急性低酸素症を受けたボランティアにおける非侵襲的な脳内酸素濃度計の評価

Assessment of a Non Invasive Brain Oximeter in Volunteers Undergoing Acute Hypoxia.

• Barry Dixon
• David B MacLeod

抄録

序論:

外傷性脳損傷の研究では、脳低酸素症のエピソードを検出して修正するために侵襲的酸素モニタリングを使用すると、患者の転帰が改善されることが示唆されている。しかし、侵襲的な脳内酸素モニタリングは、リスクやコスト、技術的な課題があるため、日常的には行われていません。私たちは、これらの限界に対処するために、非侵襲的な脳酸素濃度計を開発しています。この装置は、パルスオキシメトリの原理を利用して、脳の光電図波形と酸素飽和度を記録するものです。私たちは、この新しいモニターを評価するために、ボランティアを対象とした研究を実施しました。

Introduction: Research in traumatic brain injury suggests better patient outcomes when invasive oxygen monitoring is used to detect and correct episodes of brain hypoxia. Invasive brain oxygen monitoring is, however, not routinely used due to the risks, costs and technical challengers. We are developing a non-invasive brain oximeter to address these limitations. The monitor uses the principles of pulse oximetry to record a brain photoplethysmographic waveform and oxygen saturations. We undertook a study in volunteers to assess the new monitor.

患者と方法:

我々は、動脈飽和度が70％に達するまでの進行性低酸素状態を受けた6人のボランティアの脳と皮膚の酸素飽和度の時間的変化を比較した。このアプローチは、低酸素を補うための脳血流の自動調節により、脳と皮膚の酸素飽和度の反応が異なることから、皮膚の酸素濃度による脳信号の汚染の可能性を識別する方法を提供するものである。皮膚酸素濃度の評価には、従来のパルスオキシメトリを用いた。また、内頸静脈から血液を採取し、脳内酸素濃度計の酸素濃度と相関させた。

Patients and Methods: We compared the temporal changes in the brain and skin oxygen saturations in six volunteers undergoing progressive hypoxia to reach arterial saturations of 70%. This approach provides a method to discriminate potential contamination of the brain signal by skin oxygen levels, as the responses in brain and skin oxygen saturations are distinct due to the auto-regulation of cerebral blood flow to compensate for hypoxia. Conventional pulse oximetry was used to assess skin oxygen levels. Blood was also collected from the internal jugular vein and correlated with the brain oximeter oxygen levels.

結果:

ベースライン時には，5人の被験者で脳から予想される光電図波形が得られていたが，3人の被験者では十分な酸素飽和度が得られていた．この信号は3人の被験者で酸素飽和度を評価するのに十分なものであった。低酸素状態では，脳の酸素飽和度は74％に低下したが，皮膚の酸素飽和度は50％に低下した（P<0.0001）．脳の光電図波形には7Hz程度の高周波振動が見られたが、皮膚では低酸素時には見られなかった。脳酸素濃度計と近位内頸静脈酸素濃度との間には弱い相関が認められ，R=0.24，=0.01であった．

Results: At baseline, a photoplethysmographic waveform consistent with that expected from the brain was obtained in five subjects. The signal was adequate to assess oxygen saturations in three subjects. During hypoxia, the brain's oximeter oxygen saturation fell to 74%, while skin saturation fell to 50% (P<0.0001). The brain photoplethysmographic waveform developed a high-frequency oscillation of ~7 Hz, which was not present in the skin during hypoxia. A weak correlation between the brain oximeter and proximal internal jugular vein oxygen levels was demonstrated, R=0.24, =0.01.

まとめ:

脳オキシメータの酸素飽和度は皮膚と比較して低酸素状態の時には比較的良好に保たれていた。これらの所見は予想される生理学的反応と一致しており、皮膚の酸素濃度が脳のオキシメータ信号を著しく汚染していないことを示唆している。

Conclusion: Brain oximeter oxygen saturations were relatively well preserved compared to the skin during hypoxia. These findings are consistent with the expected physiological responses and suggest skin oxygen levels did not markedly contaminate the brain oximeter signal.

© 2020 Dixon and MacLeod.