of the principal Investigator. The Forms will be checked 
on a regular basis for accuracy, legibility, and completeness. Hard copies of the data will be placed 
under lock and key and soft copies will be password protected.   
All  the  study  data would be discarded as per AKUH’s 7 year data retention policy.  After 
completion of the study results will be shared with patients upon request. Institutional and other 
regulatory bodies will have direct access to source data for monitoring and audit purposes.  

  
Adverse Events:  
Adverse Events are defined as ‘Any untoward medical occurrence in a trial patient to whom a 
research  treatment  or  procedure  has  been  administered,  including  occurrences  which  are  not 
necessarily caused by or related to that treatment or procedure.  
The patients will be monitored for possible scalp block complications such as hematoma, swelling 
of the upper eyelid, local toxicity, and undesired facial nerve block. Any immediate complication 
will be recorded and will be managed according to the standard management protocol in contact 
with the primary investigator or co­investigator.  
Patients will be followed and monitored till the resolution of symptoms and discharge and all 
adverse effects will be reported to the ethical review committee in the progress report.  
  
Serious Adverse Events  
Serious Adverse Events are defined as an untoward event that: Results in death; Is life­threatening; 
Requires  hospitalization  or  prolongation  of  existing  hospitalization;  Results  in  persistent  or 
significant  disability  or  incapacity;  Or  is  otherwise  considered  medically  significant  by  the 
Investigator.  
All SAEs will be reported within 24 hours to the ERC, and hospital management through online 
incident report.  
  
  
Ethical Considerations:  
Written and informed consent will be taken from patient or their legal representative in surgical 
wards before surgery and a copy of the informed consent will be given to the patients. The privacy 
of patients will be ensured by using private and secure settings where the conversation cannot be 
overheard or interrupted. Access to data will be limited to only authorized researchers directly 
involved in the study.   
  
Confidentiality of the patient and data will be maintained by assigning a number for each patient 
data, electronic data will be password protected and data on hard copies will be kept in a lock and 

key.  Any  potentially  identifying  information  will  be  removed  or  altered  from  the  interview 
transcripts during data analysis. All the study data would discarded as per AKUH’s 7 year policy.  
After completion of the study results will be shared with the patients upon their request. Public 
disclosure includes publication of a paper in a scientific journal, abstract submission with a poster 
or oral presentation at a scientific meeting. Institutional and other regulatory bodies will have direct 
access to source data for monitoring and audit purpose.  
  
Reference:   
1.  K. Hamunen, V. Kontinen, E. Hakala, P. Talke, M. Paloheimo, E. Kalso, Effect of pain on 
autonomic  nervous  system  indices  derived  from  photoplethysmography  in  healty 
volunteers, Br. J. Anaesth. 108 (2012) 838–844.   
2.  M.S. Hansen, J. Brennum, F.B. Moltke, et al., Pain treatment after craniotomy: where is 
the (procedure­specific) evidence? A qualitative systematic review, Eur. J. Anaesthesiol. 
28 (2011) 821–829.   
3.  O.K.  Dilmen,  E.F.  Akcil,  Y.  Tunali,  et  al.,  Postoperative  analgesia  for  supratentorial 
craniotomy, Clin. Neurol. Neurosurg. 146 (2016) 90–95.   
4.  A. Gottschalk, M. Yaster, The perioperative management of pain from intracranial surgery, 
Neurocrit. Care 10 (2009) 387–402.   
5.  S. Geze, A.A. Yilmaz, F. Tuzuner, The effect of scalp block and local infiltration on the 
haemodynamic  and  stress  response  to  skull­pin  placement  for  craniotomy,  Eur.  J. 
Anaesthesiol. 26 (2009) 298–303.   
6.  O.K. Dilmen, E.F. Akcil, Y. Tunalı, Intensive care treatment in traumatic brain injury, 
Turk. J. Anaesth. Reanim. 43 (2015) 1–6.   
7.  Piccioni  F,  Fanzio  M.  Management  of  anesthesia  in  awake  craniotomy.  Minerva 
Anesthesiol. 2008;74:393–408.   
8.  Costello TG, Cormack JR. Anesthesia for awake craniotomy: a modern approach. J Clin 
Neurosci. 2004;11:16–19.   
9.  Jayaram K, Srilata M, Kulkarni D, Ramachandran G (2016) Regional anesthesia to scalp 
for craniotomy: innovation with innervations. J Neurosurganesthesiol 28(1):32–37   

10. Vadivelu  N,  Kai  AM,  Tran  D,  Kodumudi  G,  Legler  A,  Ayrian  E  (2016)  Options  for 
perioperative pain management in neurosur­ gery. J Pain Res 9:37–47  
11. Guilfoyle MR, Helmy A, Duane D, Hutchinson PJA (2013) Regional scalp block for post 
craniotomy analgesia: a systematic review and meta­analysis. Anesthesia­analgesia 116(5)   
12. Osborn I, Sebeo J. ‘‘Scalp block’’ during craniotomy: a classic technique  revisited.  J 
Neurosurg Anesthesiol 2010; 22: 187­94.   
13. Nguyen A, Girard F, Boudreault D, et al. Scalp nerve blocks decreases the severity of pain 
following craniotomy. Anesth Analg 2001;93:1272– 6.  
14. Ayoub C, Girard F, Boudreault D, Chouinard P, Ruel M, Moumdjian R. A comparison 
between scalp nerve block and morphine for transitional analgesia after remifentanil­based 
anesthesia in neurosurgery. Anesth Analg. 2006 Nov;103(5):1237­40. doi:  
10.1213/01.ane.0000244319.51957.9f. PMID: 17056961.