Eeg kuantitatif pada bayi berisiko untuk ensefalopati iskemik hipoksik setelah asfiksia perinatal | jurnal perinatologi

Eeg kuantitatif pada bayi berisiko untuk ensefalopati iskemik hipoksik setelah asfiksia perinatal | jurnal perinatologi

Anonim

Abstrak

Objektif:

Untuk mengevaluasi indeks berbasis elektroensefalografi (EEG), Indeks Kesehatan Serebral pada bayi (CHI / b), untuk identifikasi neonatus dengan skor Sarnat tinggi dan EEG abnormal sebagai penanda hipoksik iskemik ensefalopati (HIE) setelah asfiksia perinatal.

Desain Studi:

Ini adalah studi retrospektif menggunakan 30 menit data EEG yang dikumpulkan dari 20 neonatus term dengan HIE dan 20 neonatus normal secara neurologis. Diagnosis HIE dibuat atas dasar klinis berdasarkan riwayat dan temuan pemeriksaan. Skor Sarnat klinis yang dimodifikasi maksimum digunakan untuk menilai tingkat keparahan HIE dalam waktu 72 jam kehidupan. Semua neonatus menjalani pemantauan EEG 2-saluran di samping tempat tidur. Seorang electroencephalographer terlatih yang buta terhadap data klinis secara visual mengklasifikasikan setiap EEG sebagai normal, ringan atau sangat abnormal. CHI / b dilatih menggunakan data dari Saluran 1 dan diuji pada Saluran 2.

Hasil:

CHI / b membedakan antara HIE dan kontrol ( P <0, 02) dan di antara tiga kategori EEG yang ditafsirkan secara visual ( P <0, 0002). Ini menunjukkan sensitivitas 82, 4% dan spesifisitas 100% dalam mendeteksi tingkat tinggi ensefalopati neonatal (Sarnat 2 dan 3), dengan area di bawah kurva karakteristik operator penerima (ROC) 0, 912. CHI / b juga mengidentifikasi perbedaan antara kelompok EEG normal vs agak abnormal ( P <0, 005), ringan vs sangat abnormal ( P <0, 01) dan kelompok EEG normal vs berat ( P <0, 002). Analisis kurva ROC menunjukkan bahwa kemampuan optimal CHI / b untuk membedakan hasil yang buruk adalah 89, 7% (sensitivitas: 87, 5%; spesifisitas: 82, 4%).

Kesimpulan:

CHI / b mengidentifikasi neonatus dengan skor Sarnat tinggi dan EEG abnormal. Hasil ini mendukung potensinya sebagai indikator objektif cedera neurologis pada bayi dengan HIE.

pengantar

Asfiksia perinatal terjadi pada 3 per 1000 bayi baru lahir jangka panjang, dan bertanggung jawab atas 19% dari 5 juta kematian neonatal per tahun di seluruh dunia. 1 Cedera terjadi terutama di sistem saraf pusat, yang mengakibatkan ensefalopati hipoksik iskemik (HIE), yang bertanggung jawab atas sebagian besar defisit neurologis non-progresif pada anak-anak. 1, 2, 3

Meskipun manajemen saat ini terbatas pada terapi suportif, beberapa strategi untuk meminimalkan morbiditas pasca-asfiksia sedang diselidiki. 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Hipotermia telah diselidiki dalam uji coba terkontrol secara acak dengan manfaat neuroprotektif yang jelas pada bayi cukup bulan dengan HIE. Agar efektif, hipotermia harus dimulai dalam waktu maksimal 6 jam setelah lahir, dengan inisiasi sebelumnya dikaitkan dengan hasil yang lebih baik. 6, 11, 12, 13

Namun, evaluasi awal status neurologis bayi dan respons yang berkembang terhadap HIE tetap menjadi tantangan di samping tempat tidur. Sampai saat ini, bedside electroencephalography (EEG), khususnya sistem EEG (aEEG) yang terintegrasi dengan amplitudo, telah digunakan dengan sensitivitas dan spesifisitas yang baik dalam prediksi bayi dengan kelainan perkembangan saraf di kemudian hari. 14, 15 Namun, dokter masih menemukan bahwa pelatihan dalam interpretasi aEEG agak menantang.

Dengan demikian, 'skor' terpadu untuk kesehatan otak menggunakan beberapa komponen EEG dicari. Kami menyebutnya indeks berbasis EEG multiparametrik ini, indeks kesehatan otak pada bayi (CHI / b). Indeks ini menggabungkan aspek spektral, probabilistik dan temporal dari EEG mentah ke dalam satu ukuran tunggal. Aspek-aspek EEG ini mencakup fitur-fitur yang digunakan secara konvensional seperti spektrum daya dan frekuensi tepi spektral, dan fitur-fitur baru, termasuk entropi, volatilitas, dan entropi spektral sub-band. Setiap fitur dalam set fitur multiparametrik akhir secara khusus dipilih untuk sesuai dengan perubahan spektral atau temporal pada EEG, yang pada gilirannya dikaitkan dengan tingkat cedera otak. Jadi, walaupun satu fitur mungkin tidak terlalu efektif secara independen dalam kuantifikasi cedera otak iskemik, CHI / b mengacu pada kekuatan masing-masing fitur individu dan menggabungkannya ke dalam algoritma yang kuat untuk mengidentifikasi cedera otak.

Dalam penelitian ini, kami membandingkan skor CHI / b, yang berasal dari EEG kuantitatif, dengan dua ukuran klinis keparahan HIE pada neonatus, skor Sarnat dan EEG yang ditafsirkan secara visual (normal, agak abnormal dan sangat abnormal). Kami berhipotesis bahwa skor CHI / b dikaitkan dengan masing-masing tindakan klinis ini.

Metode

CHI / b dievaluasi menggunakan set data EEG mentah retrospektif dari 20 neonatus dengan HIE setelah asfiksia perinatal dan 20 kontrol jangka sehat. Data diperoleh dari Instrumen BrainZ (Auckland, Selandia Baru), dan dikumpulkan di bawah dewan peninjau kelembagaan yang sesuai dan pedoman penelitian subyek manusia.

Protokol klinis

Semua bayi yang baru lahir menjalani pemantauan EEG di samping tempat tidur dengan monitor 2 saluran monitor BRM2 BrainZ Instruments (Saluran 1 (kiri) C 3- O 1 dan Saluran 2 (kanan) C 4- O 2 ). Diagnosis HIE dibuat secara klinis oleh dokter yang hadir, dan didasarkan pada adanya tekanan perinatal, berkurangnya pergerakan janin, kelainan kardiotokografi, asidosis janin, pewarnaan mekonium dari cairan ketuban, skor Apgar yang rendah dan perlunya resusitasi neonatal. Tahap ensefalopati dinilai untuk semua neonatus dengan HIE menggunakan klasifikasi klinis Sarnat yang dimodifikasi maksimal dalam 72 jam kehidupan. Neonatus dengan HIE tahap 1 menunjukkan hiperalertness, hiper-refleksia, takikardia, gelisah, dan pupil melebar. Neonatus dengan stadium 2 HIE lesu, dengan bradikardia, hipotonia, pupil yang menyempit, mengisap lemah, respons Moro buruk, dan kejang. Neonatus dengan HIE tahap 3 menunjukkan keadaan pingsan, lembek, hipotonia, hiper-refleksia, dan tidak ada isapan, muntah dan refleks Moro, depresi pernapasan sentral dengan kebutuhan untuk ventilasi mekanis, dan kejang.

Persiapan langkah-langkah hasil untuk kalibrasi CHI / b

Skor Sarnat

Skala dari 0 hingga 1 digunakan, dengan asumsi hubungan linier antara skor Sarnat dan CHI / b. Untuk memasukkan kontrol dalam proses pelatihan, mereka diberi skor CHI / b 1, 0; Sarnat 1 diberi skor 0, 75; Sarnat 2 ditugaskan 0, 5; dan Sarnat 3 ditugaskan 0, 25.

Grading visual EEG

Seluruh catatan EEG 30 menit dari neonatus yang terdaftar dalam penelitian ini dinilai secara visual oleh seorang ahli electroencephalographer terlatih yang tidak mengetahui status klinis bayi. Electroencephalographer mengklasifikasikan EEG menjadi salah satu dari tiga kategori (normal, kelainan ringan atau kelainan parah) berdasarkan pola latar belakang EEG. Fitur-fitur berikut dari EEG dianggap untuk mengklasifikasikan EEG:

  • Normal: latar belakang normal ± paku interiktal frekuensi rendah (CHI / b = 1.0)

  • Abnormalitas ringan: aktivitas latar belakang diskontinyu yang berlangsung> 2 menit, ep3 zaman 10-detik dengan lonjakan interiktal frekuensi tinggi, lonjakan lonjakan berulang yang berlangsung antara 1 dan 9, 9 detik (CHI / b = 0, 5)

  • Abnormalitas berat: adanya kejang atau> 2 menit terus-menerus pola tegangan rendah atau penindasan meledak (CHI / b = 0, 0).

Pelatihan CHI / b

Dari rekaman EEG 30 menit, segmen berkelanjutan 10 menit dari data EEG mentah dari Saluran 1 dipilih untuk setiap neonatus dalam HIE dan kelompok kontrol. Segmen ini dipilih untuk sebebas mungkin dari artefak untuk meminimalkan efeknya pada proses pelatihan. Selain itu, segmen dipilih untuk bebas dari semua kejang yang diakui. Setiap segmen dibagi menjadi windows 4-s dan set fitur multiparametrik dihitung untuk setiap jendela. Set fitur dari setiap neonatus kemudian dikorelasikan dengan skala hasil yang diketahui (baik Sarnat atau EEG yang ditafsirkan secara visual, seperti dijelaskan di atas) dan matriks pembobotan dihitung dengan pendekatan linear kuadrat terkecil. Rekaman saluran 1 membentuk database pelatihan dan digunakan untuk menetapkan koefisien dasar untuk fitur CHI / b. Pelatihan diselesaikan menggunakan skor Sarnat dan kemudian menggunakan interpretasi visual dari EEG.

Pengujian CHI / b

Saluran 2 digunakan untuk database uji. Basis data uji dinilai secara independen oleh ahli electroencephalographer dan tidak digunakan dalam proses pelatihan. Dengan demikian, data uji tidak diketahui dengan matriks CHI / b dan dapat diperlakukan sebagai validasi silang untuk efektivitasnya.

Nilai CHI / b dihitung untuk seluruh segmen 30 menit untuk setiap neonatus. CHI / b dihitung pada pemindahan windows 4-s dengan overlap 2 s, menghasilkan beberapa smoothing dari output. Nilai CHI / b keseluruhan untuk setiap neonatus dihitung sebagai rata-rata semua jendela 4-s pada panjang rekaman.

Metode statistik

Karena ukuran sampel kami kecil, analisis varian satu arah Kruskal-Wallis digunakan untuk menguji apakah CHI / b berbeda antar kelompok. Ini diikuti dengan uji dua sisi Mann-Whitney U. Selanjutnya, analisis kurva penerima operator karakteristik (ROC) dilakukan untuk menguji efektivitas CHI / b sebagai penggolong cedera otak. Semua analisis statistik dilakukan dengan asumsi tingkat signifikansi ( α ) 0, 05.

Hasil

Distribusi skor Sarnat yang dimodifikasi di antara 20 neonatus dengan HIE adalah stadium 1 HIE ( n = 3); tahap 2 HIE ( n = 8); dan tahap 3 HIE ( n = 9). Usia kehamilan rata-rata (+ sd) untuk semua neonatus adalah 38, 85 (± 1, 63) minggu.

CHI / b dan Sarnat

Gambar 1 menunjukkan plot kotak CHI / b terhadap klasifikasi Sarnat untuk set data pengujian. Seperti yang terlihat, neonatus dengan klasifikasi Sarnat 1 adalah yang paling sedikit terluka secara klinis dan tidak dapat dibedakan dari kelompok kontrol. Namun, CHI / b mampu membedakan antara kontrol normal dan skor klinis abnormal (bayi dengan klasifikasi Sarnat 2 atau 3). CHI / b memiliki rata-rata yang lebih tinggi pada neonatus normal neurologis dibandingkan dengan mereka yang dengan HIE ( P <0, 02). Analisis statistik lebih lanjut dari set data ini dilakukan dengan menggunakan analisis varian satu arah Kruskal-Wallis. Tes Kruskal-Wallis mensyaratkan bahwa setiap kelompok sampel memiliki minimal lima kasus. Karena Sarnat 1 memiliki ukuran sampel yang lebih kecil ( n = 3), kelompok ini dieliminasi dari analisis lebih lanjut. Uji Kruskal-Wallis menunjukkan bahwa rata-rata (CHI / b) dari tiga kelompok (Sarnat 2, 3 dan kontrol) tidak sama dengan P <0, 02. Untuk menentukan perbedaan rata-rata di antara ketiga kelompok, uji dua sisi Mann-Whitney U dilakukan. Uji Mann-Whitney U juga menunjukkan bahwa ada perbedaan yang signifikan secara statistik antara skor CHI / b kontrol vs Sarnat 2 ( P <0, 001) dan kontrol vs Sarnat 3 ( P <0, 005). Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam nilai rata-rata CHI / b dari Sarnat 2 vs Sarnat 3.

Image

Indeks Kesehatan Serebral untuk bayi (CHI / b) terhadap klasifikasi Sarnat dan kontrol normal. Skor Sarnat 1 dianggap sebagai hasil yang baik dan Sarnat 2 dan Sarnat 3 dianggap sebagai hasil yang buruk. CHI / b mampu membedakan antara skor normal dan skor hasil buruk 2 dan 3 digabungkan, tetapi skor Sarnat 1 tidak dapat dibedakan dari kontrol normal. Srn, Sarnat.

Gambar ukuran penuh

Analisis kurva karakteristik operator penerima dilakukan untuk set data pengujian yang menunjukkan sensitivitas dan spesifisitas untuk membedakan antara kasus-kasus normal dan skor klinis abnormal (didefinisikan sebagai Sarnat 2 dan 3) (Gambar 2). Area di bawah kurva, yang mewakili kemampuan diskriminatif CHI / b, adalah 91, 2%. Nilai CHI / b dari 0, 605 memberikan cutoff optimal untuk identifikasi cedera otak. Nilai CHI / b <0, 605 akan mewakili skor Sarnat yang buruk dan sebaliknya. Dengan ambang ini, CHI / b memiliki sensitivitas dan spesifisitas keseluruhan 82, 4 dan 100% untuk membedakan skor normal dari skor Sarnat yang abnormal.

Image

Indeks Kesehatan Serebral untuk bayi (CHI / b) untuk identifikasi hasil buruk yang dicatat oleh skor Sarnat 2 dan 3. Kurva karakteristik operator penerima menunjukkan kemanjuran CHI / b dalam mendeteksi hasil Sarnat yang buruk adalah 91, 2% (area di bawah kurva ( AUC) = 0, 912). Dengan ambang CHI / b 0, 605, kami memperoleh kemampuan diskriminatif 82, 4% dalam membedakan hasil yang baik vs yang buruk.

Gambar ukuran penuh

CHI / b dan analisis EEG yang ditafsirkan secara visual

Gambar 3 menunjukkan plot kotak CHI / b terhadap interpretasi EEG visual untuk set data pengujian. CHI / b mampu membedakan antara ketiga klasifikasi EEG. Analisis statistik dari set data ini dilakukan untuk mengevaluasi kemampuannya untuk membedakan antara tiga kelompok (Kruskal-Wallis satu arah analisis varian, P <0, 0002). Ada perbedaan yang signifikan secara statistik pada kelompok normal vs ringan ( P <0, 005), ringan vs berat ( P <0, 01) dan normal vs kelompok berat ( P <0, 005) seperti yang diberikan oleh uji Mann-Whitney U dua sisi. Dengan demikian, CHI / b mampu memberikan diskriminasi yang baik di antara ketiga kelompok.

Image

Indeks Kesehatan Serebral untuk bayi (CHI / b) terhadap interpretasi visual electroencephalogram (EEG). EEG visual dinilai sebagai hijau (normal), kuning (cukup tidak normal) hingga buruk (sangat tidak normal). CHI / b cenderung lebih tinggi untuk bayi yang hijau dan kuning daripada bayi dengan penilaian EEG merah ( P <0, 0002).

Gambar ukuran penuh

Selain itu, analisis kurva ROC dilakukan (Gambar 4) untuk CHI / b sebagai tes untuk membedakan abnormalitas EEG parah dari gabungan ringan dan normal. CHI / b menghasilkan area 89, 7% di bawah kurva dalam klasifikasi ini. Dari angka ini, pada cutoff CHI / b = 0, 5, sensitivitas 87, 5 dan spesifisitas 82, 4% dapat dicapai untuk CHI / b.

Image

Kurva karakteristik operator penerima untuk Indeks Kesehatan Serebral untuk bayi (CHI / b) sebagai tes untuk mendeteksi electroencephalogram (EEG) yang diklasifikasikan sebagai kuning atau merah sebagai hasil yang buruk. CHI / b efektif 89, 7% dalam klasifikasi ini. Kami menyimpulkan bahwa CHI / b mampu memberikan klasifikasi akut dalam menentukan EEG tegangan rendah kontinu, meledak dan terus menerus pada neonatus. AUC, area di bawah kurva.

Gambar ukuran penuh

Diskusi

EEG neonatal sering dianggap sebagai salah satu yang paling beragam dan karena itu membingungkan potensi kortikal. Potensi lingkup cedera yang dihadapi bayi yang baru lahir meninggalkan EEG menjadi 'sinyal-scape' yang membingungkan dengan sejumlah varietas gelombang. Tidak ada parameter tunggal yang dapat menangkap semua nuansa varietas sinyal yang jelas. Untuk alasan ini, penting untuk memiliki sebanyak mungkin fitur untuk memperkuat strategi klasifikasi. Pendekatan multiparametri yang digunakan oleh algoritma CHI / b menggunakan teknik pengambilan keputusan / pengenalan pola yang multifaktorial. Dalam penelitian ini, CHI / b tampaknya sangat sensitif dan spesifik dalam identifikasi ensepaholpathy klinis yang parah (skor Sarnat 2 dan 3) pada bayi baru lahir yang berisiko. Hasil ini menunjukkan bahwa ketersediaan CHI / b di samping tempat tidur juga berpotensi memungkinkan pemantauan terus-menerus selama pemulihan bayi.

Menggunakan standar emas interpretasi ahli neurofisiologis dari EEG neonatal, CHI / b terbukti memiliki sensitivitas dan spesifisitas yang tinggi untuk mendeteksi bentuk gelombang EEG yang sangat abnormal (yaitu, adanya kejang atau> 2 menit terus menerus tegangan rendah atau ledakan- pola penekanan). Pola EEG yang meledak dan tidak aktif pada EEG dikaitkan dengan kondisi neurologis yang buruk. Dengan demikian, memiliki CHI / b ukuran EEG meledak dan tidak aktif berpotensi membantu dalam identifikasi keparahan cedera dan dalam melacak pemulihan otak dari HIE.

EEG 14, 15, 16, 17 yang terintegrasi dengan amplitudo telah terbukti memiliki kemampuan untuk mengidentifikasi bayi yang berisiko. Namun, itu membutuhkan pelatihan untuk menafsirkan dan tidak menyediakan metrik otomatis. Toet et al. 18 membandingkan aEEG dengan EEG konvensional standar dan menemukan bahwa aktivitas ictal fokus yang sangat pendek, tegangan rendah dan tertentu dilewatkan oleh aEEG. Selain itu, meskipun aEEG sangat baik dalam mendeteksi bayi normal atau sangat abnormal, ada kurangnya sensitivitas untuk cedera ringan hingga sedang. Bayi-bayi semacam itu mungkin mendapatkan paling banyak dari terapi neuroprotektif di masa depan, dan karenanya metrik EEG harus ditujukan untuk menargetkan bayi-bayi ini.

Meskipun intervensi neuroprotektif setelah penghinaan hypoxic-asphyxic masih menjadi bidang yang muncul, pengembangan lebih lanjut dan pengujian CHI / b dapat membuktikannya bermanfaat sebagai alat penelitian untuk identifikasi awal subjek atau kandidat yang tepat yang mungkin sebenarnya mendapat manfaat dari perlindungan saraf. Selain pelacakan real-time dari cedera otak neonatal hipoksia-iskemik manusia, CHI / b juga dapat berguna untuk memantau respons neonatal terhadap pengobatan neuroprotektif jika perawatan tersebut diberikan. Kemampuan CHI / b untuk mengindikasikan cedera secara andal dalam analisis awal ini menarik karena alat seperti itu berpotensi membantu dalam pengembangan dan evaluasi strategi perlindungan saraf.

Studi kami sangat awal. Satu batasan utama adalah tidak adanya set data yang benar-benar independen untuk pelatihan dan pengujian. Mengingat bahwa kami tidak memiliki cukup subjek dalam setiap kelompok untuk membagi data ke dalam set data pelatihan dan pengujian independen, kami menyajikan hasil pelatihan di saluran kiri dan pengujian di sebelah kanan. Mungkin saja salurannya tidak sepenuhnya independen, dan karenanya dapat menghasilkan hasil yang lebih kuat. Kami saat ini mengumpulkan lebih banyak data dalam studi prospektif yang akan menggunakan pelatihan dan pengujian basis data independen. Kedua, meskipun skala Sarnat secara luas digunakan secara klinis untuk menilai status klinis bayi yang sedang berlangsung, penggunaannya sebagai ukuran hasil jangka panjang mungkin tidak sesuai. Untuk alasan ini, kami membandingkan CHI / b dengan Sarnat, serta penilaian visual EEG sebagai standar emas. Ketiga, karena kendala dengan prioritas klinis, tidak mungkin untuk memastikan bahwa semua rekaman EEG dilakukan pada saat yang sama setelah lahir. Meskipun semua EEG dikumpulkan dalam waktu 72 jam setelah kelahiran, bahkan variasi kecil ini akan mempengaruhi pola EEG setelah cedera di otak yang berkembang. Seperti yang disebutkan, kami saat ini sedang melakukan studi klinis yang lebih besar dengan protokol yang lebih ketat dan dengan ukuran hasil neurologis yang lebih tepat dan studi neuroimaging kuantitatif. Studi ini dirancang untuk mengumpulkan hasil 90 hari dan 180 hari dan akan menyelidiki kemampuan CHI / b dalam memprediksi hasil jangka panjang ini dalam 72 jam pertama. Dalam studi pendahuluan ini, CHI / b, sebuah indeks berbasis EEG multiparametrik novel, tampaknya mampu mengidentifikasi bayi baru lahir yang berisiko mengembangkan HIE. Studi yang lebih besar akan membantu dalam pengembangan lebih lanjut CHI / b dan mengkonfirmasi kegunaannya sebagai alat objektif untuk penilaian status neurologis neonatus.

Konflik kepentingan

Mr Hathi, Dr Sherman, Dr Rothman, Dr M Natarajan dan Dr A Natarajan adalah karyawan penuh waktu dari Infinite Biomedical Technologies, LLC. Mr Pantano adalah karyawan penuh waktu di BrainZ Instruments, Auckland, NZ. Dr Inder, Dr Niesen dan Dr Korst tidak memiliki apa-apa untuk diungkapkan.