COHmax: 動的脳自己調節の推定におけるコヒーレンスを最大化するアルゴリズム

COHmax: an algorithm to maximise coherence in estimates of dynamic cerebral autoregulation.

• Ronney B Panerai
• Kannakorn Intharakham
• Jatinder Singh Minhas
• Osian Llwyd
• Angela S M Salinet
• Emmanuel Katsogridakis
• Paola Maggio
• Thompson G Robinson

抄録

目的:

動脈血圧(BP)の自然変動の伝達関数分析(TFA)を用いて得られる動的脳自己調節(dCA)パラメータの信頼性は、コヒーレンス関数の統計的に有意な値を必要とする。新しいアルゴリズム(COHmax)は、データのサブセグメントを自動で選択的に除去することにより、コヒーレンスの値を増加させるために提案されています。

OBJECTIVE: The reliability of dynamic cerebral autoregulation (dCA) parameters, obtained with transfer function analysis (TFA) of spontaneous fluctuations in arterial blood pressure (BP), require statistically significant values of the coherence function. A new algorithm (COHmax) is proposed to increase values of coherence by means of the automated, selective removal of sub-segments of data.

手法:

健康な被験者をベースライン（ノルマカプニア）と5%のCO2呼吸中（ハイパーカプニア）に調査した。血圧（Finapres）、脳血流速度（CBFV、経頭蓋ドップラー）、潮汐末CO2（EtCO2、カプノグラフィー）、心拍数（心電図）を各条件で5分間連続的に記録した。ＴＦＡは、持続時間（ＳＥＧＤ）１００、５０または２５秒のデータのサブセグメントを用いて行い、ＢＰの段階的変化に対するＣＢＦＶ応答から自己調節指数（ＡＲＩ）を求めた。曲線下面積（AUC）は、ハイパーカプニアに起因するdCAの変化の検出のための受信機動作特性（ROC）曲線から得た。

APPROACH: Healthy subjects were studied at baseline (normocapnia) and during 5% breathing of CO2 (hypercapnia). BP (Finapres), cerebral blood flow velocity (CBFV, transcranial Doppler), end-tidal CO2 (EtCO2, capnography) and heart rate (ECG) were recorded continuously during 5 min in each condition. TFA was performed with sub-segments of data of duration (SEGD) 100, 50 or 25 s and the autoregulation index (ARI) was obtained from the CBFV response to a step change in BP. The area-under-the curve (AUC) was obtained from the receiver-operating characteristic (ROC) curve for the detection of changes in dCA resulting from hypercapnia.

主な結果:

120名の健康な被験者（男性69名、年齢範囲20～77歳）において、CO2呼吸は平均EtCO2とCBFVを変化させるのに有効であった（p<0.001）。SEGD=100秒でARIは5.8±1.4（正常カプニア）から4.0±1.7（ハイパーカプニア、p<0.0001）に変化したが、SEGD=50秒、25秒でも同様の差があった。SEGDの値にもよるが、正常カプニアでは15.8～18.3％のARI推定値がコヒーレンス不良により棄却され、ハイパーカプニアでは8.3～13.3％であった。コヒーレンスを増加させると、正常カプニアでは36.4％～63.2％、ハイパーカプニアでは50.0％～83.0％（p<0.005）のARI推定値が回復した。SEGD=100秒の場合、ROC AUCはアルゴリズムの影響を受けなかったが、SEGD=50秒や25秒の場合には対応する値よりも優れていた。

MAIN RESULTS: In 120 healthy subjects (69 male, age range 20-77 years), CO2 breathing was effective in changing mean EtCO2 and CBFV (p<0.001). For SEGD=100 s, ARI changed from 5.8 ± 1.4 (normocapnia) to 4.0 ± 1.7 (hypercapnia, p<0.0001), with similar differences for SEGD=50 or 25 s. Depending on the value of SEGD, in normocapnia, 15.8% to 18.3% of ARI estimates were rejected due to poor coherence, with corresponding rates of 8.3% to 13.3% in hypercapnia. With increasing coherence, 36.4% to 63.2% of these could be recovered in normocapnia (p<0.001) and 50.0% to 83.0% in hypercapnia (p<0.005). For SEGD=100 s, ROC AUC was not influenced by the algorithm, but it was superior to corresponding values for SEGD = 50 or 25 s.

シグニフィカンス:

COHmaxは、自己調節機能の障害を検出する能力のバイアスや劣化を導入することなく、dCAパラメータのTFA推定値の収量を改善する可能性があります。異なる脳血管状態の患者におけるアルゴリズムの挙動を評価するためには、さらなる研究が必要である。

SIGNIFICANCE: COHmax has the potential to improve the yield of TFA estimates of dCA parameters, without introducing a bias or deterioration of their ability to detect impairment of autoregulation. Further studies are needed to assess the behaviour of the algorithm in patients with different cerebrovascular conditions.

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