Intraoperative monitoring of depth of anesthesia by automated EMG-analysis

• Applicant: Professor Dr. Julian Prell
• Subject Area: Clinical Neurology; Neurosurgery and Neuroradiology ; Anaesthesiology
• Term: from 2015 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 271272504

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Im Rahmen neurochirurgischer Eingriffe kann es bei zu flacher Narkose zu Aufwachreaktionen kommen. Wenn diese mit Patientenbewegungen verbunden sind, besteht ein erhebliches Verletzungsrisiko. Zur Beurteilung der Narkosetiefe werden Parameter des Herzkreislaufsystems und der Hirnaktivität überwacht, die sich jedoch sehr unterschiedlich zur frühzeitigen Erkennung von Aufwachreaktionen und Patientenbewegungen eignen. Die antragsstellende Arbeitsgruppe konnte in einer früheren Pilotstudie zeigen, dass teilweise bereits Minuten vor Patientenbewegungen Aktivität in der Schlund- und Rachenmuskulatur abzuleiten ist. Diese elektromyographische (EMG) Aktivität wird als Ausdruck wiedereinsetzender Schutz- und Würgereflexe interpretiert, die praktisch als Warnhinweise genutzt werden können. Im durchgeführten Projekt wurde nun überprüft, inwiefern solche Aktivität auch in der Gesichtsmuskulatur frühzeitig auftritt und ob diese ebenso als Warnhinweis genutzt werden könnte. Im Vergleich zur Überwachung der Schlund- und Rachenmuskulatur mittels Nadelelektroden wäre die praktische Anwendung bei chirurgischen Eingriffen auch über die Neurochirurgie hinaus deutlich vereinfacht. In der Studie wurde entsprechend EMG aus der Gesichtsmuskulatur um das Auge, den Mund und im Mittelgesichtsbereich ausgewertet und mit der in der Zunge ableitbaren Aktivität unter standardisierten Bedingungen verglichen. Vorwarnzeiten und Fehlalarme wurden untersucht und mit dem in der Praxis häufig verwendeten „bispektralen Index“ (BIS), einem Parameter der Hirnaktivität, und dem Analgesia Nociception Index (ANI) verglichen, der Schmerzwahrnehmung widerspiegelt. Probleme in der Durchführung lagen vor allem in den Einschränkungen der für die Studie in Frage kommenden Patienten. Diese fielen umfangreicher aus, als ursprünglich geschätzt. Beispielweise war die Ableitung der Daten bei Operationen in Bauchlage erschwert und lieferte keine ausreichende Datenqualität. In einzelnen Fällen konnten Daten vor dem Erwachen am OP-Ende nicht gewonnen werden, weil die Narkose erst nach dem OP-Ende auf der Intensivstation beendet wurde. Die engmaschige Überwachung und Dokumentation des OP-Verlaufs erforderte zudem deutlich höhere personelle Ressourcen als beantragt, konnte jedoch durch Personal der Klinik kompensiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass je nach betrachtetem Bereich der Gesichtsmuskulatur, im Median 28%-45% (Mund besser als Mittelgesicht und Augenbereich) der Patienten eine EMG-Aktivierung im Median ca. 43-310s (Gesichtsmuskulatur) bzw. 136s (Zunge) vor Anstieg des BIS zeigen. Im Vergleich zu einer Patientenbewegung konnten erste Veränderungen in der Gesichtsmuskulatur mit einem Vorlauf von im Median 19-164s und in der Zunge 172s nachgewiesen werden. Bei einzelnen Fällen wurden Vorwarnzeiten von über 15 Minuten erreicht. Fehlalarme traten mit einer medianen Häufigkeit von 0/h (Auge, Mittelgesicht, Mund)-0,4/h (Zunge) auf. Der intraoperative Verlauf des ANI zeigte starke Schwankungen mit nur unregelmäßigen relevanten Veränderungen vor Patientenbewegungen. Eine Verwendung als Warnparameter erschien nicht möglich. Die Überwachung der Gesichts- und Zungenmuskulatur erlaubt demnach eine frühzeitige Erkennung von Aufwachreaktionen und Patientenbewegungen im Verlauf einer Narkose, mit Vorwarnzeiten von mehreren Minuten. Insbesondere die Ableitung aus der Gesichtsmuskulatur um den Mund kann eine Messung der EMG-Aktivität der Zunge in den meisten Fällen ersetzen. Die Ergebnisse sollen nun in ein kommerzielles Messsystem integriert und so einer breiteren Anwendung zugänglich gemacht werden.

Publications

• Monitoring der Narkosetiefe in der Aufwachphase: Fazialis EMG vs. BIS vs. ANI. 10 - 11.03.2017. Jahrestagung der Sektion Neurophysiologie der DGNC
  Krempler K, Rensch L, Rampp S, Strauss C, Prell J
  
• EMG activity as a marker for intraoperative awakening. 13. -14.04.2018. Jahrestagung der Sektion Neurophysiologie der DGNC
  Rensch L, Rampp S, Strauss C, Prell J
  
• EMG activity as a marker for intraoperative awakening. 70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC), Joint Meeting mit der Skandinavischen Gesellschaft für Neurochirurgie; Deutsche Gesellschaft für Neurochirurgie; Würzburg. 12.-15.05.2019. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2019
  Rensch L, Rampp S, Strauss C, Prell J.
  
• EMG-Aktivität als Prädiktor für intraoperatives Erwachen -neue Zwischenergebnisse. 05.04.-06.04.2019. Jahrestagung der Sektion Neurophysiologie der DGNC
  Rensch L, Rampp S, Strauss C, Prell J
  
• EMG activity as a marker for intraoperative awakening. 12. – 15.05.2020. 70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC)
  Rensch L, Rampp S, Strauss C, Prell J
  
• EMG activity as a marker for intraoperative awakening. 21.06 – 24.06. 2020. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC)
  Rensch L, Rampp S, Strauss C, Prell J