一种更少侵入性的监测大脑压力的方法

创伤性脑损伤以及脑膜炎等传染病可导致脑肿胀和危险的脑高压。如果不治疗,患者有脑损伤的风险,在某些情况下,过高的压力可能是致命的。

目前测量脑内压力的技术是如此具有侵入性,以至于只能对风险最高的患者进行测量。然而,随着麻省理工学院和波士顿儿童医院的一组研究人员设计出一种侵入性小得多的监测颅内压(ICP)的方法,这种情况可能很快就会改变。

“最终目标是在床边有一个监控中,我们只使用微创或无创实时测量和估算ICP的,”托马斯·黑尔说,w . m .凯克职业发展教授在麻省理工学院生物医学工程研究所的医学工程和科学,电子和生物医学工程的副教授,在麻省理工学院的电子研究实验室首席研究员。

在一项对年龄在2岁到25岁之间的患者进行的研究中,研究人员表示,他们的测量结果几乎与当前的黄金标准技术一样精确,而黄金标准技术要求在颅骨上钻孔。

Heldt是这篇论文的资深作者,发表在8月23日的《神经外科杂志:儿科学》上。麻省理工学院的研究科学家安德里亚·法内利是这项研究的主要作者。

风险升高

正常情况下,ICP为5 – 15毫米汞柱(mmHg)。当大脑受到创伤或炎症引起的肿胀时,压力会超过20毫米汞柱,阻碍血液流入大脑。这可能导致细胞因缺氧而死亡,在严重的情况下,肿胀会压迫脑干(控制呼吸的区域),导致病人失去意识,甚至停止呼吸。

目前测量ICP需要在颅骨上钻一个洞,并将导管插入包含脑脊液的心室空间。这种侵入性手术只适用于重症监护病房中ICP升高风险较高的患者。当病人的大脑压力达到危险的高度时,医生可以通过插入大脑的导管排出脑脊液来帮助缓解。在非常严重的情况下,他们会取出一块头骨,这样大脑就有更多的空间来扩张,一旦肿胀消退,就会进行替换。

十多年前,赫尔特与麻省理工学院(MIT)电气工程学亨利•埃利斯•沃伦(Henry Ellis Warren)教授乔治•韦尔盖塞(George Verghese)以及当时的研究生费萨尔•卡希夫(Faisal Kashif)一道,首次开始研究一种侵入性较小的ICP监测方法。研究人员2012年发表了一篇论文,他们开发了一种方法来估计ICP基于两个测量:动脉血压,这是采取的导管插入病人的手腕,和血液流动的速度进入大脑,由控股超声波探头测量病人的寺庙。

在最初的研究中,研究人员建立了血压、脑血流速度和ICP之间关系的数学模型。他们利用几年前剑桥大学(Cambridge University)创伤性脑损伤患者的数据对该模型进行了测试,结果令人鼓舞。

在他们的新研究中,研究人员想要改进他们用来估计ICP的算法,同时也想要开发从儿童患者中收集他们自己数据的方法。

他们与波士顿儿童医院(Boston Children’s Hospital)小儿神经危重症护理项目主任、新论文作者之一罗伯特·塔斯克(Robert Tasker)合作,为这项研究确定患者,并帮助将这项技术推广到床边。该系统仅在其监护人批准该程序的患者身上进行测试。动脉血压和ICP已经作为患者常规监测的一部分进行测量,因此唯一的额外因素是超声测量。

法内利还设计了一种自动化数据分析的方法,以便只使用信噪比最高的数据段,使ICP的估计更加准确。

他说:“我们建立了一个信号处理管道,能够自动检测我们可以信任的数据段,而不是那些太吵而不能用于ICP估计的数据段。”“我们想要一个完全独立于用户的自动化方法。”

扩大监测

这项新技术产生的ICP估计值平均在侵入性方法测量值的1毫米汞柱以内。塔斯克说:“从临床的角度来看,它完全在我们认为有用的范围之内。”

在这项研究中,研究人员将重点放在严重受伤的患者身上,因为这些患者已经进行了侵入性ICP测量。然而,一种侵入性较低的方法可以使ICP监测扩大到包括脑膜炎、脑炎以及疟疾等疾病的患者,这些疾病都可导致脑肿胀。

“在过去,对于这些情况,我们永远不会考虑ICP监测。目前的研究为我们提供了一种可能性,我们可以把这些其他的病人也包括进来,不仅要确定他们是否患有ICP,而且要确定他们的ICP程度是否达到一定程度。”塔斯克说。

“这些发现非常令人鼓舞,可能会为可靠的、非侵入性的神经危重症治疗开辟道路,”意大利米兰波利利尼科(Policlinico)麻醉和重症监护医学教授尼诺斯托凯蒂(Nino Stocchetti)说,他没有参与这项研究。“正如作者所承认的,这些结果‘表明了一个有希望的途径’,而不是结论性的:额外的工作、改进和更多的病人仍然是必要的。”

研究人员目前正在贝斯以色列女执事医疗中心(Beth Israel Deaconess Medical Center)和波士顿医疗中心(Boston Medical Center)进行另外两项研究,以在更大范围的患者中测试他们的系统,包括那些中风患者。除了帮助医生评估病人,研究人员希望他们的技术也能帮助研究工作,了解更多关于ICP升高如何影响大脑的信息。

Heldt说:“研究颅内压及其与各种情况的关系存在着根本性的限制,这仅仅是因为我们没有一种精确而可靠的方法来非侵入性地测量颅内压。”

研究人员还在研究一种不用插入导管就能测量动脉血压的方法,这将使这项技术更容易部署到任何地方。

Heldt说:“这一估计对儿科医生办公室、眼科医生办公室、救护车、急诊科最有好处,所以你想要一个完全无创的动脉血压测量。”“我们正在努力开发它。”

这项研究由美国国家神经疾病和中风研究所、Maxim集成产品研究所和波士顿儿童医院麻醉科、重症监护和疼痛医学部资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/less-invasive-brain-pressure-0823

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