UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

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1 MONITOR DE PROFUNDIDAD ANESTÉSICA

BASADO EN SEÑALES DE EEG

J FRANCISCO JARAMILLO BAÑALES

J ASESORES: NORBERT0 RAh4IRÉZ MANDUJANO

JOSEFINA GUTIERRÉZ

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

MONITOR DE PROFUNDIDAD ANESTÉSICA BASADO EN SEÑALES DE EEG

MATERIA: SEMINARIO DE TITULACI~N 11

NOMBRE: FRANCISCO JARAMLLO BAÑALES

MATRICULA: 92321187

LICENCIATURA: INGENIERÍA BIOMÉDICA

NOMBRE ASESOR ING. NORBERT0 RAMIRÉZ MANDUJANO

FECHA: 8 DE Julio de 1999

CONTENIDO

CAPITULO I INTRODUCCION.

CAPITULO I1 ANTECEDENTES Historia

Clasificación Modelos Investigación

CAPITULO 111 OBJETIVO

CAPITULO IV DESAñROLLO Balance de drogas Efecto de agentes anestésicos Desarrollo de investigación

CAPITULO V FUNCIONAMIENTO DEL SITEMA

Colocación de elctrodos Elementos del sistema Caracteristicas del sistema

CAPITULO VI RESULTADOS

CAPITULO VI1 CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA.

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INTRODUCCION

La ANESTESIA se define como la falta, disminución o privación de la sensibilidad, y es un estado reversible que provoca la perdida del conocimiento. El objetivo de la anestesia es el de evitar malestar, dolor y sufrimiento al paciente; además de facilitar tanto a médicos como enfermeras la realización de maniobras y procedimientos quirúrgicos. En la actualidad es inconcebible pensar en la realización de cualquier cirugía sin la ayuda o utilización de la anestesia; y es tan común e importante su práctica que existe una rama de la medicina que se encarga exclusivamente de su estudio y aplicación.

Los agentes anestésicos inducen cambios en las señales de Electroencefalografia (EEG) que están correlacionados con el grado de depresión del sistema nervioso central. La valoración de estos cambios a través de algoritmos como el Borde Espectral y la Frecuencia Mediana permite determinar la profundidad anestésica del paciente. Por medio del análisis cuantitativo de las señales de EEG, es posible calcular un índice que esta correlacionado con el nivel de sedación o profundidad anestésica del paciente.

El objetivo de este trabajo fue el desarrollo de un monitor de profundidad anestésica para el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía. El sistema calcula en tiempo real el Borde Espectral en épocas de EEG de 512 puntos y fue implementado con un amplificador de potenciales bioeléctricos (Neurotop NihonKoden), una tarjeta de conversión Analógico Digital (PC-Lab 718) y una computadora PC 486. La programación se desarrollo en Lab WindowsICVI.

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El sistema fue evaluado en señales de EEG de algunos pacientes durante la inducción anestésica. El Borde Espectral calculado por el monitor para cada una de las señales de EEG se comparo con un algoritmo patrón implementado en Matlab. Los resultados no mostraron diferencias por lo sugieren que el monitor puede ser útil para realizar protocolos de investigación de fármacos anestésicos y para determinar el estado terapéutico del paciente a través de un índice cuantitativo.

ANTECEDENTES

HISTORIA

La palabra anestesia proviene del griego y sus raíces son las palabras privato y sentido o sentimiento, por lo que la anestesia es la insensibilidad o privación de la sensibilidad. La anestesia general se define como un estado reversible de inestabilidad, con perdida del conocimiento. En la practica medica se provocan estados anestésicos mediante la inhalación, frotamiento o inyección de drogas llamados anestésicos, con el propósito especifico de insensibilizar al paciente o evitarle el dolor. El uso medico de substancias anestésicas inicia en 1844 cuando el Dentista Norteamericano Horace Wells ensayo el Oxido Nitroso o “gas hilarante” que había sido descubierto por Humpry Davy. En 1846 William Morton demostró con éxito las posibilidades del éter como anestésico.

FIGURA 1 ESTUDIANTES Y ALUMNOS DE ANESTESIA

Los fármacos utilizados para inducir sedación o anestesia general, actúan principalmente en el cerebro produciendo inconsciencia, amnesia o insensibilidad al dolor. Las respuestas relajadas al dolor disminuyen mientras que la presión sistólica, diastólica y la frecuencia cardiaca disminuyen también.

La anestesia ha ido creciendo poco a poco desde el descubrimiento y uso de las primeras substancias que se usaron para evitar el dolor a los pacientes y ha registrado avance en sus técnicas que han ido de la mano con la tecnología. Es tal la importancia de la anestesiología que en la actualidad existe una especialidad medica que se encarga exclusivamente de su estudio y aplicación.

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CL ASIFIC ACIÓN

Los agentes anestésicos se dividen en dos grandes grupos en base a la manera en que son suministrados: los agentes anestésicos inhalados y los agentes anestésicos intravenosos.

Los anestésicos generales inhalados pueden ser gases que se mezclan con oxigeno en cantidades medidas. También pueden ser líquidos convertidos a gases por medio de vaporizadores y mezcladores con oxigeno en concentraciones precisas.

Son cuatro los anestésicos con mayor uso actualmente: Oxido nitroso, halotano, enfluorano e isoflorano.

Pueden existir agentes anestésicos por inhalación a temperatura ambiente ya en forma de gas o líquidos volátiles que deben de evaporarse antes de su administración. Los gases son comprimidos y almacenados en cilindros metálicos que se pintan de colores característicos para indicar su contenido. En la oficina nacional de estándares del

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departamento comercial de Estados Unidos se ha publicado un código de colores, y los demás países del mundo incluyendo México han adoptado el código al respecto promulgado por la Organización Mundial de la Salud.

La técnico original de administración de agentes volátiles estribaba en verterlos sobre una compresa o una gasa colocada encima de boca y nariz del paciente. Esto proporcionaba una superficie de vaporización; cuando el aire atravesaba la mascara, penetraba el vapor en los pulmones. Esta técnica tenia inconvenientes, como la concentración anestésica dificil de controlar, la imposibilidad de la ventilación ayudada, y el aumento del espacio muerto, originando hipoxia o hipercarbia Aunque esta técnica fue muy popular en los Estados Unidos por casi un Siglo, prácticamente ha sido abandonada en las salas de operación, aunque todavía puede ser útil en determinadas circunstancias.

Como su nombre lo dice los agentes intravenoso se aplican directamente al torrente sanguíneo. Estos agentes son principalmente barbitúricos entre los que se encuentra el thiopental o el methohexital, los cuales son usados por su rápida inducción anestésica (generalmente de 30 a 60 segundos). Sin embargo la duración del efecto es corta, por lo que estas drogas son utilizadas en operaciones de poca duración o para inducir al estado anestésico, el cual es mantenido posteriormente con otros fármacos.

Los anestésicos intravenosos hipnóticos como el propofol pueden por si solos producir anestesia general corta. Los tranquilizantes como el Midazolam pueden producir anestesia general si se aplican de manera intravenosa en grandes dosis, tienen mayor duración y menos efectos sobre el corazón y la respiración que los barbitúricos.

Otros dos grupos de f b a c o s son importantes como anestésicos intravenosos: los analgésicos narcóticos como el demerol, fentanyl, sufentanyl y alfentanyl que se utilizan para controlar o disminuir el dolor y los relajantes musculares como el pancuronium, atracurium, vecuronium y mivacurium que interfieren las transmisiones de impulsos nerviosos hacia los musculos provocando parálisis transitoria.

Generalmente se utiliza un grupo de drogas con diferentes propiedades para producir anestesia general. Estas combinaciones teóricamente permiten una entrada al estado anestésico mas estable, mayor control de la intensidad de la anestesia durante la operación y una salida mas rápida del estado anestésico mientras se minimizan los efectos indeseables en la frecuencia cardiaca, la presión sanguínea y la respiración. Sin embargo cuando el balance o la cantidad de estas combinaciones no son adecuados, los efectos pueden ser completamente adversos, presentándose estados de conciencia del paciente en los que siente dolor intenso y parálisis total de manera que no puede avisar al anestesiólogo que esta sufriendo.

Las técnicas actuales utilizan un equipo complicado para administrar la anestesia. Es relativamente fácil de comprender y de operar. Estos equipos han ido evolucionando poco a poco y en la actualidad existen desde los mas sencillos y elementales hasta los mas completos que cuentan con los mas recientes avances tecnológicos.

Figura 2 Ejemplo de maquina de anestesia

En la actualidad las maquinas de anestesia son equipos comunes en la practica medica, que podemos encontrar en cualquier quirófano de toda institución médica, por pequeña que esta sea y es una herramienta indispensable sin la que un anestesiólogo no podría hacer de la mejor manera su trabajo. Por lo común que son estos equipos existen infinidad de modelos y marcas cada una con características de diseño y aditamentos diferentes, pero todas ellas, (como cualquier aparato o equipo que este enfocado al cuidado de la salud) deben de cumplir con normas y características especificas que brinden seguridad tanto a pacientes como usuarios, y esta es la esencia del presente trabajo.

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MODELOS

A continuación nos enfocaremos en un agente especifico para poder realizar una descripción mas cualitativa.

En 1989 Sabe1 y Lowdon publicaron un articulo de revisión en Anesthesiology describiendo la farmacología del propofol (Diprivan, zeneca Pharmaceuticals, Macclesfield, UK.). Aunque el propofol fue aprovado para usarse como un agente hipnótico inductor o de mantenimiento, sus usos clínicos se han expandido en estos afíos incluyendo neurocirugía, anestesia pediátrica y sedación en cuidados intensivos. El propofol ha llegado ha ser la droga de selección para inducción anestésica en pacientes de corta estancia. Como parte de una técnica de anestesia balanceada o de una anestesia intravenosa total (TIVA), las razones de infusión entre 75 a 300 pg / kg. min. son usualmente requeridas. Una sedación adecuada puede mantenerse con infusiones entre 25 y 100 pg / kg. min. Ha sido posible definir concentraciones sanguíneas objetivo para hipótesis (2 a pg / ml ) y sedación para una variedad de condiciones clínicas.

Las propiedades farmacocinéticas del propofol son únicas y contribuyen a sus favorables características clínicas. La rápida metabolización del propofol es uno de los rasgos de mayor importancia ya que es aproximadamente 10 veces la del thiopental. Esta rapidez de metabolización excede el flujo sanguíneo hepático, por lo que se ha sugerido que el propofol es también metabolizado en sitios extrahepaticos.

Figura 3: Modelo farmacocinético general de 4 compartimentos.

En la figura se muestra un modelo farmacocinético general de 4 compartimientos donde el volumen V1 modela a la sangre, V2 modela al hígado, V3 modela la grasa y musculo y VE modela al encéfalo. La duración del efecto clínico del propofol no parece ser afectada de manera importante por obesidad o por difusión moderada del hígado o del riñón.

El propofol ha sido utilizado con éxito para la sedación durante procedimientos que involucran anestesia regional o dentro de la unidad de cuidados intensivos (UCI). El propofol ha sido capaz de producir niveles de sedación fácilmente controlables con solo variar la razón de infusión o utilizando una bomba de infusión controlada por computadora (CCIP) para lograr una concentración objetivo en el sitio de efecto.

La comparación del propofol para la inducción y mantenimiento anestésico con respecto a las técnicas tradicionales que involucran thiopental para la inducción y un agente volátil para el mantenimiento de la anestesia ha mostrado en general una recuperación mas rápida para la técnica basada en propofol que para la técnica combinada de barbitúrico-gas. Este comportamiento ha sido bastante consistente a pesar de las variaciones considerables en poblaciones, en tipos y duración de los procedimientos quirúrgicos, en el uso de agentes coadyuvantes dentro del esquema anestésico y en la metodología de administración de fármacos.

INVESTIGACION

En base a la problemática anterior se están llevando a cabo en diferentes laboratorios internacionales las siguientes investigaciones :

Desarrollo de modelos farmacocinéticos para mamíferos con 2,3 o 4 compartimientos que describen a una droga en particular administrada por vía intravenosa. Los modelos que han mostrado mejor desempeño son aquellos que incluyen un compartimiento efector (el 4" compartimiento), que modela al SNC.

También se están desarrollando algoritmos para controlar el volumen de uno de los compartimientos del modelo farmacocinético, con el fin de poder predecir las velocidades de infusión para mantener una concentración especifica de algún fármaco. Uso de estos algoritmos para controlar bombas de infusión anestésica por medio de una computadora personal (CCIP), con el fin de lograr rápidamente y mantener una concentración constante de fármaco. Se han desarrollado CCIP's para lidocaína, morfina, fentanyl, alfentanyl, thipental y propofol.

Dentro de estas investigaciones la evaluación de la profundidad anestésica se ha desarrollado de las siguientes maneras:

Por medio de una valoración de la frecuencia cardiaca, presión arterial, respuesta a estimulos verbales, respuestas oculares, etcétera. Tomando muestras de sangre y determinar la concentración de fármaco por medio de análisis bioquímicos. Este análisis no se realiza en el quirófano puesto que tarda varios días, por lo que las concentraciones del fármaco en las muestras se comparan con los valores predichos con el modelo con el fin de validar el futuro desempeño de este. Desafortunadamente la sangre no es el sitio efector para la mayoría de las drogas administradas por vía intravenosa. Esto implica que un modelo basado en las concentraciones en sangre tal vez no logre anestesiar al paciente cuando se usa en una CCIP.

También se hace un registro de la actividad electromiografia de los cuatro grupos musculares faciales, la cual es cuantificada para derivar un índice de conciencia. Esta técnica ha demostrado tener artefactos reflejados en variaciones imprevistas de los niveles registrados de electromiografía que ocurren esporádicamente en los procedimientos de anestesia.

Registrando la actividad electroencefalográfka la cual ha sido utilizada ampliamente como medida del efecto de drogas anestésicas sobre el sistema nervioso central, ya que refleja tanto el curso temporal como la potencia relativa del fármaco sobre la corteza cerebral.

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OBJETIVO

El objetivo de la sedación es producir un estado de relajación o una inconsciencia ligera para diminuir la ansiedad, el dolor intenso o permitir una mayor disposición del paciente cuando se encuentra en un bloqueo anestésico regional. El objetivo de la anestesia general es suprimir la sensibilidad al dolor, así mismo provocar inconsciencia y amnesia total.

Se conoce como nivel de sedacidra y profindidad anestésica a los diferentes grados de depresión reversible sobre el sistema nervioso central (SNC) producida por un agente anestésico. El poder evaluar confiablemente dicho grado de depresión es un problema aun sin resolver.

Un objetivo importante dentro de la anestesiología ha sido el poder evaluar cuantitativamente el nivel de sedación y la profundidad anestésica con un parámetro que este fuertemente relacionado con el sistema nervioso central. Actualmente este objetivo se ha convertido en una necesidad que involucra una mayor seguridad para el paciente y una reducción de costos para el hospital. Otra razón ha sido el incremento de casos de lo que se llama conciencia intraoperatoria y memoria explícita en donde el paciente esta consciente o es capaz de recordar eventos traumáticos de su cirugía. L a conciencia intraoperatoria y la memoria explícita son el resultado de una mala cuantificación de la profundidad anestésica.

Cuando se comparan técnicas anestésicas por medio del tiempo de recuperación, es importante asegurar que todos íos pacientes han sido mantenidos a una profundidad anestésica similar. Actualmente se utiliza la respuesta a la incisión quirúrgica, la respuesta a comandos verbales o la memorización de información verbal como practica común

para valorar el grado de depresión del SNC inducido por drogas anestésicas.

En ausencia de un monitor objetivo de la profundidad anestésica, la practica común es regular la administración de fármacos anestésicos usando signos clínicos como son las variables hemodinámicas y respiratorias, suponiendo que una estabilidad cardiorespiratoria similar entre pacientes es inducida de una profundidad anestésica comparable.

En base a las condiciones y necesidades que surgen para la realización de una adecuada y mucho mas segura practica anestésica se plantea el objetivo del presente trabajo que es el implementar un sistema de adquisición del Electroencefalograma humano bajo anestesia. Podemos dividir en dos partes el objetivo de esta investigación: la primera es el desarrollo de un Monitor del Estado de Depresión del Sistema Nervioso Central.

La idea de desarrollar un monitor que pueda evaluar cuantitativamente el nivel de sedación y la profundidad anestésica con un parámetro que este fuertemente correlacionado con el sistema nervioso central surge como necesidad de proporcionar una herramienta extra a los anestesiólogos que pudieran utilizar y que pudiera ayudarlos a tomar decisiones. El desarrollo, modificación, prueba y utilización de este monitor se plantea en el campo de trabajo, es decir dentro de un quirófano, siendo este el lugar idóneo para su validación y utilización, y es aquí en donde radica la segunda parte del objetivo de este, trabajo ya que la idea es generar una herramienta para ser usada en el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía, esto implica el tener que utilizar y apegarse a los recursos con los que cuenta el Instituto.

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DESARROLLO

Los agentes anestésicos están clasificados en dos grandes grupos, basados en el sitio efector (anestesia local o anestesia general) y la manera de infundir estos agentes anestésicos (anestesia inhalatoria y anestesia intravenosa).

Existe también una clasificación (según Guedel) hecha en base al nivel de profundidad anestésica basada en la cantidad de infusión con respecto al tiempo (ver figura 4).

FIGURA 4 Clasificación de los diferentes periodos de anestesia según GUEDEL.

Esta clasificación esta hecha en cuatro diferentes periodos; siendo el primero la inducción a la anestesia y se denomina Estado de Analgesia. La siguiente fase es una de Excitación o Delirio en donde el paciente se encuentra en un nivel de transición haca un estado en donde debe de mantenerse estable, cabe señalar que en este periodo no se puede considerar que el paciente esta anestesiado . El tercer periodo es el llamado anestesia quirúrgica, es aquí la condición ideal que esta en función de un adecuado balance de drogas. Este periodo a su vez queda dividido en tres niveles diferentes que mas adelante se describirán. El ultimo periodo de esta clasificación es el llamado paro bulbar y es consecuencia de una excesiva aplicación de anestésicos produciéndose de primera instancia un estado comático y después la muerte.

BALANCE DE DROGAS

El procedimiento para anestesiar a un paciente no es exclusivo de una determinada técnica ni tampoco es exclusivo de un determinado fármaco; en realidad es un balance de diferentes drogas que lo que pretende es producir:

.Una inducción estable.

.Un buen control.

.Una salida rápida.

Las tres características listadas anteriormente son consideradas como las condiciones idóneas para la practica de un procedimiento anestésico, y eso es precisamente lo que se busca obtener con un balance de drogas. Los barbitúricos como el thiopental o el methohexital presentan una rápida inducción aproximadamente de 30 a 60 segundos,

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pero su efecto es de corta duración, siendo estos los adecuados para conseguir una inducción estable. Al combinar la utilización de los agentes anestésicos intravenosos para una adecuada inducción, con los agentes anestésicos inhalatorios se consigue un buen control de la intensidad de la anestesia durante la operación; produciéndose así una salida más rápida del estado anestésico. Estas condiciones se presentan cuando el balance de drogas es ideal. (ver fig. 5)

W C E DROOAS

* CONCiENCIA * IDEAL * ESTADO NI'RAOPERATORIA COMATICO

MEMORIA EXPI&lTA

* MUERTS

FIGURA 5 . Esquema simplificado de las condiciones

en el balance de drogas. extremas

Como se puede observar en la figura numero 4 y como ya se había comentado anteriormente un adecuado balance de drogas es la condición ideal, siendo los extremos las condiciones peligrosas en la practica anestésica.

Una excesiva aplicación de agentes anestésicos trae con sigo dos efectos que son los más adversos ya que al rebasarse cierto grado de depresión del sistema nervioso central se cae en un estado comatic0 y dependiendo ese grado se puede llegar hasta provocar la muerte.

El otro extremo es el estado mínimo de anestesia en donde se presentan dos fenómenos plenamente identificados y reportados en la literatura que son: La Conciencia Iniraoperatoria y La Memoria @licita, siendo el primero de estos un estado en el que el paciente no alcanzo un nivel de anestesia suficiente y solamente esta sedado, el paciente esta consciente de todo y esta sintiendo todos los artefactos de movimiento y todos los procedimientos quirúrgicos pero no puede moverse ni puede hablar ya que se encuentra en un estado de relajación muscular. El segundo fenómeno reportado es el llamado memoria explícita en donde no es tan brutal como el anterior pero el paciente recuerda como en sueños todas las maniobras y todos los efectos durante la cirugía.

Al tener un índice que este monitorisando directamente la actividad del sistema nervioso central y por ende el grado de depresión se podrá lograr hacer un balance de drogas lo más ideal posible y por lo tanto evitar cualquiera de los dos extremos anteriormente expuestos.

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EFCETOS DE AGENTES ANESTÉSICOS

Son varios los efectos directos que provocan los agentes anestésicos en las condiciones normales de funcionamiento

de los diferentes sistemas del organismo humano siendo los principales los que a continuación se enumeran:

Disminución de las respuestas reflejas al dolor.

Variación de la frecuencia cardiaca.

Variación de la presión sistólica y diastólica.

Depresión de la actividad del SNC

Este ultimo efecto es el que mas nos interesa a nosotros ya que en base a esta disminución de la actividad del sistema nervioso central es como nuestro índice arroja las diferencias que nosotros podemos observar.

DESARROLLO DE INVESTIGACIÓN

Por medio del análisis cuantitativo del electroencefalograma (EEG) es posible derivar un índice robusto que este estrechamente relacionado con el nivel de sedación producido por el agente anestésico, que permita cumplir con los siguientes criterios:

0 Permitir una cuantifícación de los cambios de EEG. Ser estable durante la línea de base, cuando no hay fármaco presente. Extraer la propiedad más prominente inducida por el fármaco que sea visible directamente en el trazo del

EEG con la cantidad mínima de transformaciones en los datos.

función de la concentración del fármaco en la sangre y en el resto del retraso de equilibrio. Mostrar una duración del efcto máximo proporcional a dosis administrada.

Mostrar el inicio y el fin del efecto de la droga como

Todo esto con el fin de poder valorar la profundidad anestésica o el nivel de sedación del paciente dentro de la sala de operaciones o en la unidad de cuidados intensivos.

PROCESAMIENTO

Antes de mencionar los diferentes algoritmos de procesamiento propuestos para estos análisis se deben de definir algunos términos que son muy importantes para comprender de la mejor manera estos conceptos.

Señal de ElectroEncefaloGrama (EEG): el primero en introducir este termino fue el Psiquiatra Alemán Hans Berger que se definen como el registro de las fluctuaciones de los potenciales del cerebro. Para nuestra investigación utilizamos electrodos superficiales conectados directamente al cuero cabelludo. En nuestro caso usamos el sistema internacional 10-20 que determina la colocación de los electrodos para la obtención de EEG.

Espectro en Frecuencia: Según Fourier cualquier función o señal periódica puede representarse como una suma infinita de funciones seno y coseno , relacionadas armónicamente. En base a esta definición cualquier señal puede descomponerse en una suma de diferentes señales

cada una con determinada frecuencia y amplitud; así pues podemos saber la potencia en base a la frecuencia de cada una de las componentes de una señal.

Frecuencia de Muestreo: Se define como el numero de muestras por segundo que se toman de una señal . Para nuestro sistema usamos una frecuencia de muestreo de 128 Hz., es decir de una señal de EEG se tomaron en un segundo 128 muestras.

Epoca: Para este proyecto se define como una época un conjunto de 516 puntos, tomados en un intervalo de cuatro segundos; si tenemos una frecuencia de muestreo de 128 Hz. y un periodo de 4 seg. Obtenemos 516 muestras de nuestra señal de EEG.

Existen diferentes algoritmos que se han propuesto en el procesamiento de las señales de ElectroEncefaloGrafia (EEG) para el monitoreo del estado de depresión del sistema nervioso central. A continuación se definirán estos diferentes tipos de procesamientos:

Frecuencia mediana: Se define como la frecuencia que corresponde al 50% del total de la potencia del espectro después de haberse ordenado de mayor a menor, esto es al obtener el espectro en frecuencia de la señal se ordenan las diferentes frecuencias en base al valor de su correspondiente potencia y al encontrar el 50% de total de la potencia de la señal se toma el valor de esa frecuencia como el dato que arroja el análisis. Actualmente se define como el borde espectral al 50%.

Parámetro Canónico Univariado: Se define como una combinación especifica de las potencias del espectro después de dividir este en 10 regiones de 3 Hz. de anchura cada una.

Este índice se obtiene a través de una sumatoria:

cup = c yi log bi

En donde: bi son las regiones de espectro y yi son coeficientes específicos para la droga utilizada

Borde Espectral (SE 95% ): Se define como la frecuencia que corresponde al 95% del total de la potencia del espectro de una época el EEG. (ver figura 6) Este calculo fue el único que se utilizo para el análisis de las señales del presente trabajo.

BORDE ESPECTRAL

4 O 95% -

T E N C I A

F R E C U E N C I A Hz

FIGURA 6

Como podemos observaren la figura 6 tenemos una gráfica de potencia contra frecuencia (espectro en frecuencia) de una época de EEG al cuantificar el total de a potencia de la señal encontramos el punto en donde se concentra el 95% de esa potencia y ese es dato es un valor de nuestro índice.

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

En base a las definiciones que se han hecho podemos ahora si de lleno entrar a explicar la esencia de esta investigación.

Se tomaban señales electroencefalográficas humanas de pacientes que iban a ser operados. El sistema muestreaba a una frecuencia de 128. El análisis de datos se realizaba en tiempo real. De bloques de 10 segundos en una época de 4 segundos se tomaban 512 puntos; los seis segundos restantes se utilizaban para procesamiento y para desplegar los datos en pantalla. Por un momento la aseveración de que el sistema esta trabajando en tiempo real parece contradecir la explicación de que de un bloque de diez segundos solamente cuatro sean los que en realidad se están tomando como datos para analizar y los seis segundos restantes que se utilizan para procesamiento y muestreo se están perdiendo o no se están tomando en cuanta. La realidad es que los cambios que presentan los señales de EEG al verse afectadas por un anestésico no son instantáneos por lo tanto no son más rápidos que nuestra frecuencia de muestreo que hasta podríamos decir que es algo sobrada. (Ver figura 7)

EPOCAS DE 4 SEGUNDOS

t 4 s. S

F. M. = 128 Hz 512 PUNTOS 6 SEG, PROCESAMIENTO Y MUESTRE0

FIG. 7 Procesamiento en tiempo real

Una vez que el sistema comienza a adquirir diferentes épocas (de 4 segundos) por cada bloque de 10 segundos se arroja un dato el cual representa el índice y ese índice es el que comienza a construir nuestra curva de Borde Espectral Así que para poder construir una curva de Borde Espectral que describa el estado basal de un paciente, la inducción al estado anestésico y un estado anestésico presente se debían de analizar al rededor de 100 épocas o más, que representaban un tiempo aproximado entre quince y veinte minutos. (ver fig. 8)

Cabe resaltar que en todos los pacientes analizados únicamente se monitorizaba el estado basal del paciente, es decir antes de ser anestesiado, la inducción que es cuando se hace la infusión de los diferentes bolos de agentes anestésicos

y una parte de cuando se consideraba que el paciente se encontraba anestesiado.

TOMA DE DESlClONES

~NDICE POR EL ANESTESI~LOGO

(BORDE ESPECTRAP

EEG (1

EPOCA)

FIG. 8 Descripción del Monitoreo del Efecto Anestésico

COLOCACI~N DE ELECTRODOS

Uno de las características importantes de este sistema es que se necesitan únicamente un par de electrodos para monitorizar el efecto anestésico en los pacientes. La colocación de los electrodos se realizo en base al Sistema Internacional de colocación de electrodos 10-20. Tomando como base la línea central de las Z. Se utilizan tres electrodos para dos canales, pues se toma a uno como

común. Los electrodos se colocan en las posiciones siguientes:

FZ - Frontal en la línea central CZ - Central en la línea central OZ - Occipital en la línea central

La razón de colocar íos electrodos en la línea central se debe a que de esta manera podemos estar registrando la actividad global de ambos hemisferios cerebrales. (ver fig. 9)

2 CANALES BIPOLARES

FZ-CZ oz-cz FIGURA 9. Colocación de los electrodos en base ai sistema

Internacional 10-20

ELEMENTOS DEL SITEMA

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El sistema esta constituido de pocos elementos de hardware. La parte fuerte del sistema consiste en el software ya que el análisis, despliegue de datos y procesamiento se desarrollaron en base a una herramienta bastante fuerte llamada Lab WindowdCVI. El sistema como tal quedo constituido por una tarjeta convertidora analógica digital PC- LAB 718, un amplificador de potenciales bioeléctricos, una PC 486 compatible y el software desarrollado en lab- windows. A continuación se describirán de manera más detallada cada una de las pares que conforman el sistema.

Tarjeta convertidora AD. Es una tarjeta PC-LAB modelo 718 con una resolución de 12 Bits, la cual se colocaba en un BUS (tipo ISA) de expansión de la computadora. La tarjeta se controlaba vía software. Mediante el procedimiento de pull op se adquirían los datos y se procesaban.

Amplijkador de Potenciales bioeléctricos. Se utilizo un amplificador marca Nihon koden, donde podíamos adquirir una señal de electroencefalografía limpia para inmediatamente digitalizarla y procesarla.

Una PC Compatible. Se trabajo en una computadora personal con procesador 486 y con sistema operativo windows 3.1 .

Software. Se utilizo para hacer la programación una herramienta que se llama lab windows, que nos permitió crear una interfaz bastante amigable y de fácil uso. (ver fig. 10)

Figura 10. Pantalla principal. Despliegue de épocas y borde espectral.

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA

Se considera que el sistema tiene procesamiento en tiempo real, que aunque de bloques de 10 seg. únicamente 4 se usan para el anhiisis, los cambio inducidos por agentes anestésicos no son instantáneos, por lo que el sistema esta monitorisando los cambios en todo momento.

El sistema cuenta con la opción de almacenamiento de datos. Esta opción es muy importante ya que se pueden observar y analizar los datos obtenidos en una cirugía, fuera del quirófano.

En base a sus características el sistema reúne las cualidades para ser usado fuera dentro de un quirófano.

RESULTADOS

El sistema hasta este momento se ha utilizado dentro del quirófano en cirugías con cinco pacientes. Presenta una interfaz amigable. Los resultados fueron comparados con una implementación del borde espectral previamente validada. Los resultados al ser en tiempo real permiten que se puedan tomar decisiones. Considero que uno de los resultados mas importantes fue el interés que se despertó en los anestesiólogos con este proyecto. A continuación se presenta una de las señales adquiridas de un paciente dentro del quirófano (ver fig. 11 y 12).

ESTADO BASAL

E.E.G. S 4

ESPECTRO Hz

FIG.11 Señal de EEG en estado basal y Espectro en frecuencia

ESTADO ANESTESICO

I * E.E.G. S

FIGURA 12. Señal de EEG en estado anestésico y Espectro

Como podemos observar en la figura 11 es una señal en estado basal, es una señal mas “uniforme”, y su espectro en frecuencias se encuentra distribuido en un espectro mas amplio de frecuencias. La señal de la figura 12 es una señal de un paciente en estado anestésico, y como es muy claro observar que existen pequeñas ráfagas de señal y partes donde hay una supresión de señal de EEG. El espectro en frecuencias denota una acumulación de potencia en las bajas frecuencias lo que denota supresión de señal de EEG al entrar a un estado anestésico.

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CONCLUSIONES

Los resultados y la experiencia obtenida de la utilización del monitor en quirófano sugieren que puede ser utilizado como una herramienta mas para los anestesiólogos ya que les ayuda a tomar desiciones.

BIBLIOGR4FI.A

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