Aivosähkökäyriin perustuvien toiminnallisen kytkennällisyyden mittarien soveltuvuus sedaation syvyyden ilmaisemiseen

Abstract

Sedaatiolla tarkoitetaan anestesian eli keinotekoisen tiedottomuuteen vaivuttamisen kevyempää muotoa eli vähentyneen tietoisuuden tilaa. Anestesian ja sedaation syvyyden mahdollisimman tarkka ja luotettava ilmaiseminen lääketieteellisen toimenpiteen aikana on tärkeää, jotta potilas pysyisi koko toimenpiteen ajan oikeassa tilassa ja palautuisi toimenpiteestä mahdollisimman hyvin ja nopeasti. Anestesian syvyyttä pyritään ilmaisemaan aivosähkökäyristä mitattavan toiminnallisen kytkennällisyyden avulla.

Toiminnallisen kytkennällisyyden mittareita on laaja joukko. Tässä tutkimuksessa vertaillaan kuuden mittarin soveltuvuutta sedaation syvyyden ilmaisemiseen. Mukana olevat mittarit jakautuvat kahteen luokkaan. Informaatioteoreettisia mittareita ovat normalisoitu symbolinen siirtoentropia, standardoitu permutaatioiden yhteinen informaatio ja vaihejättöentropia. Klassiseen signaalianalyysiin perustuvia mittareita ovat painotettu vaihejättöindeksi, vaihe-amplitudikytkentä ja amplitudien verhokäyrien korrelaatio.

Tutkimuksessa käytetty aineisto pitää sisällään tiedon, että anesteettisen aineen määrä veressä ei aina korreloi tietoisuuden tilan kanssa. Normalisoitu symbolinen siirtoentropia ja amplitudien verhokäyrien korrelaatio ilmaisevat selkeästi anesteettisen aineen määrää veressä, mutta eivät kerro todellisesta tietoisuuden tilasta. Standardoitu permutaatioiden yhteinen informaatio ja etenkin painotettu vaihejättöentropia ilmaisevat varsin selkeästi todellista tietoisuuden tilaa sedaation aikana.

Tulokset kertovat, että on mahdollista, että mittari, joka näyttäisi mittaavan keskimääräisen henkilön tietoisuuden tilaa hyvin, ei todellisuudessa erotakaan veressä olevan anesteettisen aineen määrää todellisesta tietoisuuden tilasta. Painotetun vaihejättöindeksin on kirjallisuudessa todettu ilmaisevan heikosti anestesian syvyyttä. Näin ollen tämän tutkimuksen tulokset kertovat, että anestesian syvyyden ilmaisemisessa heikosti toimiva mittari voikin ilmaista sedaation syvyyttä varsin hyvin.

Sedation means the state of reduced consciousness and is the lighter form of anaesthesia, that means artificially getting the target into the state of unconsciousness. Indicating the depth of anaesthesia and sedation as accurately and reliably as possible during a medical operation is important, so that the patient stays in the intended state during the whole operation and recovers from the operation as well and soon as possible. The endeavour is to indicate the depth of anaesthesia from the electroencephalogram with functional connectivity measures.

There exists a large variety of functional connectivity measures. In this study, the applicability of six measures for indicating the depth of sedation is compared. The measures compared can be divided into two classes. Information theoretic measures are normalized symbolic transfer entropy, standardized permutation mutual information, and phase lag entropy. Measures based on classic signal analysis are weighted phase lag index, phase-amplitude coupling, and amplitude envelope correlation.

The data set used in the study contains the information that the amount of anaesthetic agent in the blood does not always correlate with the state of consciousness. Normalized symbolic transfer entropy and amplitude envelope correlation indicate clearly the amount of anaesthetic agent in the blood, but do not indicate the actual state of consciousness. Standardized permutation mutual information and especially weighted phase lag index indicate quite clearly the actual state of consciousness during sedation.

The results tell that it is possible that a measure that seems to measure the state of consciousness of an average person well, is not actually able to differentiate the amount of anaesthetic agent in the blood from the actual state of consciousness. Weighted phase lag index has been noticed in the literature to indicate poorly the depth of anaesthesia. Therefore, the results of this study tell, that a measure that indicates the depth of anaesthesia poorly might indicate the depth of sedation quite well.