Nadciśnienie śródczaszkowe (ang. Increased intracranial pressure, ICP) jest jedną z głównych przyczyn występowania wtórnego niedokrwienia mózgu, które towarzyszy wielu stanom patologicznym, takim jak urazowe uszkodzenie mózgu, udar mózgu, czy krwiak śródczaszkowy. Nadciśnienie wewnątrzczaszkowe może powodować takie komplikacje jak: zaburzenia wzroku, trwałe zaburzenia neurologiczne, odwracalne zaburzenia neurologiczne, napady padaczkowe, udar. Mimo to monitorowanie ciśnienia śródczaszkowego jest rzadko przeprowadzane u pacjentów ze wspomnianymi zaburzeniami ze względu na inwazyjny charakter standardowej procedury jego przeprowadzania (która wymaga umieszczenia czujnika wewnątrz komór mózgu), dodatkowe ryzyko, które niesie ona dla pacjentów, wysokie koszty umieszczenia czujnika oraz ograniczenia związane z personelem medycznym, szczególnie potrzebą nadzorowania procedury przez neurochirurga. Poszukiwane są więc alternatywne, nieinwazyjne metody monitorowania ciśnienia wewnątrzczaszkowego.
Zdecydowana większość metod nieinwazyjnych opiera się na założeniu, że pewne struktury anatomiczne głowy oraz wewnątrz- i zewnątrzczaszkowe objawy fizjologiczne są skorelowane z nadciśnieniem wewnątrzczaszkowym. Istotnym ograniczeniem takiego podejścia jest fakt, że korelacja pokazuje związek; nie pokazuje jednak zmian natężenia tego związku ani błędów systematycznych. Metody oparte na korelacji pozwalają więc na szacowanie ciśnienia wewnątrzczaszkowego z ograniczoną trafnością (wyrażoną przez błąd systematyczny) i dokładnością (wyrażoną przez odchylenie standardowe). Metody te nie są również w stanie mierzyć ilościowo absolutnych zmian ciśnienia ze względu na potrzebę kalibrowania ich indywidualnie u każdego pacjenta z bezpośrednimi odczytami ciśnienia wewnątrzczaszkowego, które można uzyskać jedynie w wyniku przeprowadzenia procedur inwazyjnych.
Absolutne wartości ciśnienia wewnątrzczaszkowego (wyrażone w mmHg lub innych jednostkach) są niezbędne do podejmowania decyzji w sprawie leczenia pacjenta. Jedyne trafne, dokładne i specyficzne dla pacjenta nieinwazyjne mierzenie ciśnienia wewnątrzczaszkowego polega więc nie na podejściu „korelacyjnym” ale na zasadzie bezpośredniego porównania ciśnienia wewnątrz- i zewnątrz- czaszkowego.
Innowacyjna metoda dwugłębokościowego okołoocznego badania dopplerowskiego (ang. Two-Depth Transorbital Doppler, TDTD) pozwala zmierzyć nadciśnienie wewnątrzczaszkowe opierając się na tej samej ogólnej zasadzie, co mierzenie obwodowego ciśnienia krwi przy pomocy sfigmomanometru. Sfigmomanometr opiera się na zasadzie równowagi ciśnienia – wypełniony powietrzem rękaw owinięty wokół ramienia pacjenta ściska naczynia krwionośne tak mocno, że dalszy przepływ krwi nie jest możliwy. W punkcie równowagi ciśnień, gdy ciśnienie powietrza w rękawie osiąga wartość skurczowego ciśnienia krwi, krew zaczyna ponownie płynąć, co przy pomocy stetoskopu można usłyszeć jako charakterystyczny świst. W przypadku tej metody nie jest potrzebna indywidualna kalibracja dla każdego pacjenta.
Metoda TDTD używa ultrasonografii dopplerowskiej i zasady równowagi ciśnień by odczytać wartość ciśnienia wewnątrzczaszkowego. Tętnica oczna – specyficzne naczynie krwionośne posiadające zarówno wewnątrz- jak i zewnątrz- czaszkowy odcinek – jest wykorzystywane do nieinwazyjnego zmierzenia ciśnienia, umożliwiającego odczyt absolutnych wartości ciśnienia wewnątrzczaszkowego w mmHg lub mmH20. Przepływ krwi w odcinku wewnątrzczaszkowym tętnicy ocznej jest zależny od wewnątrzczaszkowego ciśnienia płynu mózgowo-rdzeniowego w układzie komorowym, podczas gdy przepływ w odcinku zewnątrzczaszkowym zależy od ciśnienia przyłożonego do gałki ocznej.
Do gałki ocznej i otaczających jej tkanek przykłada się – podobnie jak w przypadku sfigmomanometrii – „rękaw” zapewniający zewnętrzne ciśnienie o znanej wartości. Ciśnienie to zmienia dynamikę przepływu krwi z odcinka wewnątrzczaszkowego do zewnątrzczaszkowego. Zamiast stetoskopu wykorzystuje się ultrasonograf dopplerowski, który mierzy przepływ krwi w obu odcinkach tętnicy ocznej. Przy pomocy rękawa stopniowo zwiększa się ciśnienie zewnętrzne przyłożone do gałki ocznej aż do momentu, gdy przepływ krwi przez odcinek zewnątrzczaszkowy tętnicy staje się taki sam jak w odcinku wewnątrzczaszkowym. W tym punkcie równowagi ciśnień, zewnętrzne ciśnienie przyłożone do gałki ocznej równa się ciśnieniu płynu mózgowo-rdzeniowego.
Ta metoda pomiaru eliminuje ograniczenia innych metod nieinwazyjnych związane z potrzebą indywidualnej kalibracji u każdego pacjenta dzięki bezpośredniemu porównaniu ciśnienia wewnątrz naczynia krwionośnego z zewnętrznie przyłożonym ciśnieniem.
Średnia wartość przepływu krwi, ciśnienie skurczowe i rozkurczowe, tętno i inne wskaźniki wyrównują się w obu odcinkach tętnicy ocznej, gdy ciśnienie zewnętrzne na gałkę oczną równoważy ciśnienie wewnątrzczaszkowe. Dzięki temu indywidualne czynniki wpływające na przepływ krwi (takie jak stany patofizjologiczne pacjenta, różnice w średnicy i przebiegu tętnicy ocznej, oporność hydrodynamiczna naczyń krwionośnych w gałce ocznej) nie wpływają na punkt równowagi ciśnień, a cały system pomiaru nie wymaga indywidualnej kalibracji.
Ragauskas i in. opublikowali statystycznie istotne wyniki badań klinicznych, w których oceniali trafność i dokładność pomiarów dokonanych tą nieinwazyjną metodą. Badanie pokazało, że metoda oparta na pomiarach przepływu krwi w tętnicy ocznej jest jedyną metodą nieinwazyjną, która umożliwia ilościowe pomiary wartości absolutnych ciśnienia wewnątrzczaszkowego bez potrzeby indywidualnej kalibracji. Trafność, dokładność, czułość i specyficzność zaproponowanej metody są w pełni wystarczające do zastosowania klinicznego w dziedzinach takich jak neurologia, transplantologia, intensywna opieka medyczna, czy medycyna sportu.
Metoda jest obecnie dalej rozwijana przez spółkę Vittamed Ltd z partnerami w projektach europejskich EU FP7: BrainSafe, BrainSafe II i TBIcare.
Techniki ultradźwiękowe Większość opatentowanych metod nieinwazyjnego pomiaru ciśnienia wewnątrzczaszkowego jest oparta na założeniu, że nadciśnienie śródczaszkowe zmienia pewne wymiary fizyczne i/lub właściwości akustyczne mózgoczaszki i struktur wewnątrz niej (opony mózgowe, tkanki mózg, naczynia krwionośne). Wspólną wadą wszystkich tych metod jest fakt, że mierzą one jedynie względne zmiany ciśnienia wewnątrzczaszkowego względem podstawowego pomiaru, który musi być dokonany przy pomocy metody inwazyjnej. Nieinwazyjne techniki ultradźwiękowe monitorowania zmian ciśnienia śródczaszkowego nie są wystarczająco skuteczne i większość z nich jest uważana za niedostatecznie precyzyjną do stosowania w leczeniu klinicznym. Ich oryginalne opracowania zazwyczaj nie specyfikują położenia transduktora ultradźwięków i nie uwzględniają jak celowe lub przypadkowe przemieszczenia transduktora i kąt padania fal ultradźwiękowych wpływają na wiarygodność otrzymanych wyników. Nie zostało również wystarczająco zbadane jak pomiary są zaburzone przez obecność struktur patologicznych na drodze przenikania fal lub przez zmiany położenia tkanek mózgowych.
Średnica czaszki Wymiary czaszki i jej struktur są określane przy pomocy techniki ultradźwiękowej, w której mierzy się czas przechodzenia fali ultradźwięków i jej echa przez czaszkę i oblicza odległości pomiędzy strukturami używając znanych wartości prędkości rozprzestrzeniania się ultradźwięków w różnych tkankach (kości, mózgowie, płyn mózgowo-rdzeniowy). Niestety, powtarzalne relacje ilościowe pomiędzy średnicą czaszki a ciśnieniem wewnątrzczaszkowym nie mogą być ustalone ponieważ zmiany w wymiarach czaszki spowodowane wzrostem ciśnienia są niewielkie w porównaniu z międzyosobniczą różnorodnością rozmiarów, kształtów i grubości czaszek ludzkich.
Średnica czaszki koreluje się z ciśnieniem śródczaszkowym różnie u różnych pacjentów. Z tego powodu metoda ta wymaga osobnej kalibracji u każdego pacjenta. Kalibracja taka nie może odbyć się bez użycia metod nieinwazyjnych.
Grubość opony twardej Metoda zakładaKageyama, N., Kuchiwaki, H., Ito, J., Sakuma, N., Ogura, Y., Minimiyama, F.: US4971061 (1990)., że ciśnienie wewnątrzczaszkowe może być oszacowane na podstawie grubości twardówki, którą mierzy się przy pomocy echa ultradźwięków. Użyteczność tej metody została z powodzeniem potwierdzona w badaniu nad czterema zdrowymi pacjentami i czterema cierpiącymi na nadciśnienie śródczaszkowe, aczkolwiek badania na szerszą skalę nie zostały nigdy przeprowadzony, ponieważ metoda nie przyciągnęła wystarczającej uwagi wśród lekarzy. Ta metoda również wymaga indywidualnej kalibracji dla każdego pacjenta.
Komory mózgowe MichaeliMichaeli, D.: WO00068647 (2000). zaproponował, że wartość ciśnienia wewnątrzczaszkowego może być skorelowana ze stopniem i sposobem pulsowania trzeciej komory synchronicznego z cyklem pracy serca lub oddychaniem; pulsowanie to można zmierzyć przy pomocy fali ultradźwięków. Metoda nie została dotąd niezależnie potwierdzona a jej autor nie przedstawił danych, z których można by szacować jej skuteczność. Aczkolwiek w dyskusji we wniosku patentowym sugeruje się, że metoda może rozróżnić trzy zakresy ciśnienia wewnątrz komór mózgu (<20, 20-40 i >40mmHg), ale nie dostarcza dokładnych wartości ciśnienia wewnątrz zakresu ze względu na brak możliwości kalibrowania jej u poszczególnych pacjentów.
Nieinwazyjna metoda opracowana przez Davida Michaeli’ego, oparta na analizie rezonansu tkanek daje dwie możliwości: 1) jakościowa metoda oceny lekkiego (10-20 mmHg), średniego (20-40) i ciężkiego (powyżej 40 mmHg) nadciśnienia wewnątrzczaszkowego. Ta metoda wykożystuje nieinwazyjne, długoterminowe zapisywanie wzorów fal nadciśnienia czaszkowego, takich jak fale Lundsbergsa. 2) Ilościowy pomiar fal nadciśnienia ze specjalnym przelicznikiem na mmHg.
Miąższ mózgu W ostatnim czasie zostały zaproponowane liczne metody szacowania nadciśnienia wewnątrzczaszkowego na podstawie pomiarów czasu przejścia, oporności falowej, rezonansu i prędkości ultradźwięków6. Bridger et al. US5919144 (1999). lub na podstawie rozchodzenia się ultradźwięków w miękiszu mózgu7. Ragauskas A, A., Daubaris, G.: US5388583 (1995)..
Ultradźwiękowe pomiary ciśnienia śródczaszkowego oparte na ostatnim podejściu, opracowane przez firmę Vittamed Technologijos (Kowno, Litwa), wykazały dużą zgodność z inwazyjnymi metodami pomiaru, ze średnią różnicą zaledwie 2-3 mmHg u niewielkiej grupy pacjentów. Metody te zostały wykorzystane w innych projektach neuromonitoringu.
Przezczaszkowa ultrasonografia dopplerowska Przezczaszkowa ultrasonografia dopplerowska (ang. transcranial Doppler ultrasonography, TCD) mierzy prędkość przepływu krwi przez główne śródczaszkowe naczynia krwionośne przy pomocy emitowanych fal o wysokiej częstotliwości (>2Mhz). Fale emitowane są z sondy ultradźwiękowej, następnie mierzy się różnicę w częstotliwości fal nadanych i odbitych, która koreluje się bezpośrednio z prędkością przepływającej w naczyniu krwi (tzw. efekt Dopplera). Pomiaru dokonuje się w miejscach gdzie czaszka jest najcieńsza (obszar skroniowy, potylica, oczodoły), jako że kości mocno osłabiają przenikanie ultradźwięków o tych częstotliwościach. TCD jest podstawową techniką diagnozowania różnych wewnątrzczaszkowych problemów z układem krwionośnym takich jak zatory, stenoza czy skurcz naczyń krwionośnych mózgu i może być użyta do typowania pacjentów narażonych na zwiększone ryzyko niedokrwienia mózgu we wczesnych stadiach urazów mózgu lub udaru.
Nadciśnienie wewnątrzczaszkowe może być wykryte przy pomocy pomiarów TCD ponieważ utrudnia ono przepływ krwi przez naczynia i w konsekwencji obniża prędkość przepływu krwi. Poza średnią prędkością przepływu wskaźnik tętna (różnica między prędkością skurczową i rozkurczową, podzielona przez średnią prędkość przepływu) i nachylenie krzywej fali TCD były korelowane z nadciśnieniem tętniczym. Szacunki te są jednak niewystarczająco dokładne z marginesem błędu na poziomie ±10 - 15 mmHg.