Способ оценки состояния церебральной ауторегуляции в режиме реального времени
METHOD FOR ASSESSING THE STATE OF CEREBRAL AUTOREGULATION IN REAL TIME

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.