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Variability Predictors of Vasospasm in Subarachnoid Hemorrhage: A Feasibility Study

Published online by Cambridge University Press:  20 July 2020

Rosendo A. Rodriguez*
Affiliation:
Department of Medicine, The Ottawa Hospital and University of Ottawa, Ottawa, ON, Canada
Christophe L. Herry
Affiliation:
The Ottawa Hospital Research Institute, Ottawa, ON, Canada
Shane W. English
Affiliation:
Department of Medicine, The Ottawa Hospital and University of Ottawa, Ottawa, ON, Canada The Ottawa Hospital Research Institute, Ottawa, ON, Canada Department of Critical Care, The Ottawa Hospital, Ottawa, ON, Canada
Tim Ramsay
Affiliation:
The Ottawa Hospital Research Institute, Ottawa, ON, Canada
Andrew J.E. Seely
Affiliation:
The Ottawa Hospital Research Institute, Ottawa, ON, Canada Division of Thoracic Surgery, Department of Surgery, The Ottawa Hospital, Ottawa, ON, Canada
Glen P. Kenny
Affiliation:
Human and Environmental Physiology Research Unit, University of Ottawa, Ottawa, ON, Canada
Michel Shamy
Affiliation:
Department of Medicine, The Ottawa Hospital and University of Ottawa, Ottawa, ON, Canada The Ottawa Hospital Research Institute, Ottawa, ON, Canada Division of Neurology, The Ottawa Hospital, Ottawa, ON, Canada
*
Correspondence to: Dr. Rosendo A. Rodriguez, Department of Medicine, The Ottawa Hospital and University of Ottawa, Centre for Practice Changing Research, Room L-1217, 501 Smyth Road, Ottawa, Ontario, Canada K1H 8L6. Email: rrodriguez@toh.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract:

Background:

Mean cerebral blood flow velocity (mean-CBFV) obtained from Transcranial Doppler (TCD) poorly predicts cerebral vasospasm in patients with aneurysmal subarachnoid hemorrhage (aSAH). Variability descriptors of mean-CBFV obtained during extended TCD recordings may improve this prediction. We assessed the feasibility of generating reliable linear and non-linear descriptors of mean-CBFV variability using extended recordings in aSAH patients and in healthy controls. We also explored which of those metrics might have the ability to discriminate between aSAH patients and healthy controls, and among patients who would go on to develop vasospasm and those who would not.

Methods:

Bilateral mean-CBFV, blood pressure, and heart rate were continuously recorded for 40 minutes in aSAH patients (n = 8) within the first 5 days after ictus, in age-matched healthy controls (n = 8) and in additional young controls (n = 8). We obtained linear [standard deviation, coefficient of variations, and the very-low (0.003–0.040 Hz), low (0.040–0.150 Hz), and high-frequency (0.15–0.4 Hz) power spectra] and non-linear (Fractality, deterministic Chaos analyses) variability metrics.

Results:

We successfully obtained TCD recordings from patients and healthy controls and calculated the desired metrics of mean-CBFV variability. Differences were appreciable between aSAH patients and healthy controls, as well as between aSAH patients who later developed vasospasm and those who did not.

Conclusions:

A 40-minute TCD recording provides reliable variability metrics in aSAH patients and healthy controls. Future studies are required to determine if mean-CBFV variability metrics remain stable over time, and whether they may serve to identify patients who are at greatest risk of developing cerebral vasospasm after aSAH.

Résumé :

RÉSUMÉ :

Les prédicteurs de variabilité d’un vasospasme dans des cas d’hémorragie sous-arachnoïdienne avec anévrisme : une étude de faisabilité.

Contexte :

La vitesse moyenne du débit sanguin cérébral (VMDSC) obtenue à partir d’une échographie Doppler (ED) ne parvient pas à bien prédire un vasospasme cérébral dans le cas de patients victimes d’hémorragie sous-arachnoïdienne avec anévrisme (HSAa). Cela dit, des descripteurs de la variabilité de la VMDSC obtenue à l’occasion d’ED d’une durée prolongée pourraient quand même améliorer cette prédiction. Nous avons donc cherché à évaluer la possibilité de produire des descripteurs linéaires et non-linéaires fiables de la variabilité de la VMDSC au moyen d’ED prolongées chez des patients victimes d’HSAa et des témoins en santé. Nous avons également cherché à savoir lequel ou lesquels de ces descripteurs pourraient avoir la capacité d’établir une distinction entre, d’une part, des patients victimes d’HSAa et des témoins en santé et, d’autre part, entre des patients développant par la suite un vasospasme et d’autres non.

Méthodes :

Dans les 5 premiers jours suivant un ictus, la VMDSC bilatérale, la tension artérielle et la fréquence cardiaque ont été enregistrées en continu pendant 40 minutes chez des patients victimes d’HSAa (n = 8) mais aussi chez des témoins en santé du même âge (n = 8) et des témoins plus jeunes (n = 8). Du coup, nous avons pu obtenir des paramètres de variabilité linéaires [écart-type, coefficient des variations, densité spectrale de puissance de très faible intensité (0,003 – 0,040 Hz), de faible intensité (0,040 – 0,150 Hz) et d’intensité élevée (0,15 – 0,4 Hz)] et non-linéaires (analyse fractale et analyses déterministes du chaos).

Résultats :

Nous avons obtenu avec succès des résultats d’ED auprès de patients et de témoins en santé. Nous avons aussi été en mesure de calculer les descripteurs appropriés de la variabilité de la VMDSC. Des différences appréciables entre les patients victimes d’HSAa et les témoins en santé ont émergé de même qu’entre des patients ayant développé ultérieurement un vasospasme et d’autres non.

Conclusions :

Il ressort donc qu’une ED de 40 minutes peut permettre d’obtenir des descripteurs fiables chez des patients victimes d’HSAa et des témoins en santé. Ceci dit, de futures études sont nécessaires pour déterminer si les descripteurs de la variabilité de la VMDSC demeurent stables au fil du temps et aussi dans quelle mesure ils pourraient permettre d’identifier les patients les plus exposés au risque de développer un vasospasme à la suite d’une HSAa.

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Copyright
© The Author(s), 2020. Published by Cambridge University Press on behalf of The Canadian Journal of Neurological Sciences Inc.
Figure 0

Table 1: Demographics, clinical features, and evolution of participants in the aSAH group

Figure 1

Table 2: Linear and non-linear indices of variability for the mean CBFV in the aneurysmal SAH group and in the two healthy control groups. Data represent combined values from the right and left MCAs for each patient. Values are reported as the means and their 95% confidence intervals

Figure 2

Table 3: Linear and non-linear indices of variability for the mean arterial blood pressure in the aSAH group and the age-matched healthy control group. Values are reported as the means and their 95% confidence interval

Figure 3

Table 4: Linear and non-linear variability indices for the mean cerebral blood flow velocity and mean arterial blood pressure between patients with aSAH who developed vasospasm compared to those without vasospasm. Data for the blood flow velocity in patients without vasospasm represent combined values from the right and left MCAs for each patient. In those with vasospasm, data values are separated according to the ipsilateral or contralateral side of vasospasm. Values are reported as mean ± SD

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Table S3

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