Pressão Intracraniana

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1 Pressão Intracraniana Recolha e Processamento de Sinais Biológicos IST/FMUL 2008/12/14 Carvalho, Sérgio - Nº 41623; Carlos, Luís - Nº58150; Pinto, Rui - Nº62842; Costa, João - Nº62850; Santos, Filipa - Nº63715 Introdução A cavidade craniana contém o cérebro, que pesa aproximadamente 1400 g, 75 ml de sangue e 75 ml de líquido cefalorraquidiano (LCR). Estas quantidades mantêm-se relativamente constantes. Logo, em indivíduos saudáveis, o volume de sangue, LCR e do cérebro não aumentam nem diminuem. A pressão intracraniana (PIC), medida em mmhg, é descrita como a pressão que o crânio exerce sobre o tecido cerebral, líquido cefalorraquidiano e sobre o sangue circulante no cérebro. O organismo consegue manter os valores da PIC dentro dos parâmetros normais através de mecanismos de auto-regulação. Recolha de um Sinal Biológico Clinicamente a pressão intracraniana pode ser medida e monitorizada através de um cateter ventricular acoplado a um transdutor de pressão externo. Um transdutor é um dispositivo que recebe um sinal mecânico (pressão, temperatura, entre outros) e o converte num sinal eléctrico. Já um cateter é um tubo que permite a drenagem ou injecção de fluidos numa determinada cavidade corporal [1]. Entre as causas de hipertensão intracraniana podemos referir: - Hidrocefalia (excesso de LCR presente na cavidade do sistema nervoso central) - Estenose dos aquedutos - Grandes concentrações de chumbo no sangue (mais de 70 g/dl) - Obstrução na ventilação - Posição anormal do pescoço - Convulsões - Edema cerebral - Acumulação de sangue no crânio devido a hemorragia intracraniana - Pseudotumor cerebral - Qualquer tipo de meningite - Tumor intracraniano Figura 1 Exemplo de um cateter [1] Como exemplo, um dos transdutores que se utilizam são os da série de Stathan P23 que apresentam quatro fios ligados a duas armaduras encaixadas uma na outra [6]. A armadura interna é ligada ao diafragma onde a pressão está a ser exercida ao passo que a armadura externa é mantida fixa, à pressão atmosférica. Os fios apresentam propriedades extensoras, ou seja, aumentam a sua resistência quando colocados sob tensão [6]. Como consequências do aumento da PIC podem referir-se: - Inflamação do disco óptico ( papilledema ) - Cefaleias - Letargia - Náuseas - Refluxo gastro-esofágico, normalmente pela manhã, antes do pequeno almoço - Sindroma de Foster Kennedy - Diminuir capacidade olfactiva - Inquietação sem causa aparente - Afasia Figura 2 Transdutor da série Stathan P23 [7] As pontes de wheatstone (circuito eléctrico) conseguem detectar variações de resistência e, à custa dessa variação, detectar valores de força, ou neste caso de pressão [2]. Para finalizar a obtenção de sinal da pressão intracraniana existe um amplificador que detecta os 1/5

2 desequilíbrios da ponte de wheatstone e envia o sinal para um sistema de registo, um osciloscópio, por exemplo. Para se obter o valor da pressão pode-se utilizar um cateter acoplado a um transdutor de pressão ou apenas um eléctrodo com um transdutor. No caso do cateter acoplado a um transdutor, o transdutor é alojado na drenagem ventricular externa em contacto com o LCR, podendo haver um erro de medição no caso de ocorrer um bloqueio no dreno ventricular [3]. Já no caso do eléctrodo associado a um transdutor, este tem que ser calibrado antes de inserido no crânio, sendo possível medir a sua precisão colocando o eléctrodo transdutor e um cateter de fibra óptica no dreno ventricular [3]. Existem ainda cateteres de fibra óptica, referidos no parágrafo anterior, que detectam valores de pressão através da reflexão da luz e variação da sua intensidade no diafragma presente na extremidade da fibra óptica [3]. Figura 4 Exemplo de um complexo PTND, num gráfico ICP vs tempo. [4] Metodologia: Apesar da elevada disponibilidade na obtenção de conversores de sinal analógico para digital, para a maioria dos doentes são utilizados meios de baixa precisão (8 bits), pois os sinais são usados primariamente para o seguimento do sinal num monitor e para calcular a tendência do mesmo, utilizações para as quais não existe necessidade de grande precisão. Esta situação é ainda mais evidente dada a largura do sinal de PIC (compreendido aproximadamente entre -5 e 100mmHg), quando comparada com amplitude pico a pico do sinal (perto de 4mmHg) [4]. A detecção do complexo PTND é feita então em quatro fases (figura 5). Figura 3 Diferentes formas de monitorização da pressão intracraniana. [3] Sinal de PIC Filtro Passa-Baixo Detecção primária dos batimentos Detecção de Componentes da Onda de PIC Picos Detectados Detecção de picos locais Filtro de erros de Quantização A maioria dos estudos sobre Pressão Intracraniana baseiam-se em relações de tempo e outras medidas, tais como a média, o desvio padrão, o pico de amplitude ou a densidade espectral, das ondas de PIC. Estes métodos são insuficientes para extrair informação sobre batimentos ou a forma da onda de pulso, devido à falta de detectores capazes de extrair directamente características de cada batimento individualmente [4]. Cada batimento surge na medição da PIC como o conjunto de quatro componentes: Pico de percussão [Percussion Peak] (P), Pico ondulatório [Tidal Peak] (T), um mínimo Dicrótico [Dichrotic Notch] (N) e um pico Dicrótico [Dichrotic Peak] (D), que formam assim um complexo PTND (como observado na figura 4) [4]. A recolha deste tipo de dados de modo automático e preciso é extremamente útil para precisar com maior segurança a forma do sinal recolhido, em relação a factores como alterações relativas na amplitude entre picos. Torna-se possível estimar melhor a conformação do tecido intracraniano sem os riscos associados a outros tipos de monitorização como o Doppler transcraniano. Figura 5 Fases da detecção de componentes da onda de PIC Passamos agora à descrição de cada fase da obtenção do complexo PTND: 1.Filtro Passa-Baixo Antes da detecção de cada componente do complexo PTND, primeiro o detector localiza vagamente cada batimento. De modo a simplificar esta tarefa, recorrese a um filtro passa-baixo, de modo a reduzir o efeito de ruídos de elevada frequência provocados por movimentos do próprio doente, entre outras razões. 2. Detecção Primária dos Batimentos O sinal filtrado na fase anterior contém unicamente um pico por batimento cardíaco, excepto em regiões em que existam artefactos. Nesta altura, é estimada a localização desses batimentos (picos do sinal). 2/5

3 3. Filtro de erros de Quantização O ruído de quantização varia dependendo do paciente e da monitorização. A fim de se calcular este ruído, estima-se o valor de Erro de Quantização Relativo (RQE) que se define como o número de amostras consecutivas que são iguais divididas pelo número total de amostras. 4. Detecção Local dos Picos Recorrendo a uma função específica para detecção de picos, procuram-se os máximos locais do sinal filtrado nas fases anteriores, tentando-se assim encontrar as componentes PTND, localizadas perto dos locais considerados para os batimentos no processo anterior. Esta função permite no entanto, um número máximo de picos por janela. É considerada uma vizinhança específica destas regiões, para os componentes PTND. Como a janela considerada no gráfico estará em fase com o complexo PTD, as suas componentes serão detectadas por esta mesma ordem (P seguido de T e de D). Análise das Ondas de Pressão Intracraniana A forma de onda da PIC é composta por três componentes, que se sobrepõem no domínio do tempo mas podem ser separadas no domínio da frequência, como se pode constatar na figura 7 [5]. A onda de pulso possui várias harmónicas (múltiplos da frequência), sendo que a fundamental tem uma frequência igual à cardíaca. A amplitude desta componente (AMP) é importante na avaliação de outros índices. A onda respiratória, como o nome indica, está relacionada com a frequência do ciclo respiratório (8 a 20 ciclos por minuto). Todas as componentes que caem entre 0.05 e Hz (período de 20s a 3 min) são classificadas como ondas lentas. Por fim, já com as ondas identificadas, usa-se a mesma função para calcular os intervalos entre batimentos assim como as suas amplitudes. Todas as outras características importantes extraíveis da análise da PIC podem ser obtidas com facilidade após este processo. Figura 7 Separação da onda de pressão intracraniana no domínio da frequência. [5] Reserva Compensatória Pressão-Volume Vantagens Figura 6 Exemplo de um complexo PTND, num gráfico ICP vs tempo. [4] A principal vantagem da utilização de algoritmos de análise automática para a detecção de batimentos é a poupança ao nível de tempo e custos. Para além disto, existe tradicionalmente dificuldade para a detecção do sinal de PIC em segmentos que contenham ruído devido a movimentos dos examinados ou outras perturbações externas. Sabe-se, no entanto, que este problema é de certa forma ultrapassado com um método automático, dado que este irá seleccionar o pico de PIC baseado no intervalo anterior. O índice chamado RAP (Índice de Reserva Compensatória) pode ser obtido pelo cálculo da correlação linear entre dados de AMP e PIC, adquiridos durante um período suficientemente longo para atenuar os efeitos das ondas respiratória e de pulso [5]. Este índice indica o grau de correlação entre a amplitude e a pressão intracraniana média durante curtos períodos de tempo (4 mins). Um coeficiente RAP perto de 0 indica falta de sincronismo entre as mudanças na amplitude e na PIC média. Isto denota uma boa reserva compensatória para uma pressão intracraniana baixa, o que significa que uma variação de volume produz pouca ou nenhuma variação na pressão. Após um traumatismo craniano o índice RAP aumenta para valores perto de 1 (lado direito da Figura 8) e a reserva compensatória está baixa, ou seja, um ligeiro aumento no volume produz um aumento brusco na pressão intracraniana [5]. 3/5

4 Figura 8 Representação da amplitude da onda de pulso da PIC, ao longo do eixo dos Y s, do lado direito do gráfico, que depende das alterações pulsáteis no volume de sangue cerebral, representado abaixo do eixo dos X. É possível visualizar a curva pressão-volume, que tem três zonas: uma zona horizontal, expressando uma boa reserva compensatória, uma zona exponencial, descrevendo uma reserva compensatória em degradação e uma última zona horizontal, que se dá quando a PIC se encontra muito elevada, o que tem como consequência a diminuição da amplitude de pulso. RAP: Índice de reserva compensatória. [5] Reactividade da Pressão Cerebrovascular Outro índice derivado da PIC é o índice de pressão-reactividade (PRx), que avalia as reacções vasculares cerebrais através do estudo da resposta da PIC a pequenas e espontâneas mudanças na pressão arterial [5]. Quando o sistema vascular cerebral reage normalmente, qualquer variação na pressão arterial produz um efeito contrário no volume de sangue cerebral e, consequentemente, na PIC. Quando a reactividade está perturbada, as variações na pressão arterial são transmitidas passivamente à PIC [5]. De modo similar ao Índice de Reserva Compensatória, o PRx é determinado pelo cálculo do coeficiente de correlação entre 40 valores médios de pressão intracraniana e pressão arterial. Um valor positivo implica um gradiente positivo da linha de regressão entre as componentes lentas da pressão arterial e da pressão intracraniana, o que aparenta estar associado a uma má reactividade do sistema vascular. Um valor negativo do PRx reflecte normalidade, pelo que as ondas de pressão arterial provocam ondas de PIC em oposição de fase. Valores anormais do PRx e do RAP, em simultâneo, indicam uma pobre auto-regulação e podem prever uma má recuperação depois de um traumatismo. Figura 9 Relação entre as ondas lentas da pressão arterial (ABP) e a pressão intracraniana (PIC). No caso A, há uma correlação positiva entre a ABP e a PIC, o que indica perda de reserva cerebrovascular. No caso B há uma correlação negativa entre as duas variáveis, visível no declive negativo da recta de regressão, dando um valor de PRx negativo, reflectindo boa reactividade. [5] Uso prático dos parâmetros derivados da PIC: CPP (pressão de perfusão cerebral) óptima O gráfico do PRx em função da pressão de perfusão cerebral, CPP (CPP = Pressão arterial média Pressão intracraniana), é uma curva em forma de U, o que indica que, para a maioria dos doentes, há um valor de reserva compensatória óptimo, o qual pode ser estimado pela análise deste gráfico em janelas de tempo de 6 horas [5]. 4/5

5 Foi demonstrado que quanto mais longe da CPP óptima o doente se encontrar, pior a sua recuperação. Esta metodologia leva às terapias orientadas por CPP [5]. Um valor baixo indica isquémia (fraca irrigação dos tecidos que pode levar à sua morte) e um valor elevado sugere vasodilatação com consequente aumento de irrigação, sendo ambas as situações de evitar. Assim, sugere-se que a pressão de perfusão cerebral seja mantida no seu valor óptimo. Considerações Finais A variação da pressão intracraniana é um evento muito comum, podendo mesmo ocorrer no caso de uma simples encefalia, pelo que é necessário um conhecimento profundo e adequado à sua monitorização e posterior tratamento. Dai ser necessário que a classe médica domine e conheça estas técnicas ao pormenor. Entre as técnicas descritas neste trabalho para a obtenção de sinal de pressão intracraniana destacamos o transdutor de ponta de pressão acoplado a um cateter por ser uma técnica relativamente simples (não exige um conhecimento profundo por parte do médico que o está a utilizar), por ser barato e pelos materiais serem de grande durabilidade em comparação com outros métodos. Actualmente todas as técnicas conhecidas são invasivas pelo que a procura de um método que não exija a incorporação de um aparelho ou de um chip no interior do crânio do paciente é ainda tema de investigação. A partir do momento que se obtém o sinal, é possível tirar conclusões acerca de outros parâmetros vitais como a frequência cardíaca e respiratória, através de uma filtração e processamento adequados do sinal recebido. Assim, é possível poupar tempo e recursos que podem ser imprescindíveis no diagnóstico. O primeiro método referido no texto tem como objectivo a obtenção de uma forma onda específica com 4 componentes bem definidas, formando entre elas um complexo (PTND), que indirectamente nos informa sobre a frequência cardíaca. Relativamente ao segundo método, este visa obter variáveis derivadas da PIC, destacando-se os índices RAP e PRx, de fácil obtenção, e que reflectem o estado autoregulatório cerebral. Quando combinados com outras variáveis, pode-se obter, por exemplo, a pressão de perfusão cerebral óptima, sugerindo terapias orientadas por CPP. Não interessa o quão sofisticadas as novas variáveis e modelos sejam. A ferramenta mais útil é um ecrã de computador ao lado da cama do doente para monitorização de múltiplos parâmetros em simultâneo, o que possibilita a reacção a uma situação de crise e a criação de uma estratégia para o cuidado do doente. Siglas empregues neste artigo: ABP Pressão arterial média AMP- Amplitude da onda de pulso CPP- Pressão de perfusão cerebral LCR- Líquido cefalorraquidiano PIC Pressão intracraniana PRx- Índice de pressão-reactividade RAP- Índice de Reserva Compensatória REFERÊNCIAS: [1] (2008/12/14) [2] (2008/12/14) [3] &task=view&id=17&itemid=42 (2008/12/14) [4] Automatic Detection Algorithm of Intracranial Pressure Waveform Components Aboy, M.; McNames, J.; Goldstein, B. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBS), Proceedings of the 23th International Conference of the IEEE, Volume: 3, 2001 Page(s): [5] Monitoring and interpretation of intracranial pressure Czosnyka M, Pickard JD. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2004;75: [6] Aspectos Metodológicos Relacionados aos Sistemas Manométricos Utilizados em Estudos Hemodinâmicos Edson Antonio Bregagnollo1, Fábio Cardoso Carvalho, Isamara Fernanda Bregagnollo, Jorge Sadame Hirata Rev Bras Cardiol Invas 2007; 15(4): [7] (2008/12/14) 5/5