Nuevos métodos no invasivos para el estudio del flujo sanguíneo cerebral en recién nacidos

Riera Banal, Joan (2017). Nuevos métodos no invasivos para el estudio del flujo sanguíneo cerebral en recién nacidos. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.47967.

Description

Title: Nuevos métodos no invasivos para el estudio del flujo sanguíneo cerebral en recién nacidos
Author/s:
  • Riera Banal, Joan
Contributor/s:
  • Serrano Olmedo, José Javier
  • Pellicer Martínez, Adelina
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Department: Tecnología Fotónica y Bioingeniería
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Los mecanismos que subyacen a la lesión estructural del cerebro del recién nacido son complejos, siendo particularmente importantes los primeros días tras el nacimiento, donde se produce la adaptación circulatoria o circulación transicional. La mayoría de las lesiones cerebrales en el recién nacido críticamente enfermo, particularmente el prematuro, son muy precoces. La autorregulación del flujo sanguíneo cerebral (FSC) se define como la capacidad de mantener un FSC inalterado dentro de un rango de valores de presión arterial (meseta de autorregulación del FSC). La pérdida de autorregulación condena al recién nacido a los llamados patrones de perfusión fluctuantes, o lo que es lo mismo, a los fenómenos de isquemia-reperfusión, que son determinantes principales del daño estructural del cerebro (principalmente lesión hemorrágica), causando muerte o discapacidad en los casos graves. De ahí el interés de conocer, en tiempo real, el estado del FSC en el contexto clínico, y la capacidad de autorregulación del FSC ante los cambios circulatorios sistémicos. En la actualidad, no existe un dispositivo para la medición del FSC de manera fiable y no invasiva. En su lugar, existen métodos para la medición de la saturación cerebral de oxígeno. Si el contenido de oxígeno en sangre es constante, podemos obtener una medida proporcional del flujo utilizando la saturación cerebral de oxígeno. Este estudio tiene como objetivo desarrollar un método matemático para el análisis de la autorregulación del FSC y su aplicación en el contexto clínico. El objetivo finalista es mejorar la capacidad predictiva del pronóstico de los pacientes respecto a los métodos de estudio de autorregulación previamente publicados, lo que nos servirá de adjuvante en el manejo clínico de los recién nacidos críticos. Para poder realizar el modelado del proceso autorregulatorio con éxito, es necesario disponer de las señales sincronizadas en tiempo, sin artefactos y que sean representativas del estado del recién nacido. Requiere de un proceso de selección de los periodos de tiempo donde las señales disponibles presenten unas características predefinidas que garanticen su fiabilidad y que se adecúen a los requisitos del sistema utilizado para su modelado. Este proceso debe estar bien definido, ser autónomo e imparcial. Las herramientas matemáticas para la representación de la dependencia presión arterial-FSC nos permite obtener un indicador del estado de autorregulación. Esta dependencia se produce en un rango de frecuencias determinado, lo que condicionará el modelo elegido para el análisis. Además, sólo se podrá garantizar la dependencia entre señales si ésta se produce en instantes de tiempo próximos. Por este motivo, es importante que el sistema permita analizar la dependencia de las señales en tiempo. Nuestra propuesta de modelo analítico, BiAR-COH, contempla el dominio del tiempo y la representación en frecuencia para el análisis de la dependencia entre señales biológicas. Con este método hemos sido capaces de identificar, en una población de recién nacidos de edad gestacional inferior a las 31 semanas completas durante la circulación transicional, a los pacientes con bajo flujo en vena cava superior, que es un estimador del FSC, y que asocia muerte y discapacidad. Además, el método BiARCOH ha mostrado una buena capacidad predictiva de hemorragia intraventricular grave e infarto hemorrágico periventricular, así como de mortalidad en esta población de riesgo. El proceso de autorregulación implica una independencia del flujo a los cambios en la presión. Por lo tanto, la interpretación mecanicista de la dependencia, es decir, el análisis de la influencia que ejerce la presión sobre el flujo en el caso de pérdida de la autorregulación, es muy relevante. Para realizar este análisis se ha utilizado el método PDC, que permite analizar la causalidad de la influencia. ----------ABSTRACT---------- The mechanisms underlying structural brain damage in the newborn are complex. The first days after a baby is born are critical, due to adaptative circulatory changes or transitional circulation, that takes place within this time frame. Most brain lesions in the high-risk infant, particularly the preterm infant, occur early after birth. Cerebral blood flow (CBF) autoregulation is the capacity to maintain CBF unaltered within a range of blood pressure values (autoregulatory plateau). Impaired autoregulation lead to fluctuating CBF patterns in the newborn, i.e. ischemiareperfusion patters, which are the main determinants of brain injury, particularly the haemorrhagic lesions, leading to death or disability in the most severe cases. Therefore, the focus of interest is on real-time CBF status and autoregulation capacity in the sick newborn at risk of systemic circulatory failure. Currently, there is no method for non-invasive, and reliable CBF measurement. Alternatively, we use the cerebral tissue oxygen saturation (rStO2) as a proxy of CBF, providing the cerebral oxygen content remains constant. This study aims to develop a mathematical model to analyse the CBF autoregulation capacity to be used in the clinical ground. The objective is improving the predictive capacity to assess the patient´s autoregulation status respect to previously reported methods that will help the clinician in the management of the high-risk newborn. For a successful development of this model the signals are synchronized in time, artefacts are removed, and reliably represent the patient´s status. For that purpose, a systematic approach to epoch’s selection, that include predefined criteria of reliability that satisfy system´s modelling, is required. The process has to be defined, and must be autonomous and fair. The mathematical tools to represent signal dependency between blood pressure and CBF allow to derive an indicator of the autoregulation status. The dependency is found within a defined frequency band, so that the model used should fit this requirement. In addition, the dependency between two signals can only be confirmed if the observed signal changes are close in time. For that reason, the system should allow the analysis in the time domain. v The proposed analytical model, BiAR-COH, considers both, the time and the frequency domain, to explore biological signal dependency. This method has enabled us to classify the patients according to the superior vena cava flow status, which is an estimator of CBF that correlates with patients´ outcome, in a population of newborns of less than 31 completed weeks of gestation during transitional circulation. The BiAR-COH method has shown a good predictive capacity for severe intraventricular haemorrhage and periventricular haemorrhagic infarction, and death. The autoregulation process demands independency of CBF respect to blood pressure changes. Accordingly, the mechanistic interpretation of dependency, that is, the analysis that documents the influence of blood pressure signal on the flow signal in case of impaired autoregulation capacity, would be extremely relevant. To perform these analyses, the PDC method has been used to derive causality on signal influence.

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Item ID: 47967
DC Identifier: http://oa.upm.es/47967/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:47967
DOI: 10.20868/UPM.thesis.47967
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 04 Oct 2017 10:39
Last Modified: 05 Apr 2018 22:30
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