NIRS Near infrared spectroscopy Karen-Lise Welling Overlæge, Ph.D. Neurointensiv Terapi Afsnit 2093 Neuroanæstesiologisk Klinik Rigshospitalet 13. Marts 2009

NIRS pub med søgning NIRS - 2181 hits NIRS and brain – 740 hits NIRS and circulation – 206 hits NIRS and muscle – 284 hits NIRS and oxygenation – 540 hits NIRS and cerebral oxygenation – 358 hits RH har en ekspert: Professor, overlæge, dr.med. Niels Henry Secher, Abd. Anæstesi Near-infrared oxymetry of the brain. Madsen PL, Secher NK. Prog Neurobiol 1999;58(6):541-560 (reveiw)

NIRS …øh..hvad er det nu? FAST sampling (f(s) > 50 Hz) kontinuerlig sample af SaO2 og SvO2 saturation Hz ?? = antal per sekund (10 Hz = 10 målinger/s) Near-infrared lys – penetrerer nemt biologisk vandfyldt væv Near- infrared spectroskopi – er blot en høj tidsmæssig opløsning af in vivo måling af cerebral oxygenering

NIRS …øh.. ScO2 Iltbindende pigmenter, hæmoglobin og cytochrom C oxidase har veldefinerede absorptionsspektre, som influeres af oxygen-bindingen Analyse af svækkelsen af sådanne spektre = Spectroscopi Analyse af lysabsorptionen ved udvalgte bølgelængder (spectrofotometri) Bruges til at følge oxygenering in vivo

NIRS – kort sagt - reflekterer (Cerebrale) ændringer i Oxygeneret hæmoglobin, HbO2 Deoxygeneneret hæmoglobin, Hb Oxideret cytochrome c (CytO2) Oxygen saturation (ScO2) ……….....på en bedside basis Målingen ved NIRS betegnes ScO2

NIRS reflekterer ScO2 Da 20% af blodet er i arteriolerne Og 5% af blodet er i kapillærerne ..vil 75% af blodet være i venerne Derfor kan man argumentere, at NIRS (ScO2) determinerer lokal SvO2 snarere end vævs iltindhold. ScO2 er da også højere end jugularis SvO2

NIRS - ScO2 Funktionelt, kranielt: NIRS er forskellige absorptionsspektre af oxy- og deoxyhæmoglobin i near-infrared region til at måle ændringer i oxygenering og hæmodynamik i kortikalt væv ….nu har de sidste 5 billeder sagt det samme på forskellig måde…

NIRS - ScO2 ….så hvis de sidste 5 billeder har sagt det samme og I ikke fuldstændig tåger……… Så hvad er det at NIRS er? Hvad måles? Hvor måles? Hvad siger det noget om?

NIRS information og faldgruber Information: Oxygenering og hæmodynamik ILT på Hgb som f.eks påvirkes af ilttilbud (FiO2), hæmoglobinindhold, pH Perfusion – som f.eks påvirkes af hypotension, hypo- og hyperkapni Faldgrube Insufficient lys, optode displacering At sample volume (målevolumen) inkluderer muskel/sene på panden eller slimhinden i frontale sinus (man kan korrigere) Melatonin og vand: Lille bitte betydning Bilirubin: Mindsker systematisk ScO2

Information eller faldgrube? ILT ScO2 Perfusion Hgb, pH, FiO2 Hypotension, hypo- og hyperkapni Adekvat måling ”Tykhovedet” (sample volume) Melatonin, vand Bilirubin Faldgruber

Vævsspectroscopy for O2 F.eks.er en anden, men lignende metode Pulsoxymeter Oprindeligt øreflip Finger

NIRS i klinisk praksis anvendes til vurdering af Systemisk og lokal cerebral cirkulatorisk kompromittering Hjerne Hjerte Muskel

NIRS fysiologisk validering Kontrollerede ændringer i den cerebrale cirkulation (tryk, flow) hos patienter og raske kontroller Relative indflydelse på NIRS af interna og externe carotis arterie (direkte ved kontrol af perfusion og indirekte ved kendte måder at regulere blod flow på) (f.eks. Ballonokklusion) NIRS kun nyttig hvis den reflekterer PaO2 og cerebrovaskulær reaktivitet til blodtryk og CO2

NIRS fysiologisk validering Eksempel på kontrolleret flow af carotis interna og eksterna og andre manipulationer Okklusion af carotis communis ved ydre tryk Okklusion med ballon kateter Temporal muske kontraktioner (mindsker flow i eksterna) Kunstig stigning i CBF (medikamentelt) Kunstig stigning i CO2 eller fald i O2

NIRS - resultat af validering Ventilation: NIRS følger cerebral oxygenering under ventilationsændringer (såvel CO2 som O2) Tryk: NIRS indikerer, når nedre del af autoregulation er nået (f.eks. Tilt studier) og korrelerer kun nogenlunde med SjvO2 Flow: NIRS indikerer hypovolæmisk hypotension før MAP og følger MAP idet ScO” falder 10% for hver 10 mm Hg fald i MAP

NIRS i klinisk praksis Systemisk og lokal cerebral cirkulatorisk kompromittering For eksempel Systemisk arteriel hypotension (abd. Anæstesi) Neonatale (meget brugt, også RH) Lokal cerebral cirkulatorisk kompromittering Kranie traume Kirurgi på cerebrale arterier Orthostase/Excercise (N.H.Sechers forskning) Akut hjertesvigt Kognitive undersøgelser – brain cell activation

NIRS ved carotis kirurgi Kirurgi på arterier til hjernen gør monitorering af den cerebrale vævsoxygenering attraktiv NIRS er en non-invasiv måde Ved afklemning af carotis faldt ScO2fra 72 til 66% i modsætning til en stabil værdi på 71% på den ikke-afklemte side NIRS var mere følsom end kontinuerlig EEG ICA flow – cerebral autoreguleret ECA flow – reguleres af MAP

NIRS ved carotis kirurgi Test ballon okklusion ved hjælp af NIRS Procedure: Ballonkateter og 30 min okklusion (AK heparin dække) Neurologisk vurdering af deficits Ved NIRS ses signifikant fald i ScO2 os patienter uden neurologisk deficit med > 20% asymmetri eller et bilateralt fald i ScO2 Konsekvens: Hos patienter med ændring i ScO2 udførtes en bypass, frem for at ”ofre fødekarret” Armonda RA et al. AANS.org 2001

NIRS ved carotis kirurgi Case Aktuelle patient i seng 1.1. med vertebralis aneurysmet (koldt) Før operation – ballon okkusion i 25 min fulgt af klinisk neurologisk vurdering af N overlæge Efter operationen: Tetraplegi

NIRS og hjernekirurgi Intrakranielle hæmatomer: TBI NIRS viser, at absorptionen over den hemisfære med hæmatom er større – ses før en stigning i ICP, før en neurologisk ændring og før en ændring på CT-C (Gopinath 1995) TBI NIRS (ScO2), TCD, SvO2 - N=38 NIRS relaterer til CPP (N=37). Mens SvO2 kun relaterer til CPP hos N=20 (Kirkpatric, 1995)

NIRS – tromber, kramper m.v. Cerebrale arterielle thromber ScO2 steg efter rekanalisering (intra-arteriel thrombolyse) (Nagashima 1998) Kramper ECT: Fald i ScO2 – afspejler at massiv neuroal aktivering er associeret med begrænset stigning i flow og ScO2 NIRS afspejler EEG ændringer under anfald (Villringer 1994, Steinhoff 1996) Arteriel-cavernøs fistel (1 patient) ScO2 før var eleveret 82%, efter lukning 70% bilateralt

NIRS – SAH vasospasmer NIRS kombineret med TCD x 2 dagligt (anteriore og posteriore cirkulation) N = 115 Interventioner registreres (f.eks. HHH, dræn, angiografisk vasodilatation mv) Korrelation med TCD evidens for vasospasme i 80/87 (91%) patienter Mest nyttig hos tungt sederede patienter Duer ikke ved posterior cirkuations vasospasme (7/87) Kunne ikke måles hos 5/115 Konklusion: NIRS øger sandsynligheden for at identificere vasospasmer Armonda RR A, AANS.org 2001

NIRS – hjerteinsufficiens Defekt cerebral autoregulation er demonstreret ved mange tilstande Kronisk hjerteinsufficiens, diabetes, kronisk leverinsufficiens, meningitis Fokus kun på tryk og blodmetabolitter er af begrænset værdi hos kritisk syge patienter Hjertesygdomme: Ved hypoterm cirkulatorisk arrest reflekterer NIRS neurologisk outcome (>35% ingen neurologisk insult) (Ausman 1993)

NIRS – neonatale NIRS og kontinuerlig EEG (amplitude integreret EEG) …rings a bell..? Kan I huske det besværlige opsamlingrullebord med bærbar PC på og elektroderne på panden? Disse to måder er rutine neurologisk monitorering på neonatal enheder Især børn med hypoxia-iskæmi og børn mistænkt for kramper Især nyttig som trend-monitor hos kritisk syge børn (patent ductus arteriosus, ventilation med høje luftvejstryk, hypoxi-iskæmi, hjertekirurgi) Toet MC & Lemmers PM. Early Hum Dev 2009,85,77-84.

NIRS og SvO2 Er NIRS lige så ”godt” som centralvenøs eller jugularis SvO2? Hos 60 børn – hjertekateterisation- hvor SvO2 og SvjO2 blev målt og sammenlignet med ScO2 kunne hverken trends eller absolutte værdier af ScO2 give et estimat af SvO2 , men kom tættere på centralvenøs end jugularis SvO2 Lav sammenhæng ved TBI, efter hjertestop, under hjertekirurgi Knirsch WW et al. Acta Anaesthesiol Scand 2008,52,1370-4.

NIRS - anbefalinger Carotis kirurgi – og okklusionstest Tilstande med potentiel svær hypovolæmi og samtidig truet cerebral cirkulation SAH? TBI – i hvertfald de, der hyperventilerets (tidligere brugte man SvJO2) Måske ved kramper (når ej EEG) Måske ved thromber (sinusvenethrombose)

PRØV! Og bliv klogere..

Bedre Lav et studie

NIRS – Review’s Ferrari M, Mottola L, Quaresima V. Can J Appl Physiol 2004,29(4);463-487. Pinciples, techniques , and limitations of near infrared spectroscopy. Madsen PL, Secher NK. Near-infrared oxymetry of the brain. Prog Neurobiol 1999:58,541-560.