Der Bispektrale Index - unispital-basel.ch · Ergebnis, dass eine kumulativ tiefe Hypnose intraoperativ (BIS- Index

Der Bispektrale Index

-

Sinnvolles Monitoring

oder

unnötiger Luxus?

Vorgelegt von Matthias Klimkait

Gundeldingerstrasse 59

4053 Basel

[email protected]

April 2009

Nachdiplomweiterbildung Anästhesie

Departement Anästhesie

Universitätsspital Basel

Der Bispektrale Index ! Sinnvolles Monitoring oder unnötiger Luxus?

Matthias Klimkait ! Abschlussarbeit Nachdiplomweiterbildung Anästhesie - April 2009 II

Inhalt:

I. VORWORT: III

II. EINLEITUNG: 1

2.1 AUFBAU DER ARBEIT 12.2 EINGRENZUNG 12.3 METHODIK 12.4 ANMERKUNGEN 2

III. HAUPTTEIL: 2

3.1 FRAGESTELLUNG 23.2 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 3

3.2.1 ANÄSTHESIE/NARKOSE 33.2.2 ÜBERWACHUNG DER NARKOSETIEFE 43.2.3 AWARENESS 53.2.4 EEG GRUNDLAGEN 83.2.5 EEG VERÄNDERUNGEN WÄHREND ALLGEMEINANÄSTHESIE 93.2.6 PROZESSIERTE EEG 10

3.3 DER BISPEKTRALE INDEX MONITOR 113.3.1 BIS UND !AWARENESS" 123.3.2 MEDIKAMENTÖSE EINFLÜSSE 153.3.3 BIS UND BEWEGUNGSREAKTIONEN 153.3.4 BESONDERES 163.3.5 ARTEFAKTE: 16

IV. SCHLUSSTEIL: 17

4.1 ZUSAMMENFASSUNG 174.2 FAZIT 17

V. APPENDIX: 20

5.1 GLOSSAR: 205.2 LITERATURVERZEICHNIS: 255.3 ABBILDUNGSVERZEICHNIS: 29


Matthias Klimkait ! Abschlussarbeit Nachdiplomweiterbildung Anästhesie - April 2009 III

I. Vorwort:

Zahlreiche Parameter stehen uns zur Überwachung wichtiger Vitalfunktionen in der

Anästhesie zur Verfügung. So sind wir schon lange in der Lage Blutdruck,

Herzfrequenz und Sauerstoffsättigung im Blut zu bestimmen, oder Messwerte durch

invasive Methoden, wie beispielsweise Hirndrucksonden oder Pulmonalarterielle

Katheter, zu erhalten.

Die Wirkung der verschiedenen Anästhetika direkt am Zentralen Nervensystem

(ZNS) zu messen, gelingt hingegen noch immer nicht.

Die Ursachen hierfür sind mannigfaltig und liegen nicht ausschließlich im technischen

Bereich.

Die Wirkungen und Wirkmechanismen der verschiedenen Anästhetika am ZNS sind

variabel, die Interpretation abgeleiteter Parameter (z.B. eines EEG) schwierig und

komplex.

Mit Beginn der Allgemeinanästhesien vor rund 150 Jahren hat sich die Motivation ein

„Narkosemonitoring“ zu etablieren verändert.

Mit Einführung der ersten Mononarkosen galt es Intoxikationen und somit die

schwerwiegendste Komplikation, den Exitus letalis, zu verhindern.

Aus der Zeit nach Einführung von Curare als Muskelrelaxans, in den 40er Jahren des

vergangenen Jahrhunderts, stammen die ersten Berichte unerwünschter

intraoperativer Wachheit und damit die Forderung nach einer sicheren

Quantifizierung der Anästhesietiefe.

In der modernen Medizin spielen neben der Verhinderung einer „awareness“

zunehmend auch ökonomische Aspekte eine Rolle, wie das einsparen (teurer)

Narkotika, verkürzen von Aufwachzeiten und perioperativer Verweildauer.

Nicht mehr aus der Narkose zu erwachen, oder während der Operation wach zu sein

und sich nicht bemerkbar machen zu können, sind häufig geäußerte Ängste von

Patienten vor einer Allgemeinanästhesie.


Matthias Klimkait ! Abschlussarbeit Nachdiplomweiterbildung Anästhesie - April 2009 IV

Darum finden die Diskussionen um „Schlafmonitore“ und „awareness“ auch in

öffentlichen Medien immer wieder Interesse, wie Berichte in der „Neuen Zürcher

Zeitung“ (10. 09.2008) und „SPIEGELONLINE“ (28.07.2008) zeigen.

Überspitzt und als Thriller verarbeitet dient die Thematik als Vorlage für den Kinofilm

„AWAKE“, der 2007 in die Kinos kam.

Mit dem Bispektralen- Index (BIS) der Firma Aspect Medical Systems steht uns ein

Monitor zur Verfügung, der mithilfe prozessierter EEG die Narkosetiefe des Patienten

in einfachen Zahlen angibt. Der Hersteller verspricht mit Einsatz des BIS u. A. die

Inzidenz von „awareness“ zu senken.

Gewählt habe ich dieses Thema weil es eines aus unserem anästhesiologischen

Alltag ist. Der BIS- Monitor ist Bestandteil definierter Standards am USB zur

Verhinderung einer „awareness“ bei Risikopatienten, aber dabei unter Kollegen nicht

ganz unumstritten. Häufig bestehen Unsicherheiten vor allem bezüglich

Zuverlässigkeit und Interpretation des BIS- Index, sowie dessen sinnvollen Einsatz.

Die Abschlussarbeit der Nachdiplomweiterbildung Anästhesie hat zum Ziel, eine

pflegerelevante Fragestellung aus dem Praxisfeld der Anästhesiologie zu bearbeiten

und somit eine Verknüpfung zwischen Theorie und Praxis herzustellen.

In der vorliegenden Arbeit möchte ich versuchen Arbeitsweise und Funktion des BIS

anhand einer Fragestellung verständlich zu erklären, sowie sinnvolle

Einsatzmöglichkeiten und Limitierungen zu suchen.

Adressat ist hier vor allem in der Anästhesie tätiges Pflegepersonal.

Bedanken möchte ich mich besonders bei Herrn Prof. Strebel und Herrn Kai Monte

für die fachliche Beratung und Durchsicht der Arbeit.

Vor allem aber danke ich meiner Familie für ihre Geduld und motivierende

Unterstützung, die diese Arbeit erst ermöglichte.

Basel den 30. März 2009, Matthias Klimkait


Matthias Klimkait ! Abschlussarbeit Nachdiplomweiterbildung Anästhesie - April 2009 1

II. Einleitung:

2.1 Aufbau der Arbeit

Aus Übersichtlichkeitsgründen wird im Text auf detaillierte Ausführungen bestimmter

Grundlagen und Funktionsprinzipe verzichtet.

Die mit einem * versehenen Begriffe können im Appendix der vorliegenden Arbeit

nachgeschlagen werden.

Im Hauptteil dieser Arbeit geht es, nach Formulierung der Fragestellung, um

allgemeine Grundlagen zur Einführung in den Themenbereich sowie der Definition

wichtiger Begriffe und Zusammenhänge.

Nachfolgend werden die wichtigsten Studien und Untersuchungen vorgestellt, die der

Bearbeitung und dem Verständnis des gewählten Themas dienlich sind.

Eine kurze Zusammenfassung und mein Fazit für die Praxis erfolgt im

Schlusskapitel, wo ich zudem auf Schwierigkeiten bei der Zusammenstellung der

Arbeit eingehe.

2.2 Eingrenzung

Angestellt im Departement Anästhesie des USB obliegt mir vor allem die

Mitbetreuung erwachsener Patienten in der perioperativen Phase, weshalb ich hier

den Hauptfokus gewählt habe. Zudem beschränke ich mich auf den Aspekt der

„awareness“, um den geforderten Rahmen einzuhalten.

2.3 Methodik

Die Abschlussarbeit setzte intensive Literaturrecherche voraus.

Zur Bearbeitung waren vor allem online verfügbare Datenbanken wie „PubMed“ oder

„The Cochrane Collaboration“, und veröffentlichte Arbeiten im Internet hilfreich, die

ich mit der Suchmaschine GOOGLE ausfindig machen konnte. Wichtige Stichwörter



bei der Suche waren „anaesthesia awareness“, „bispectral index“, „bispectral index

and anaesthesia“ und „bispectral index and awareness“.

Zudem konnte ich die im Departement Anästhesie und in der Bibliothek des USB

ausliegende Fachliteratur einsehen, sowie die Beratung durch Fachpersonal nutzen.

2.4 Anmerkungen

BIS™ ist ein eingetragener Markenname der Firma Aspect Medical Systems.

Auf eine "weibliche Grammatik" habe ich mit Rücksicht auf die Lesbarkeit verzichtet.

Die Leserinnen bitte ich um Verständnis für dieses Konstrukt.

III. Hauptteil:

3.1 Fragestellung

Folgende Fragestellungen sollen helfen durch das gewählte Thema zu leiten:

• Eignet sich der Bispektrale- Index bei Patienten in Allgemeinanästhesie

zur Quantifizierung der Narkosetiefe, und damit zur Prävention einer

„awareness“?

• Welche wichtigen Limitierungen sind beim praktischen Einsatz zu

beachten?



3.2 Allgemeine Grundlagen

3.2.1 Anästhesie/Narkose

Die aus dem griechischen abgeleiteten Begriffe Anästhesie (Empfindungslosigkeit)

und Narkose (Lähmung) werden in der Literatur synonym verwendet.

Hossli (1987) formuliert Narkose als „(…) künstlich herbeigeführte, reversible

Änderungen im Nervensystem, die zu einer Ausschaltung des Bewusstseins führen.

Im Gegensatz zum Schlafenden ist der Anästhesierte nicht weckbar“ (Hossli &

Jenny, 1987, S. 94).

Daunderer & Schwender beschreiben „Allgemeinanästhesie (…) als die

Ausschaltung sämtlicher Wahrnehmungsleistungen und Bewusstseinsfunktionen

(…)“ (Der Anästhesist, S. 582, 2004). Diese unterliegen jedoch einer graduellen

Beeinflussung, und nicht dem „Alles- oder- Nichts-Prinzip“.

Als Anatomische Wirkorte nennt Larsen (2004) den zentralen Kortex, das retikuläre

Aktivierungssystem, Thalamus und das Rückenmark.

Eine moderne Allgemeinanästhesie setzt sich aus mehreren Komponenten

zusammen:

• Amnesie und Ausschaltung des Bewusstseins

• Analgesie

• Ausschaltung und Abschwächung somatischer und autonomer Reaktionen auf

schädliche Reize

• Muskelrelaxierung

Hervorgerufen wird dieser Zustand der Anästhesie durch intravenös und/oder volatil

zugeführte Anästhetika, kombiniert mit Opioiden zur Reflexdämpfung und Analgesie,

sowie gegebenenfalls Muskelrelaxierenden Medikamenten. Anästhetika

unterscheiden sich zum Teil im Wirkmechanismus und -ort.

Zu bedenken ist außerdem, dass Analgetika eine sedierende und Hypnotika unter

Umständen eine analgetische Komponente aufweisen können (Schmidt, Müller &

Bischoff, 2008).

Die Steuerung der Narkose bedarf einer guten Tarierung. Während eine zu

oberflächliche Narkoseführung, z.B. durch sparsamen Einsatz hypnotisch wirksamer

Substanzen, unter anderem die Gefahr einer „awareness“ in sich birgt, besteht bei zu



Abbildung 1: Güdelstadien

tief geführter Narkose die Gefahr der „Vergiftung“. Bemerkbar machen kann sich dies

durch Kreislaufinstabilität, gerade bei älteren oder multimorbiden Patienten.

In einer Studie mit 1064 erwachsenen Patienten, die sich nicht- kardiochirurgischen

Operationen unterziehen mussten, kamen Monk, Saini, Weldon & Sigl (2005) zu dem

Ergebnis, dass eine kumulativ tiefe Hypnose intraoperativ (BIS- Index <45) einen

wichtigen Kofaktor für eine erhöhte Einjahressterblichkeit darstellt.

3.2.2 Überwachung der Narkosetiefe

Um die Anästhetika individuell an den Patientenbedarf anzupassen dienen uns

Blutdruck, Herzfrequenz, Lakrimation, Schwitzen, Pupillengröße und -reaktion sowie

Bewegungsreaktionen als sogenannte Surrogatparameter.

Insgesamt sind sie aber nur indirekte Messgrößen der Narkosetiefe und unterliegen

dabei unterschiedlichen Einflüssen. So verschleiern z.B. ! - blockierende

Medikamente die Möglichkeit reaktiver Herzfrequenzänderungen auf schmerzhafte

Einflüsse (Schmidt, Müller & Bischoff, 2008).

Interessanterweise korrelieren intraoperative Wachheitserlebnisse häufig nicht mit

Veränderungen der beschriebenen Surrogatparameter, wie Domino, Posner, Caplan

& Cheney (1999) in einer Untersuchung zeigen konnten.

Überlegungen zur systematischen Einschätzung der Anästhesietiefe gibt es schon

lange. Bereits 1920 wurden zur

Überwachung der Äthernarkose von Güdel

die nach ihm benannten Güdelstadien*

eingeführt (siehe Abbildung 1).

Weitere Versuche waren der von Evans

entwickelte PRST- Score∗, der vegetative

Parameter beurteilt, die von Tunstall

eingeführte isolierte Unterarmtechnik* oder

die Beuteilung der Kontraktion des unteren

Ösophagussphinkters*.

Moderne Verfahren zur Quantifizierung der

∗ Gekennzeichnete Begriffe können im Glossar nachgelesen werden



Anästhesie Tiefe

Narkosetiefe nutzen in der Regel die Prozessierung von EEG Signalen in

unterschiedlicher Art und Weise.

In der Literatur häufig erwähnt sind neben dem BIS unter anderem der Narkotrend,

Akustisch Evozierte Potentiale, Entropie und der Snap- Index (Lehmann, Thaler &

Boldt, 2001).

3.2.3 Awareness

Definition

„Awareness“, „Explicit recall“ oder „conscious awareness“ bezeichnet in der

Anästhesie die unerwünschte intraoperative Wachheit während Allgemeinanästhesie.

Unterschieden werden muss zwischen impliziter und expliziter Erinnerung, sowie der

gleichzeitig vorhandenen oder fehlenden Schmerzwahrnehmung. Jones (1991) teilte

„awareness“ in fünf Stufen, wie Abbildung 2 zeigt. Das „worst case scenario“, die

explizite Erinnerung mit Scherzwahrnehmung, ist zugleich die seltenste Form der

„awareness“.

Explizit erinnerbare, bewusste Wachheit und

Erleben von Schmerz (Conscious awareness

with explicit recall and with severe pain)

Explizit erinnerbare bewusste Wachheit ohne

Schmerzerlebnis (Conscious awareness with

explicit recall but no complaint of pain)

Bewusste Wachheit mit möglicher impliziter

Erinnerung (Conscious awareness without

explicit recall and possible implicit recall)

Unbewusste Wachheit mit möglicher

impliziter Erinnerung (Subconscious awareness

without explicit recall and possible implicit recall)

Keine Wachheit (No awareness)

Abbildung 2: „awareness“ Klassifizierung nach Jones



Nur ein kleiner Teil der betroffenen Patienten berichtet von sich aus über

Wachheitserlebnisse bereits im Aufwachraum (Ghoneim, Block, Haffarnan &

Mathews, 2009).

Zur Abschätzung der expliziten Erinnerung werden in der Regel postoperativ in

definierten Zeitabständen standardisierte Interviews durchgeführt.

Die Implizite Wahrnehmung herauszufiltern ist gleichsam schwieriger und benötigt

aufwändigere Testverfahren. Als Beispiel sei die Publikation von Schwender, Kaiser

& Klasing (1994) beschrieben: Während der Operation wurde den Patienten die

Geschichte von Robinson Crusoe und seinem Helfer Freitag über Kopfhörer

vorgespielt.

Postoperativ wurde dann das Reizwort „Freitag“ abgefragt. Als Hinweis auf eine

implizite Erinnerung wurde die Assoziation „Robinson Crusoe“ gewertet.

Folgen dieser expliziten oder impliziten intraoperativen Wahrnehmung können sich in

leichten Beeinträchtigungen des Patientenbefindens äußern, bis hin zum

posttraumatischen Belastungsstörung mit der Notwendigkeit psychologisch oder

psychatrischer Behandlung (Daunderer, et al., 2004).

Risikofaktoren

Größter Risikofaktor ist der Einsatz von Muskelrelaxantien, da hier die Möglichkeit

der spontanen Bewegung des Patienten auf schmerzhafte Stimuli wegfällt, die sonst

als sicheres Zeichen einer zu flachen Narkoseführung gewertet werden könnten.

Als Risikogruppen werden in der Literatur vor allem Konstellationen beschrieben, in

denen mit dem Einsatz hypnotische wirksamer Substanzen gespart werden muss:

• Bei Sectiones in Allgemeinanästhesie

• In der Herzchirurgie (vor allem unter kardiopulmonalem Bypass)

• Bei erheblicher Einschränkung der kardialen Pumpfunktion (z.B. EF

<30 %; cardiac index <2·1 L/min per m2)

• Bei traumatologischen Eingriffen und Hypovolämie

(Daunderer & Schwender, 2004; Myles, Leslie, McNeil, Forbes & Chan, 2004).



Einen nicht zu unterschätzenden Risikofaktor für „awareness“ stellt der Anästhesist

selbst da, wie Domino, Posner & Caplan (1999) in einer Untersuchung von 61 Fällen

abgeschlossener Schadensersatzansprüchen in den USA herausfanden.

Medikamentenverwechselungen, paravenöse Verabreichung, falsche Dosierung oder

falsche Etikettierung von Spritzen waren häufig genannte Ursachen, die zu einer

„awareness“ führten.

Inzidenz

In einer Untersuchung zur Patientenzufriedenheit in einem australischem Spital (alle

operativen Disziplinen außer Pädiatrie und Geburtshilfe), konnten Myles, Williams,

Hendrata, Anderson & Weeks (2000) eine „awareness“ Inzidenz von 0,11 %

feststellen, bei einer Population von 10.811 Patienten.

Sebel, Bowdle, Ghoneim, Rampil, Padilla, Gan & Domino (2004) kamen in den USA

zu einem ähnlichen Ergebnis, mit einer Inzidenz von 0.13 %, auf der Basis von

19.575 untersuchten Allgemeinanästhesien.

Aus den gewonnenen Daten rechnen die Autoren mit einer Gesamtzahl von 26.000

„awareness“ Fällen pro Jahr in den USA, was etwa 100 Fällen pro Tag entspricht!

Ein Vergleich mit Untersuchungen anderer Länder zeigte keine signifikanten

geographischen Differenzen.

Erstaunlicherweise kommen Pollard, Coyle, Gilbert & Beck (2007) in einem Review

mit 211.842 Patienten in Allgemeinanästhie zu einem ganz anderen Ergebnis: Sie

konnten in 6 Fällen eine Awareness feststellen, dies entspricht lediglich 0,0068 % der

durchgeführten Anästhesien.

Die von den Autoren aufgestellte Hypothese, es müsse ein deutlicher Unterschied

zwischen „Academic center“ und „community hospital“ bestehen konnte in dieser

Studie nicht bestätigt werden, da auch in dem teilnehmenden Lehrkrankenhaus die

Gesamtinzidenz lediglich bei 0,0095 % lag.

Trotzdem wirkt es eher beunruhigend bedenkt man dass die Studien mit höherer

Inzidenz an Universitäts- und Lehrkrankenhäuser stattfinden.

In den 1970er Jahren war der Anteil an unerwünschter Wachheit während einer

Allgemeinanästhesie deutlich höher als heute. So finden sich in der Literatur



Angaben von bis zu 9 % solcher Ereignisse bei Herzoperationen, für geburtshilfliche

Operationen werden zwischen 2- 4% angegeben.

Ursächlich dafür sind die damaligen Narkosetechniken anzusehen, so war es z.B.

üblich zur Sectio nach Einleitung mit einem Barbiturat lediglich ein N2O/O2- Gemisch

plus Muskelrelaxans zu verwenden, ohne ein zusätzliches volatiles Anästhetikum

(Ghoneim 2007).

Erheblichen Anteil an der Reduktion von „awareness“ wird der Tatsache

zugeschrieben, dass Sectiones mittlerweile überwiegend in

Regionalanästhesieverfahren durchgeführt werden, aber auch nötigenfalls

durchgeführte Allgemeinanästhesien durch modernere Konzepte ersetzt wurden.

3.2.4 EEG Grundlagen

Kurz nach der ersten EEG Aufzeichnung vom Menschen beschrieb Hans Berger

bereits 1929 intraoperative EEG von Patienten unter Chloroformanästhesie.

Mit der Entwicklung besser steuerbarer Anästhetika fand das EEG ende der 1980er

Jahre wieder Interesse in der Anästhesiologie, nachdem lange Zeit der Einsatz

stagnierte.

Probleme gab es vorrangig aufgrund der geringen Praktikabilität. Intraoperative

Ableitungen waren aufwändig, die Informationen mussten mühsam aus dem EEG-

Papierstreifen herausgelesen werden und die Unterstützung durch

leistungsschwache Rechenleistung damaliger Computer war gering (Wilhelm, 2007).

Mit dem EEG lassen sich kollektive Potentialschwankungen des Kortex von der

Kopfhaut ableiten, vor allem exzitatorische postsynaptische Potentiale. EEG Wellen

entstehen am Kortex, zum Teil aber auch in tiefer gelegenen Hirnregionen die ihre

Signale dem Kortex „aufzwingen“.

Die Potentialschwankungen variieren in Frequenz und Amplitude (Despopulus &

Silbernagel, 2007).

Aufgezeichnet wird das EEG im Bereich zwischen 10 und 50µV (Zum Vergleich: Ein

EKG Ausschlag hat wenige mV).

Während für die Registrierung des konventionell diagnostischen EEG 12 bis 24

Kanäle gewählt werden, nutzen EEG Monitore im anästhesiologischen Bereich oft

eine reduzierte Kanalanzahl.



Abbildung 3: Roh- EEG

Die Ableitung des Roh EEG erfolgt über Elektroden aus verschiedensten Materialien

(Gold, Stahl, Platin, Zinn, Silber/Silberchlorid) und Form (Einmal Klebe-, Nadel-,

Napfelektroden).

Die Signalqualität hängt im Wesentlichen vom Elektroden/Hautwiderstand ab,

angestrebt werden Werte im Bereich von

5 k".

Ein Analog- Digital- Wandler erfasst die

kontinuierlichen Potentialschwankungen

des EEG und gibt sie zur weiteren

Prozessierung in diskreten Zahlen wieder

(Schultz, Grouven & Bokelmann, 2005).

In der Anästhesie interessiert uns vor allem

die Frequenz der Schwingungen und Amplitude im EEG, dargestellt in Abbildung 2.

Die Frequenz wird beschrieben als Anzahl der Potentialschwankungen pro Sekunde,

und wird in sogenannte Frequenzbereiche bzw. Frequenzbänder zusammengefasst.

# (alpha)- Wellen dominieren beim gesunden, entspannten, wachen Erwachsenen

mit geschlossenen Augen. Bei Öffnung der Augen kommt es zu einer

Frequenzänderung mit Auftreten von Wellen im ! (Beta)- Bereich. Im Schlaf treten

unterschiedliche Frequenzen auf. Während der REM- Phase ein wach- ähnliches

EEG abgeleitet wird, treten während der Tiefschlafphase langsame $ (delta)- Wellen

auf (Schmidt, et al., 2008).

3.2.5 EEG Veränderungen während Allgemeinanästhesie

Während wie oben beschrieben im Wachzustand eines Erwachsenen #- und !-

Aktivität im EEG vorherrschen, ändert sich dies durch Zufuhr der meisten

Anästhetika (Ausnahme z.B. Ketamin) wie folgt:

Geringe Anästhetikadosen führen zu einer Desynchronisation im Sinne der

Exzitation. Hier überwiegt ein hochfrequenter ! - Rhythmus.

Mit zunehmender Anästhesietiefe und abnehmender Vigilanz kommt es wieder zu

einer Synchronisation mit Frequenzabnahme, die in einem Auftreten von % (theta)-

Wellen resultieren, um dann in einen langsamen $ (delta)- Rhythmus überzugehen.

Parallel mit der Frequenzreduktion kommt es zu einer Zunahme der Amplituden im

EEG.



Abbildung 4: EEG unter Anästhesie

Abbildung 5: Fast Fourier Transformation

Bei weiterer Vertiefung der Narkose

kommt es zu den sogenannten „Burst-

Suppression- Mustern“. Diese sind

charakterisiert durch isoelektrische EEG

Phasen („Suppression“) die durch kurze

Aktivitätsphasen („Bursts“) unterbrochen

sind.

Durch eine weitere Dosissteigerung der

Anästhetika kommt es schließlich zum

kompletten Nulllinien EEG, man spricht

auch von „cortical silence“ (Wilhelm,

2007).

3.2.6 Prozessierte EEG

Grundlage prozessierter EEG ist die Fast Fourier Transformation (FFT)*, dargestellt

in Abb. 5. Das Roh- EEG (a) wird mit der FFT in seine einzelnen

Frequenzkomponenten zerlegt (b). Als Resultat der FFT ergibt sich das Power- oder

Leistungsspektrum* (c), welches eine visuelle Erfassung der Frequenzverteilung

erlaubt. Spektrale Eckfrequenz (SEF)*, Medianfrequenz* und Peakfrequenz* dienen

als sogenannte

Monoparameter zur

Beurteilung

intraoperativer EEG,

während die

„compressed spectral

array*“ zeitliche

Veränderungen des

Powerspektrums

darstellt.



Die genannten Monoparameter unterliegen einigen Limitierungen, die von Bruhn

(2003) für die SEF beschrieben wurden, und hier beispielhaft aufgeführt werden. Es

ergeben sich zwei Problemphasen:

Zum einen die Exzitation, bei der es zu einer Zunahme der Frequenz und damit der

SEF kommt, und nicht wie zu erwarten zu einer Abnahme.

„Burst Suppression Muster“ bedingen die zweite Problemphase. Hier liegt das

Problem in den „Bursts“, bei denen es zu einer paradoxen Zunahme der SEF kommt.

Auswirkung dieser Fehlinterpretation können eine weitere Vertiefung der Narkose

sein, obwohl der Patient bereits in der „Burst Suppression“ ist (Bruhn zitiert in

Schmidt & Bischoff, 2005, S44).

3.3 Der Bispektrale Index Monitor

Der seit 1992 kommerziell verfügbare BIS- Monitor leitet seinen Namen von der

mathematischen Methode der Bispektralanalyse* ab. Diese berücksichtigt und

analysiert neben der Frequenzkomponente auch die Phasenbeziehungen im EEG.

Von der „Food and drug administration“ (FDA) ist der BIS Monitor der bisher einzig

zugelassene Monitor zur Messung der Narkosetiefe.

Nach dem „Aspect 1000“ und dem Folgemodell „Aspect- 2000“ ist „BIS VISTA“, mit

der Erweiterungsmöglichkeit „BILATERAL“ zur Beurteilung beider Hemisphären, das

neuste Modell.

Erhältlich ist das Gerät als „Stand alone“ Monitor oder Einschubmodul für

verschiedene Anästhesiesysteme (z.B. Datex Ohmeda, Spacelabs Healthcare,

Draeger).

Die Roh- EEG Aufnahme erfolgt über

spezielle BIS- Elektroden*, z.B. BIS-

Quatro, die nach Reinigung der Haut mit

Alkohol auf der Stirn des Patienten

platziert werden.

Nach einer Digitalisierung des analogen

Signals wird geräteintern, nach

durchlaufen verschiedener Filter und

Artefakterkennungen, der BIS- IndexAbbildung 6: BIS Algorithmus



Abbildung 8: BIS Algorithmus

Abbildung 7: BIS Range

nach einem bestimmten Algorithmus* ermittelt (Abbildung 6).

Der ermittelte Wert wird als dimensionslose

Zahl zwischen 0 und 100 auf dem Monitor

dargestellt, wobei 100 dem wachen

Patienten, 0 einer isoelektrischen

Hirnaktivität entspricht (Abbildung 7).

Neben Informationen zur Signalqualität

lassen sich zudem EMG- Aktivität, Roh- EEG

und andere Parameter, abhängig vom

verwendeten Modell, anzeigen.

Der exakte BIS- Algorithmus wurde bislang

als Firmengeheimnis nicht offengelegt, so

beruhen die Angaben in der Literatur zum

Teil auf Vermutungen.

3.3.1 BIS und !awareness"

Gibt man in der Datenbank „PubMed“ die Begriffe „BIS AND Anaesthesia“ ein, erhält

man 1007 Suchergebnisse (Stand: 16.02.2009).

In der Trefferliste finden sich Arbeiten zu den verschiedensten Themenbereichen,

häufig wird der BIS ähnlich wie Herzfrequenz und Blutdruck als Begleit- oder

Vergleichsparameter genutzt.

Trotz dieser großen Anzahl an Publikationen sind nur wenige zur Beantwortung der

eingangs gewählten Fragestellung geeignet.

Hauptproblem in allen Untersuchungen zur Verhinderung von „awareness“ ist die

(mittlerweile) geringe Inzidenz. Um statistisch signifikante Resultate zu erhalten

benötigt man riesige Patientenpopulationen.

Myles, et al. (2004) lösten die Problematik im „B-Aware randomised controlled trial“

indem sie ausschließlich Patienten mit einem „awareness“- Risikoprofil in die Studie

aufnahmen. Zu den Risikofaktoren zählen die Autoren, wie bereits erwähnt, unter

anderem Sectio in Allgemeinanästhesie, „high- risk“ kardiovaskuläre Erkrankungen

und akute Traumata mit Hypovolämie.



Erstmals wurde in dieser Studie die Inzidenz von „awareness“ bei Patienten in

Allgemeinanästhesie prospektiv untersucht.

Eingeschlossen wurden insgesamt 2463 Patienten, randomisiert in BIS- (1225

Patienten) und Kontrollgruppe (1238 Patienten).

In der BIS- Gruppe wurden intraoperativ BIS- Werte zwischen 40 und 60, für die

Hautnaht zwischen 55 und 70 angestrebt.

In der Kontrollgruppe gab es keine Vorgaben, die Dosierung der Medikamente

erfolgte hier nach Einschätzung des betreuenden Anästhesisten. Insgesamt lag der

Anteil total intravenöser Anästhesien in der BIS- Gruppe bei 43 %, in der

Kontrollgruppe bei 42 %.

Standardisierte Interviews wurden jeweils nach 2- 6 Stunden, am ersten und am 30.

Tag postoperativ durchgeführt.

Während es in der Kontrollgruppe zu 11 Fällen einer „awareness“ kam, konnten in

der BIS- Gruppe lediglich 2 Fälle dokumentiert werden.

Bei einem Patient wurde ein BIS- Wert um 80 während der Einleitung während einer

schwierigen Intubationssituation keine Beachtung geschenkt.

Im zweiten Fall lag der BIS Wert an der Grenze des oberen Zielbereiches, zwischen

55 und 59.

Daten über BIS- Werte während der Wachphasen in der Kontrollgruppe liegen nicht

vor, da das Studiendesign keine Dokumentation „blinder“ BIS- Werte vorsah.

Eine zweite Arbeit auf die sich auch Aspect Medical Systems in ihrer

Produktwerbung gerne bezieht, ist eine in Schweden durchgeführte Vergleichsstudie

von Ekman, Lindholm, Lennmarken & Sandin (2004). Verglichen werden die

Ergebnisse aus einer prospektiven Untersuchung mit denen einer historischen

Studie, die vier Jahre zuvor publiziert wurde.

Das Kollektiv der prospektiven Studienteils umfasst 4945 BIS gesteuerte

Allgemeinanästhesien.

Als Zielbereich wurden auch hier BIS- Wert zwischen 40 - 60 empfohlen.

Standardisierte Interviews erfolgten postoperativ vor Verlassen der „post anaesthesia

care unit“, dann wieder nach 1-3 Tagen und 7-14 Tagen.

Bei zwei Patienten, entsprechend 0,04 %, kam es zu einer „awareness“ während der

Intubation. Die dokumentierten BIS- Werte liegen über dem angegeben Zielwert von

60 (in einem Fall sogar über 70), während einer Dauer von 4 Minuten und länger. Auf



der anderen Seite wurden auch andere Patienten herausgefiltert, bei denen

intraoperativ BIS- Werte >60 dokumentiert wurden, ohne Erinnerung für diesen

Zeitraum.

Der Anteil volatiler Anästhesien wird mit 99 % angegeben.

Die historische Untersuchung von Sandin, Enlund, Samuelsson & Lennmarken

(2000) schloss insgesamt 7826 Patienten ein.

Hiervon erlitten 0,18 % der Patienten eine „awareness“, bei einem Anteil volatiler

Narkosen von 80 %.

Verglichen mit der historischen Kontrollgruppe wurde das Auftreten einer

„awareness“ in der BIS- Gruppe um 77 % reduziert.

Auch in einem Review für „The Cochrane Collaboration“ kommen die Autoren zur

„Incidence of intraoperative recall awareness“ zu dem Ergebnis, das aus dem

Einsatz des BIS bei Hochrisikopatienten eine signifikante Reduktion der „awareness“

resultiert (Punjasawadwong, Phongchiewboon & Bunchungmongkol, 2009).

Mit einem Patientenkollektiv von 1941 Patienten unter volatiler Allgemeinanästhesie

veröffentlichten Avidan et al. (2008) eine Studie in „The New England Journal of

Medicine“, die auch unter dem Titel „B-Unaware“ bekannt wurde.

Randomisiert wurde in eine MAC*- und eine BIS- Gruppe, mit jeweils angegebenen

Zielwerten.

In beiden Patientengruppen trat jeweils bei zwei Patienten ein Fall von „awareness“

auf.

Damit ist zwar die Gesamtinzidenz unter BIS- Monitoring geringer als in der Literatur

angegeben, jedoch gilt dies auch für die nach MAC durchgeführten Anästhesien.

Diese Publikation wird allerdings in Fachkreisen sehr kontrovers diskutiert, so

werden unter anderem statistische Ungenauigkeiten, reduzierte Risikofaktoren in der

Population und unübliche Vorgehensweisen bei der Steuerung der Narkosen in der

Kontrollgruppe bemängelt (Kelley, Manberg & Sigl; Myles, Leslie & Forbes; Bo, Li &

Deng, 2008).

Neben den erwähnten Studien finden sich immer wieder publizierte Fallberichte.

Ein Beispiel hierfür ist der „Case report“, bei dem ein Patient postoperativ über

Erinnerungen an das Testen der Sterniotomiesäge und über das Eröffnen des

Thorax bei einer kardiochirurgischen Operation klagte.



Während der Wachphase liegt ein dokumentierter BIS Wert von 47 vor. 15 Minuten

vor dem Ereignis lag der BIS- Index bei 20 und stieg, 15 nach dem Ereignis, bis auf

70.

Aufgrund von Ungenauigkeiten in der Dokumentation (Abgleich Uhr Operationssaal

vs. BIS Monitor) konnte eine abschließende Bewertung nicht erfolgen (Mychaskiw,

Horowitz, Sachdev & Heath, 2001).

3.3.2 Medikamentöse Einflüsse

Der Bis- Index korreliert gut mit den hypnotischen Eckpunkten der wichtigsten

Hypnotika wie Propofol, Midazolam und Isoflurane (Glass, Bloom, Kearse, Rosow,

Sebel & Manberg, 1997), und der Kombination mit Propofol/ Remifentanil (Bruhn,

Bouillon, Radulescu, Hoeft, Bertaccini & Shafer, 2003).

In älteren Untersuchungen fand man heraus, dass unter Monoanästhesie mit

Ketamin falsch hohe BIS- Werte angegeben werden, die nicht mit dem tatsächlichen

Narkosestadium korrelieren.

Der Einfluss von „Low- Dose Ketamin“ auf den BIS Index wurde in einer neueren

Studie untersucht.

Nach erreichen eines stabilen BIS- Wertes von ca. 40 unter Remifentanil/Propofol

Anästhesie, ohne chirurgische Stimulation, wurde ein Ketaminbolus von 0,2 mg/kg

Körpergewicht oder ein Placebo gegeben. Daraufhin wurden die Veränderungen des

BIS bei insgesamt 30 Patienten untersucht.

Ein signifikanter Unterschied zwischen Placebo- und Ketamingruppe konnte nicht

festgestellt werden. Allerdings bleibt festzuhalten, dass die Untersuchungen ohne

chirurgische Stimuli durchgeführt wurden (Faraoni, Salengros, Engelman, Ickx &

Barvais, 2009).

3.3.3 BIS und Bewegungsreaktionen

Welchen Einfluss die Hypnose auf Reflexbewegungen hat, wurden von Sebel et al.

(1997) in einer Studie an 300 Patienten untersucht.



Sie kamen zu dem Ergebnis, dass Reflexbewegungen aufgrund ungenügender

Analgesie durch den BIS zwar reduziert werden, trotzdem lässt sich eine etwaige

Reaktion nicht sicher voraussagen.

3.3.4 Besonderes

Eine besondere Arbeit stellten Messner, Beese, Romsto, Dinkel & Tschaikowsky

(2003) vor, mit dem Ziel den Einfluss der Muskelaktivität auf den BIS zu zeigen.

Allerdings wurde ein Aspect 1000 genutzt, der im Gegensatz zu den neueren

Versionen wie der XP Plattform, keine EMG Erkennung nutzt.

Im Selbstversuch ließen sich die Autoren wach 2 mg Alcuronium, und zwei Minuten

später 1,5 mg/kg Succinylcholin intravenös injizieren.

Hypnotika oder Sedativa wurden nicht verabreicht! Der nicht- Injektionsarm wurde

durch ein Tourniquet dem Einfluss des Relaxans entzogen, so dass später im Sinne

der isolierten- Unterarmtechnik eine Bewusstseinsüberprüfung stattfinden konnte-

Alcuronium zeigte keinen Effekt auf das BIS. Nach Injektion von Succinylcholin kam

es nach Faszikulation und Sistieren der spontanen Atmung zu einer Reduktion des

BIS auf Werte bis 33. Mit Einsetzen der Muskelkraft nach 5 Minuten erholte sich

auch der BIS wieder auf stabile Werte um 97.

3.3.5 Artefakte:

Artefakte lassen sich in technische und patientenbezogene unterteilen.

Zu den patientenbezogenen Artefakten gehören Augen-, Lidschlag-, EKG- sowie

Muskelartefakte. Auch EEG Veränderungen aufgrund von Schwitzen, Hämatomen

der Kopfschwarte oder Knochendefekten werden den patientenbezogenen

Artefakten zugerechnet.

Technische Artefakte treten auf durch gerätebedingte Störungen, oder durch externe

elektromagnetische oder elektrostatische Felder.

50-Hz-wechselstromstörungen haben ihren Ursprung in der Stromversorgung, und

können von allen mit dem Patienten angeschlossenen Geräten stammen.

Diagnostik- und Therapiegeräte wie Röntgen oder Elektrokauter können

Hochfrequenzstörungen verursachen.



Elektrodenartefakte könne patientenbezogen oder technischer Natur sein (Schultz et

al., 2005).

IV. Schlussteil:

4.1 Zusammenfassung

Die Quantifizierung der Allgemeinanästhesie mit allgemein üblichen

Surrogatparametern unterliegt diversen Beschränkungen, z.B. durch Beta- Blockade

oder vasoaktiver Substanzen.

Resultierend aus einer zu flachen Narkose ergibt sich die Gefahr einer

intraoperativen (expliziten oder impliziten) Erinnerung, die mit einer Inzidenz von 0,1-

0,2% in der Literatur angegeben wird, für Risikogruppen durchaus höher.

Wichtige Risikofaktoren sind der Einsatz von Muskelrelaxantien, sowie alle

Allgemeinanästhesien bei denen Hypnotika reduziert eingesetzt werden müssen.

Um „awareness“ bei Risikopatienten zu verhindern, wird am USB unterstützend der

BIS- Monitor eingesetzt.

Der BIS- Index setzt sich aus verschiedenen Parametern zusammen, die aus dem

Roh- EEG des Patienten abgeleitet und nach einem bestimmten Algorithmus

behandelt werden.

Ein isoelektrisches EEG wird mit einer 0 auf dem Monitor wiedergegeben, ein wert

von 100 bei einem wachen Patienten. Während einer Allgemeinanästhesie werden in

der Regel Werte zwischen 40 und 60 angestrebt.

4.2 Fazit

Herausfordernd beim Verfassen der Arbeit war das immense Volumen an

Publikationen, Fallberichten und Artikeln zum BIS. Hier die wichtigsten und

wesentlichen Arbeiten herauszufiltern, fiel mir nicht immer leicht.

Eine weitere Herausforderung war das Erarbeiten der mathematisch- physikalischen

Grundlagen der BIS-Methode. Ein gutes Verständnis hierfür schien mir notwendig für



eine adäquate Beurteilung der Methode. Gleiches galt auch für die Themen

„awareness“ und Narkosetiefe, die letztendlich einen Grossteil der Arbeit einnehmen.

Rückblickend auf die eingangs gestellte Frage zur Reduktion einer möglichen

„awareness“ kommen die hier vorgestellten Studien zu einem eindeutigen Ergebnis:

Mit dem BIS lässt sich die Inzidenz bei Risikopatienten signifikant senken (Myles et

al., 2000; Ekman et al., 2004) und das in der Literatur angegebene „normale Risiko“

von 0,1- 0,2% auch für diese Gruppe erzielen).

Ein unkritischer Einsatz hingegen schein nicht sinnvoll, wie auch einem “Practice

Advisory for Intraoperative Awareness and Brain Function Monitoring” der American

Society of Anesthesiologists (2006) zu entnehmen ist.

Empfohlen wird hier den Einzelfall individuell zu prüfen und nach Risikofaktoren zu

beurteilen. Vor allem soll dem Überprüfen des vorhandenen Equipments anhand

Checkliste vor jeder Anästhesie Beachtung geschenkt werden, um

Gerätefehlfunktionen und Mängel als Ursache auszuschließen.

Efficiency

Postulated incidence 50 % Reduction 90 % Reduction

1/100 2.000 1.111

1/500 10.000 5.556

1/1.000 20.000 11.111

1/5.000 100.000 55.556

1/10.000 200.000 111.111

1/20.000 400.000 222.222

Abbildung 8: Cost of Preventing a Single Case of Awareness

Abbildung 9: Sample Size needed to show incidence

Postulated incidence 50 % Reduction 90 % Reduction

1/100 4.071 1.0451/500 20.470 5.2451/1.000 40.969 10.4951/5.000 204.960 52.4981/10.000 409.949 105.0021/20.000 819.927 210.0091/50.000 2.049.860 525.031

Auch eine weitere Untersuchung stellt den unkritischen Einsatz in Frage, und

betrachtet dies auch aus wirtschaftlichem Blickwinkel. Auf Grundlage der „Closed



Claim Analysis“ und anderen Untersuchungen berechnen die Autoren Kosten und

Aufwand, jeweils abhängig von der veranschlagten „awareness“ Inzidenz.

Im Ergebnis zeigt sich auch hier, dass der Einsatz des BIS bei hohem Risiko effizient

zu sein scheint, bei unüberlegten Einsatz Kosten und Aufwand dafür enorm sind.

In Abbildung 8 und 9 können die jeweils verursachenden Kosten und die benötigte

Population, nach Inzidenz und Effektivität des BIS, nachgeschaut werden.

(Connor, Daves, Tung, Cook, Thisted & Apfelbaum, 2001).

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Zeitpunkt der „awareness“. Häufig findet diese im

BIS freien Intervall statt, während der Einleitung.

(Domino, et al., 1999).

Es gilt: Ein aufmerksamer und wacher Anästhesist ist der beste „awareness“

Schutz!

Wegen seiner Limitierungen ist es wichtig, dass der BIS- Index kritisch als einen von

vielen anderen uns zur Verfügung stehenden Parameter betrachtet werden muss,

und nicht isoliert zur Beurteilung einer optimalen Narkosetiefe gewertet werden darf.

Generell scheinen die üblicherweise verwendeten Hypnotika gut mit hypnotischen

Eckpunkten zu korrelieren, mit wenigen Ausnahmen wie z.B. Ketamin.

Bewegungsreaktionen oder ungenügende Analgesie lassen sich mit dem BIS nicht

voraussagen.

Artefakte durch Wechselstromstörungen, Elektrokauter oder Warm- Air Geräte sind

möglich.

Im Zweifel müssen Roh- EEG oder andere Parameter in die Beurteilung mit

einfließen.

Die neben der Reduktion einer möglichen „awareness“ für den BIS häufig

angegebenen Effekte wie das Einsparen von Narkosemitteln, Verkürzen der

Aufwachzeiten und des perioperativen Aufenthaltes, spielen meiner Meinung im USB

als Ausbildungs- und Lehrspital eine untergeordnete Rolle. In ihrem Review kommen

Punjasawadwong et al. (2009) zu folgenden Ergebnissen: Die Zeit zur Extubation



konnte mit BIS um 3,05 Minuten und die Gesamtaufenthaltszeit auf der „post

anaesthesia care unit“ um 6,83 Minuten vermindert werden.

V. Appendix:

5.1 Glossar:

Güdelstadien

Entwickelt 1920 von Guedel:

1. Analgesie, 2. Exzitation, 3. Toleranz (Planum I bis IV), 4. Asphyxie. Diese

Einteilung wurde für die Äthernarkose entwickelt und ist heute aufgrund der

Kombination verschiedener Medikamente zur Anästhesie nicht mehr anwendbar.

PRST-Score

Evans entwickelte den PRST-Score der die Änderung vegetativer Zeichen bewertet.

„Pressure“, „heart Rate“,“Sweating“ und „Tear produktion“ werden mit Punkten von 0

bis 2 bewertet. Ein PRST über 2 Punkten wird als zu flache Narkose bewertet. Die

Bewertung vegetativer Zeichen ist aufgrund verschiedener

Medikamenteninteraktionen und z.B. kardialer Vormedikationen mit Betablockern

nicht zur Bewertung der Narkosetiefe anwendbar.

Isolierte Unterarmtechnik

Die von Tunstall eingeführte „isolierte Unterarmtechnik“ ist ein Verfahren, bei dem

vor Injektion des Muskelrelaxans an dem Nicht- Injektionsarm ein Tourniquet

durchgeführt wird, um die Ausbreitung des Relaxans dort zu verhindern. Intraoperativ

wird der Patient aufgefordert die Hand zu drücken, was bei Erfolg als zu flache

Narkose gewertet wird.

Bis 1990 als Goldstandard zur Überwachung der Narkosetiefe, eignet sie sich heute

dafür nicht mehr. Vor allem durch die Zeitliche Limitierung des Tourniquets, der

Ischämie nach kurzer Zeit (und damit der Bewegungseinschränkung), und aufgrund



unkontrollierten Bewegungen des Armes, die nicht mit intraoperativer Wachheit

korrelieren.

MAC

Die MAC (minimale alveoläre Konzentration) eines volatilen Anästhetikums, ist

definiert als der Wert bei dem 50% aller Patienten auf Hautschnitt nicht mehr

reagieren.

Bewegungen des Patienten bedeuten indes nicht, dass er wach ist. Vielmehr ist die

Bewegung eine Reaktion auf Schmerzreiz der durch das Rückenmark gesteuert wird,

wie Versuche am Ziegenmodell durch Antognigni et al zeigten.

Kontraktion des unteren Ösophagussphinkter:

Ein weiterer Versuch bestand in der Messung der spontanen Kontraktion des unteren

Ösophagussphinkters mit einem Manometer, da dieser nicht durch

Muskelrelaxantien, aber dosisabhängig durch Halothan, Isofluran und Propofol

beeinflusst wird.

Fehlplazierungen, Art des Narkotikums sowie Bewegungen und diverse

Medikamente verändern aber das Ergebnis, so dass sich dieses Verfahren nicht

bewährt hat.

Fast- Fourier- Transformation

Die FFT ist ein mathematisches Verfahren, mit dem die zu analysierende EEG-

Epoche in die einzelnen Frequenzkomponenten zerlegt wird.

Die FFT beruht auf der Annahme, dass die zu analysierende Epoche in Sinus- und

Kosinusschwingungen zerlegt werden kann. Diese besitzen eine bekannte

Wellenlänge, z.B. 0,5 – 30 HZ. Für jede einzelne Wellenlänge kann jetzt die

Übereinstimmungen anhand Korrelationsanalysen überprüft werden, daraus ergibt

sich dann die Kovarianz.

Aus der Summe der Sinus- und Kosinusfunktionen ergibt sich die Information über

Amplitude und Phasenlage der analysierten EEG- Epoche.



Powerspektrum

Als Resultat der FFT ergibt sich das sogenannte „Powerspektrum“

(Leistungsspektrum), welches eine visuelle Erfassung der Frequenzverteilung des

EEG erlaubt.

Eine Möglichkeit das Powerspektrum in einen Zahlenwert darzustellen gelingt mit der

Berechnung der Fläche des Powerspektrums für die einzelnen Frequenzbänder

(Alpha, Beta, …). Diese kann als absolute Zahl (µV²) angegeben werden, oder

Prozentual (%) in Bezug auf die Gesamtaktivität.

Medianfrequenz

Die Medianfrequenz ist die Frequenz des Powerspektrums, unter der 50 % der

elektrischen Aktivität liegen.

Klinisch eingeführt wurde sie 1980, für chirurgische Eingriffe werden Frequenzen

zwischen 2 und 3 Hz als Zielwert empfohlen.

Spektrale Eckfrequenz (SEF)

Die SEF, 1983 erstmals beschrieben, wird nicht einheitlich in der Literatur

angegeben. Einige Autoren beschreiben sie als die Frequenz, unter der 90 %

(SEF90), andere als die Frequenz unter der 95 % (SEF95) der Gesamtaktivität

liegen.

Hier werden Zielwerte zwischen 8 und 12 Hz für chirurgische Eingriffe angegeben.

Peakfrequenz

Die Peakfrequenz ist die Frequenz mit der größten Power im Powerspektrum.

Compressed spectral arry

Anhand der „compressed spectral array“ ist es möglich, zeitliche Veränderungen des

„Powerspektrums“ visuell darzustellen. Hierfür werden die einzelnen „Powerspektren“

hintereinander dargestellt, und können somit verglichen werden. Hohe Amplituden

können allerdings vorangegangene Powerspektren überdecken.



Bispektralanalyse

Die Bispektralanalyse ist ein kompliziertes mathematisches System, das hier nur in

seinen Grundlagen kurz skizziert werden kann. Ursprünglich wurde sie von

Geophysikern für den Einsatz in der Ozeanographie und Seismologie entwickelt.

Grundlage der Bispektralanalyse ist das sogenannte Bispektrum.

Hier werden neben der Frequenzkomponente zusätzlich Phasenbeziehungen

analysiert, d.h. inwieweit eine Kopplung der Phasenwinkel verschiedener

Frequenzen besteht (Phasenwinkel vs. Frequenz). Um herauszufinden ob eine

Kopplung der Phasenwinkel besteht, muss eine größere Anzahl EEG- Epochen

untersucht werden. In nur einer Epoche könnte es sich um zufällige

Phasenbeziehungen handeln.

Das Bispektrum ist also sowohl von der Amplitude (Powerspektrum), als auch von

der Phasenkopplung (Phasenspektrum) abhängig.

Die Bikohärenz beschreibt das reine Maß der Phasenkopplung.

BIS Sensoren

Für das BIS System sind zur Ableitung des ROH- EEG spezielle Elektroden

erforderlich, erhältlich als „Semi Reusable Sensor“ (SRS) oder Einmalelektroden in

verschiedenen Ausführungen.

Das EEG wird jeweils über drei Sensoren abgeleitet, wobei die Elektrode Nr. 2 die

Erdungselektrode darstellt.

Bei dem SRS handelt es sich um Klebeelektroden, die mit einem speziellen SRS-

Kabel verbunden werden. Dieses muss alle 100 Anwendungen ausgetauscht werden

(Integrierter Kabel Fallzähler).

Einzelkomponenten sind nicht erhältlich, Kabel und Elektroden werden als Paket

verkauft.

Zu der Gruppe der Einmalelektroden zählen BIS- Standard-, BIS- Quatro-, BIS-

Extend- und die BIS- Pädiatrie Sensoren.

Alle Sensoren nutzen die von Aspect patentierte Silber- /Silberchlorid- Elektroden mit

selbstklebender Zipprep- Technologie und patentgeschütztem Anschluss. Außerdem

sind sie Latex- und PVC frei und können zur Ableitung der rechten oder linken

Hemisphäre genutzt werden.

Mit dem „BIS- Bilateral- Sensor“ lassen sich beide Hemisphären gleichzeitig ableiten,

wenn die Gerätetechnischen Vorraussetzungen gegeben sind.



Am USB werden die Quatro Elektroden genutzt, mit 4. Elektrode über der

Augenbraue zur Artefaktdetektierung und verlängertem Ende für die Bauchlage.

BIS Algorithmus

• Zunächst erfolgen eine Hoch- und Tiefpassfilterung des digitalisierten EEG-

Signals, und die Einteilung in Epochen von 2 Sekunden.

• EKG-, Schrittmacher- und Augenbewegungsartefakte werden aufgrund ihrer

spezifischen form durch Kreuzkorrelation mit vorgegebenen Musterformen

erkannt.

• EKG- und Schrittmacherartefakt werden entfernt und durch Interpolation ersetzt.

• Augenbewegungsartefakte werden komplett von der weiteren Analyse

ausgeschlossen.

• Bei wandernder Grundlinie wird ein zusätzlicher Filter eingesetzt, zum Ausschluss

niedriger Frequenzen.

• Daneben erfolgt noch ein allgemeiner Artefakterkennungsalgorithmus:

Für jede Epoche wird die Varianz des Signals berechnet. Weicht sie deutlich von

der mittleren Varianz der vorherigen Epochen ab, wird diese Epoche jeweils von

der Analyse ausgeschlossen. Trotzdem geht sie in die weiter Berechnung der

mittleren Varianz ein, welche bei weiterer Abweichung eine langsame Anpassung

erfährt.

• Die korrigierten oder artefaktfreien Epochen werden dann auf „Burst-Supression-

Muster“ untersucht, ggf. die „Burst-Supression.-Ratio“ berechnet.

• Nach dem Einsatz eines speziellen Filters (Blackmann-Fenster) erfolgt die FFT,

und damit die Berechnung eines Bispektralen und Spektralen Subparameters.

• Nun folgt die Gewichtung dieser Parameter anhand einer bisher nicht

veröffentlichten Formel. Schlussendlich wird daraus der BIS Wert ermittelt.



5.2 Literaturverzeichnis:

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5.3 Abbildungsverzeichnis:

Titelbild: Quelle: BIS VISTA- Monitorsystem Bedienungsanleitung, 2008.

Abbildung 1: Quelle:

http://www.gesundheit.de/roche/index.html?c=http://www.gesundheit.de/roche/ro250

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Abbildung 2: Nach: Jones, J.G. (1994). Perception and memory during general

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Abbildung 3, 4, 6, 7: Quelle:

http://www.aspectmedical.com/assets/documents/pdf/complete_bis_handbook.pdf

Abbildung 5: Schmidt, G.N., Müller, J. & Bischoff, P. (2008). Messung der

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Abbildung 8, 9 : Aus: O`Connor, M.F., Daves, S.M., Tung, A., Cook, R.I., Thisted, R.

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