Continuous cerebral Doppler monitoring in infants with congenital heart disease

Abstract

English summary Continuous cerebral Doppler monitoring in infants with congenital heart disease Congenital heart disease is the most prevalent congenital malformation, seen in approximately 1% of all newborns. About a quarter of these children need surgery within the first year of life. Children with complex heart defects have an increased risk of delays in cognitive and motor skills, as well as learning difficulties and concentration problems. The causes of brain injuries in these children are multifactorial and complex, with factors from before birth, before surgery, and after surgery. However, we do know that surgery and interventions pose significant risk for the developing brain, and therefore are potential targets for modification. Neuroprotection – protecting the brain – and neuroprotective strategies are important. As of today, there are no good direct methods for monitoring cerebral circulation. Optimization of cerebral blood flow and circulation is based on indirect parameters such as CO2, blood pressure, saturation measurements, and heart rate. Near-infrared spectroscopy (NIRS), a venous weighted oxygenation index, is used to some extent in children with congenital heart disease. Direct, continuous measurement of cerebral blood flow could enable clinicians to optimize the factors known to affect cerebral blood flow, thereby ensuring stable perfusion of the brain during vulnerable periods of the treatment process. In this project, we have utilized a new ultrasound technology, NeoDoppler, which allows for continuous monitoring of cerebral blood flow over time in newborns and infants. This has been a collaborative project between St. Olav’s Hospital, the Norwegian University of Science and Technology (NTNU), and Oslo university hospital (OUS). The technology was developed at NTNU with Professor Emeritus Hans Torp at the forefront, in close collaboration with the clinical environment at St. Olav’s Hospital. In partnership with the pediatric cardiology department at Rikshospitalet, we included newborns and infants undergoing transcatheter interventions and heart surgery with cardiopulmonary bypass. The main questions we wanted to answer in this project were: Is it feasible to monitor infants with congenital heart disease during transcatheter interventions and heart surgery with cardiopulmonary bypass? Can NeoDoppler provide us with new and useful information on cerebral circulation during these procedures?

Norsk sammendrag Kontinuerlig cerebral Doppler-overvåking hos spedbarn med hjertefeil Medfødt hjertefeil er den vanligste medfødte misdannelsen og sees omtrent hos 1 % av alle nyfødte barn. Rundt en fjerdedel av disse barna har en hjertefeil som krever kirurgi i løpet av første leveår. Barn med komplekse hjertefeil har økt risiko for forsinkelser i kognitive og motoriske ferdigheter, samt lærevansker og konsentrasjonsvansker. Årsaken til hjerneskader hos disse barna skyldes mange ulike faktorer, som forhold før fødsel, før operasjon og etter operasjon. Kirurgiske inngrep og intervensjoner utgjør en klar risiko for en hjerne i utvikling. Optimal håndtering er derfor viktig. Nevroproteksjon – å beskytte hjernen - er avgjørende hos disse barna, men i dag finnes det ingen gode direkte metoder for overvåkning av hjernesirkulasjon. Optimalisering av hjerneblodstrøm baserer seg i stor grad på indirekte mål som CO2, blodtrykk, metningsmålinger og hjertefrekvens. Nær-infrarød spektroskopi (NIRS) som er en venøst vektet oksygeneringsindeks brukes noe hos hjertebarn, men gir ingen sikker informasjon om hjerneblodstrøm. Direkte, kontinuerlig måling av hjerneblodstrøm vil kunne gi klinikere mulighet til å optimalisere faktorer som påvirker hjerneblodstrøm, og dermed sikre god blodtilførsel og oksygenmetning av hjernevev i sårbare perioder av behandlingsforløp. I dette doktorgradsprosjektet har vi brukt, NeoDoppler, en ny ultralydteknologi for kontinuerlig overvåkning av hjerneblodstrøm hos nyfødte og spedbarn. Prosjektet er et samarbeid mellom St Olavs hospital, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) og Oslo universitetssykehus (OUS). Teknologien er utviklet ved NTNU med Professor emeritus, Hans Torp, i nært samarbeid med det kliniske miljøet ved St Olavs hospital. I samarbeid med barnekardiologisk avdeling ved Rikshospitalet har vi inkludert spedbarn som har gjennomgått kateterbaserte hjerteintervensjoner og hjertekirurgi med hjertelungemaskin. De sentrale spørsmålene vi ønsket å besvare i dette prosjektet var: Er det mulig å overvåke hjerneblodstrøm hos hjertebarn under kateterintervensjoner og åpen hjertekirurgi? Kan NeoDoppler gi oss ny og nyttig informasjon om hjernens sirkulasjon under disse prosedyrene?