Near-infrared spectroscopy - not useful to monitor cerebral oxygenation after severe brain injury

Summary:

Since its development more than twenty years ago, non-invasive near-infrared-spectroscopy (NIRS) has been widely used to monitor cerebral oxygenation. Despite of its growing number of users, the diagnostic value of near-infrared spectroscopy still remains unclear, especially in case of acute brain injury and long-term neuromonitoring, necessary during intensive care therapy. To evaluate quality and sensitivity of NIRS measurements compared to invasive ICP-, CPP- and regional brain tissue - pO₂ (p(ti)O₂) monitoring, 31 patients, suffering from severe brain injury due to subarachnoid hemorrhage or severe head injury, were studied. NIRS measurements were only possible in 80% (using the INVOS oximeter) and in 46% (using the CRITIKON monitor), while good data quality was obtained in 100% from ICP, CPP and p(ti)O₂. Major reasons for the failure of NIRS measurements were: (1) a wet chamber between sensor and skin, (2) galea hematoma or (3) subdural air after craniotomy. Different tests were performed to compare the sensitivity of regular oxygen saturation (NIRS) with the sensitivity of invasively determined p(ti)O₂. Only induced hyperoxia (FiO₂ = 1.0) revealed a significant correlation between both parameters (r = 0.67, p < 0.01). Lower or no correlation was found after changing p_aCO₂ and administration of mannitol. The high failure rate and the limited sensitivity does not make the clinical use of near-infrared spectroscopy suitable as a part of neuromonitoring after acute brain injury at the present time.

Zusammenfassung:

Seit ihrer Entwicklung vor mehr als zwanzig Jahren erfreut sich die Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS) weiter Verbreitung in der Messung der zerebralen Oxygenation. Obwohl die Zahl ihrer Benutzer ständig zunimmt, bleibt ihr diagnostischer Wert jedoch weiter unklar, vor allem nach schwerer Hirnschädigung und in der Langzeitmessung. Bei 31 Patienten, die unter einer schweren Hirnschädigung, ausgelöst durch ein schweres Schädel-Hirn-Trauma oder durch eine schwere Subarachnoidalblutung litten, wurde die NIRS unter verschiedenen Bedingungen mit den bereits validierten Methoden der Messung des ICP, CPP und des Hirngewebe-Sauerstoffpartialdruckes (p(ti)O₂) verglichen. Die NIRS-Messungen lieferten nur in 80% mit dem INVOS- und in 46% mit dem CRITIKON-Monitor stabile Messungen, während die Messung von ICP, CPP und p(ti)O₂ in 100% gelang. Die Hauptgründe für das Versagen der NIRS waren die Entwicklung einer feuchten Kammer zwischen Sensor und Haut, Galea-Hämatome oder subdurale Luft nach Kraniotomieoperationen. Die Sensitivität der NIRS wurde unter verschiedenen Bedingungen im Vergleich zu dem invasiv bestimmten p(ti)O₂ evaluiert. Es konnte nur in den Versuchen unter induzierter Hyperoxie (FiO₂ = 1,0) eine signifikante Korrelation beider Parameter (r = 0,67, p < 0,01) nachgewiesen werden. Keine oder nicht signifikante Korrelationen konnten nach Änderung des paCO₂ (Hypokapnie) und der Gabe von Mannitol gefunden werden. Die hohe Ausfallsquote und die geringe Sensitivität verbieten derzeit den klinischen Einsatz der Nah-Infrarot-Spektroskopie als Teil des Neuromonitorings.

Key words:

Neuromonitoring - brain tissue partial pressure - head injury - subarachnoid hemorrhage

Schlüsselwörter:

Neuromonitoring - Hirngewebesauerstoffpartialdruck - Schädel-Hirn-Trauma - Subarachnoidalblutung

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