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方法文章

利用扩散光学光谱技术对神经重症患者进行实时监测

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DOI：

10.3791/61608

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2020年11月19日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Physics, University of Campinas, 2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology, 3Clinical Hospital, University of Campinas, 4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine, 5School of Medical Sciences, University of Campinas

本文内容

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摘要

本文介绍了一种利用漫射光学技术在床旁无创、实时监测神经危重症患者脑血流动力学的实验方案。具体而言，该方案采用一种混合式漫射光学系统，用于检测并实时显示脑组织氧合、脑血流量和脑代谢的相关信息。

摘要

神经生理监测是神经危重症患者治疗中的重要目标，因其可能预防继发性损伤并直接影响发病率与死亡率。然而，目前尚缺乏适用于床旁连续监测脑生理功能的无创、实时技术。漫射光学技术已被提出作为潜在工具，用于神经危重症患者脑血流和脑氧合状态的床旁测量。此前，漫射光谱技术已在多种临床场景中用于患者监测，范围涵盖新生儿监护到成人脑血管干预。但该技术在床旁为临床医生提供实时信息的可行性仍缺乏充分研究。本文报道了一种漫射光学系统在重症监护期间对脑血流、脑氧合及脑氧代谢进行连续实时监测的临床转化应用。该仪器的实时监测功能有望推动基于个体化脑生理特征的治疗策略，而非依赖动脉血压等替代性指标。通过使用相对廉价且便携的设备，在不同时间尺度上提供脑循环的实时信息，该方法在预算有限的医院、偏远地区以及 在开阔区域的监测（如国防和体育领域）。

引言

导致重症神经疾病患者预后不良的大多数并发症均与脑血流动力学障碍引起的继发性损伤相关。因此，对这些患者的脑生理功能进行监测可能直接影响其发病率与死亡率1,2,3,4,5,6,7然而，目前尚无成熟的临床工具可用于对脑生理进行连续、实时、无创的监测 重症监护患者床旁监测。在众多潜在技术中，扩散光学技术最近被提出作为一种有前景的手段，以填补这一空白8,9,10,11通过测量从头皮扩散散射的近红外光（~650–900 nm）的缓慢变化（即数十至数百毫秒量级），扩散光学光谱法（DOS）可检测脑内主要色素物质的浓度，例如脑氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）。12,13此外，还可以利用扩散相关光谱法（DCS）测量脑血流量（CBF）。10,14,15,16,17 通过量化光强度的快速波动（即，从几秒到几分钟） µs到几毫秒）。当DOS与DCS结合使用时，还可提供脑组织氧代谢率（CMRO2)18,19,20.

已有研究探索了将 DOS 与 DCS 结合，用于多种临床前及临床场景中的患者监测。例如，漫射光学技术已被证明可为重症新生儿提供重要的临床信息21,22,23,24，包括在治疗心脏缺陷的心脏手术期间的应用23,25,26,27,28。此外，多位研究人员已探索利用漫射光学技术评估不同脑血管干预过程中的脑血流动力学变化，例如颈动脉内膜切除术29,30,31、脑卒中的溶栓治疗32、床头抬高操作33,34,35、心肺复苏36以及其他干预措施37,38,39。当同时具备连续血压监测条件时，漫射光学技术还可用于监测健康个体及危重病患的脑自动调节功能11,40,41,42，以及评估脑循环的临界闭合压43。多位研究者已使用不同金标准 CBF 测量方法对 DCS 测定的 CBF 进行了验证18，而通过漫射光学技术测得的 CMRO2 也被证明是神经重症监护中一个有用的参数8,18,23,24,28,43,44,45。此外，既往研究已验证了基于光学方法获得的脑血流动力学参数在神经危重症患者长期监测中的有效性8,9,10,11，包括用于预测缺氧46,47,48和缺血事件8。

漫反射光学技术在纵向测量以及临床干预过程中提供有价值实时信息的可靠性，目前仍缺乏充分研究。此前曾将独立的漫反射光谱（DOS）系统与侵入式脑组织氧张力监测仪进行比较，结果认为DOS的灵敏度不足以替代侵入式监测手段。然而，除了相关研究采用的样本量相对较小之外，直接比较侵入式与非侵入式监测方法可能存在方法学上的偏差，因为这两种技术探测的是包含不同脑血管结构的不同体积组织。尽管这些研究最终均得出结论认为漫反射光学技术尚不能取代侵入式监测，但在两项研究中，DOS均表现出中等至良好的准确性，这在某些侵入式监测设备不可用的情况或场所下可能已足够适用。

与其他方法相比，漫射光学技术的关键优势在于能够使用便携式设备在床旁无创（且连续）地同时测量血流和组织血氧饱和度。与经颅多普勒超声（TCD）相比，扩散相关光谱（DCS）具有一项额外优势：它测量的是组织层面的灌注，而TCD测量的是大脑基底部大动脉中的脑血流速度。当评估近端大动脉血流和软脑膜侧支循环均参与灌注的狭窄-闭塞性疾病时，这一区别可能尤为重要。与正电子发射断层扫描（PET）和磁共振成像（MRI）等其他传统影像学方法相比，光学技术也具有优势。除了能够同时直接测量脑血流量（CBF）和氧合血红蛋白（HbO）/脱氧血红蛋白（HbR）浓度（这是单独使用MRI或PET无法实现的）之外，光学监测还具有显著更高的时间分辨率，从而可实现对动态脑自动调节40,41,42以及动态演变的血流动力学变化的评估。此外，与PET和MRI相比，漫射光学仪器成本低廉且便于携带，这一优势在中低收入国家血管疾病负担较重的背景下尤为关键。

本文提出的方案旨在为重症监护室（ICU）患者提供一种实时床旁神经监测的环境。该方案采用一种混合式光学设备，结合临床友好的图形用户界面（GUI）以及定制的光学传感器对患者进行检测（图1）。用于展示本方案的混合系统整合了两个独立模块的漫射光学光谱技术：一个商用的频域（FD-）DOS模块和一个自制的DCS模块（图1A）。FD-DOS模块49,50包含4个光电倍增管（PMT）和32个激光二极管，可在四个不同波长（690、704、750和850 nm）下发射光。DCS模块包含一个在785 nm波长下发射的长相干激光器、16个单光子计数器作为探测器以及一个相关器电路板。FD-DOS模块的采样频率为10 Hz，DCS模块的最大采样频率为3 Hz。为了整合FD-DOS和DCS模块，我们在控制软件中编程了一个微控制器，以在两个模块之间自动切换。该微控制器负责开启和关闭FD-DOS与DCS的激光器，以及控制FD-DOS探测器，从而实现两个模块的交替测量。总体而言，该系统每0.5至5秒可采集一次FD-DOS与DCS的联合数据，具体时间取决于信噪比（SNR）要求（更长的采集时间可获得更高的SNR）。为了将光耦合至前额，我们开发了一种可3D打印的光学探头，可根据每位患者进行个性化定制（图1B），其源-探测器间距可在0.8至4.0 cm之间变化。本示例中采用的标准源-探测器间距为：DCS使用2.5 cm，FD-DOS使用1.5、2.0、2.5和3.0 cm。

本研究中所述方案的主要特点是开发了一种实时界面，该界面既能通过友好的图形用户界面控制硬件，又能实时显示不同时间窗口下的主要脑生理参数图1C）。在所提出的图形用户界面（GUI）内开发的实时分析流程速度很快，计算光学参数耗时不到50毫秒（见 补充材料 有关更多细节）。该图形用户界面（GUI）的设计参考了神经重症监护室（neuro-ICU）中现有的临床仪器，并在系统向神经重症监护室转化过程中，通过临床使用者的广泛反馈进行了优化与调整。因此，该实时图形用户界面有助于 光学系统在常规医院工作人员（如神经重症医师和护士）中的推广应用。漫射光学技术作为临床研究工具的广泛应用，有望增强其对具有生理意义数据的监测能力，并最终证明漫射光学是无创实时监测神经危重症患者的一种理想选择。

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方案

该方案已获得坎皮纳斯大学当地伦理委员会的批准（方案编号 56602516.2.0000.5404）。在进行测量之前，已从患者或其法定代理人处获得书面知情同意。我们纳入了因前循环缺血性卒中或前循环蛛网膜下腔出血而入住坎皮纳斯大学临床医院的患者。排除标准包括：后循环缺血性卒中患者、因颅内压升高而接受减压性颅骨切除术的患者，以及患有其他神经退行性疾病（如痴呆、帕金森病或任何可能与皮质萎缩相关的疾病）的患者。

1. 将系统转移至重症监护室（ICU）前的准备工作

  1. 将所有光纤连接至相应的激光器和探测器，并确保它们已正确固定在光学探头（图1B）上。
  2. 检查光学探头是否已用黑色布料覆盖，以避免激光在室内散射。
  3. 将系统电源开关拨至“开启”位置。系统通电后，等待30秒，然后将DCS激光器的钥匙开关转至“开启”位置。FD-DOS激光器在系统通电时会自动启动。
  4. 在系统准备过程中，需获得受试者或其法定代理人签署的知情同意书。获得同意后，将设备推车推至患者病房。
    注意：由于该混合系统内置电池可持续工作长达45分钟，因此在转运过程中无需关闭电源。

2. DOS 系统的校准与增益设置

  1. 到达ICU后，将DCS激光器的钥匙开关转至“OFF”位置以关闭激光器。
  2. 从标记为“Calibrate”的固体模体开始，在FD-DOS软件（BOXY, ISS）上按照以下步骤运行校准程序。
    1. 在“File”菜单中，通过点击“Load settings file”选项，加载所用探头的相应设置文件。
    2. 将探头放置在模体的曲面一侧，确保与表面良好接触，然后在FD-DOS软件中点击“Optimize All Detectors’”按钮，优化PMT偏置电压。
    3. 在“Calibrate’”菜单中选择“Calc. Waveform Calib. Values for Optical Props. and Multiple Distances”选项，对多个源-探测器间距执行校准。
    4. 从“Text-Mon”菜单中打开“User-defined Calculations”选项，检查测得的光学参数是否与模体上标注的预设值一致，并确认拟合的R2接近于1。
  3. 重复上述步骤（除步骤2.2.3外），测量标记为“Check’”的模体的光学参数，以确认校准充分。测得的光学参数应与模体标注值在10%以内相符。
    注意：每次移动探头时，务必通过点击“All Detectors OFF”按钮关闭PMT，以避免环境光直接照射导致PMT损坏。
  4. 若校准不充分，请重新执行校准程序（步骤2.2和2.3）。确保FD-DOS系统的良好校准对于FD-DOS测量结果的有效性至关重要。

3. 床旁受试者的准备

  1. 使用消毒湿巾清洁探头和患者前额。
  2. 将双面胶贴在探头上（图1B），确保胶带不与光纤尖端直接接触。
  3. 为受试者佩戴激光安全护目镜。
  4. 将探头放置在目标区域（ROI）上，并将弹性绑带绕在受试者头部。尽管对于频域扩散光学光谱（FD-DOS）和扩散相关光谱（DCS）而言并非严格必需，但建议用黑色布料或黑色绷带覆盖光学探头，以减少环境光引起的噪声。
    注意：应确保弹性绑带既不过紧 也不过松。若绑带过紧，可能导致患者明显不适；若绑带过松，则可能导致数据质量下降，因为双面胶的固定力不足以保持探头位置稳定。
  5. 在探头牢固固定于患者前额后，将钥匙开关转至“ON”位置以开启DCS激光器。
    警告：DCS系统使用3B类激光，对眼睛暴露具有危害性。必须确保仅在探头正确连接至患者前额后才开启激光器。

4. 数据质量评估

  1. 在开始使用图形用户界面（GUI）采集数据之前，需在 GUI 的“设置”选项卡中输入 DCS 的光源-探测器间距。
    注意：DCS 系统无需校准步骤，但必须正确输入光源-探测器间距，以实现实时分析（详见补充材料）。
  2. 在 GUI 中点击“开始”按钮启动采集软件，并在 FD-DOS 软件中检查 DOS 信号：
    1. 在 FD-DOS 软件中点击“优化所有探测器”按钮，以优化光电倍增管（PMT）的偏置电压。
    2. 在“文本-监控”菜单的“用户自定义计算”选项中，检查 DOS 拟合的光学参数和 R2 值。R2 系数应接近 1；根据经验法则，人体受试者的吸收系数应在 0.05 至 0.2 cm-1 之间，散射系数应在 6 至 13 cm-113 之间。
  3. 在 GUI 的“相关曲线”选项卡中检查 DCS 信号：
    1. 将开关拨至“ON”位置，开启 DCS 探测器。
    2. 确保每个 DCS 探测器测量到足够的光强。根据经验法则，光子计数应高于 10 kHz。
    3. 若测得的光强高于 800 kHz，应使用中性密度滤光片降低光子计数，以避免损坏探测器。此问题通常出现在较短（< 1 cm）的光源-探测器间距情况下。
      注意：除了可能损坏 DCS 探测器外，光子计数超过 800 kHz 还可能因探测器的非线性效应而引入误差。
    4. 检查自相关曲线，确保探头与皮肤耦合良好（参见代表性结果和图 2），必要时重新调整光学探头位置。
    5. 若上一步中需要重新定位探头，则需重复步骤 4.2 和 4.3。这些步骤可能需要多次重复。
      注意：每次移动探头时，必须关闭 DCS 和 FD-DOS 探测器。关闭 DCS 探测器需手动将开关拨至“OFF”位置；关闭 FD-DOS 探测器则需在 FD-DOS 软件中点击“所有探测器关闭”按钮。
  4. 当探头与皮肤实现良好接触后，点击 GUI 中的“停止”按钮结束数据采集。随后，在“文件夹”文本框中设置实验和受试者标识符，并在“文件名”文本框中输入感兴趣区域（ROI）名称。
  5. 在 GUI 中点击“开始”按钮，启动数据采集。
  6. 根据实验方案要求，在第一个感兴趣区域（ROI）持续采集数据。如有需要，可将探头移至其他 ROI 并重复测量。
    注意：监测时长可根据研究目标的不同而调整。

5. 测量过程中实验人员的注意事项

  1. 开始测量后，在图形用户界面（GUI）的“实验信息”选项卡中填写相关的患者信息（例如，损伤类型和位置、正在使用的药物、年龄、性别等）。
  2. 确保在监测期间发生的任何相关事件均通过点击图形用户界面（GUI）上的“标记”按钮进行标记。每次标记后，务必在图形用户界面（GUI）的“实验信息”选项卡中填写事件描述。

6. 停止数据采集

  1. 在图形用户界面（GUI）中按下“停止”按钮，停止数据采集。
  2. 在FD-DOS软件中按下代表数据采集与记录停止的两个红色方块按钮，停止FD-DOS软件运行。
  3. 将DCS探测器的开关拨至“OFF”位置以关闭探测器，并将DCS激光器的钥匙旋至“OFF”位置以关闭激光器。
  4. 点击“所有探测器关闭”按钮，关闭FD-DOS模块的光电倍增管（PMTs）。
  5. 从患者头部取下探头，并从探头上移除双面胶带。随后使用消毒湿巾清洁探头。
  6. 尽快重复测量每个固体模体的光学特性，以确保在整个监测过程中校准状态保持充分（参见步骤4.2.2）。
    注意：理想情况下，应在将光学探头从患者头部移除后立即执行校准步骤（步骤6.6）。然而，由于时间安排问题，在下一节所展示的示例中，该步骤是在存储设施内完成的。
  7. 使用消毒湿巾清洁系统及其附件。
  8. 将推车推回存储室。

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结果

理想情况下，使用扩散相关光谱（DCS）模块获得的归一化自相关曲线在零延迟时间外推处的值应约为1.5（当使用单模光纤时）14），且在较长的延迟时间下，曲线应衰减至1。曲线应平滑，并且在源-探测器间距较长时衰减更快。一个良好的自相关曲线示例如下所示 图2A. 图2B 显示了一个不良的自相关曲线示例；在此示例中，无法区分不同源-探测器间距的曲线。 图2C 显示了另一个不良自相关曲线的示例，其中曲线的尾部与所使用的模型不匹配。这两条曲线中存在的问题（图2B，C与探头和皮肤耦合不良或光源的光直接泄漏到较短的源-探测器间距有关。

为了正确解读实时监测中观察到的变化，并将其与临床行为相关联，展示不同时间窗口下的神经生理学数据至关重要。作为示例，

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讨论

本文介绍了一种混合光学系统，可在床旁实时提供神经危重症患者的脑血流、脑氧合及脑氧代谢信息。此前已有研究指出，扩散光学技术有望作为临床场景中无创、床旁监测的潜在指标。先前一项研究通过病例报告的形式，重点关注了在神经重症监护室住院期间光学监测的临床意义及其可行性9。本研究的重点是详细阐述与扩散光学实时监测相关的关键且创新的技术要点。具体而言，本文提出了一种实时图形用户界面（GUI），可为临床医生提供清晰且有用的信息。该GUI支持对不同时段的数据进行便捷比较，这对于解读具有临床意义的数据至关重要。本文所实现的GUI可轻松适配基于软件相关器的扩散相关光谱（DCS）系统，但需注意实时显示频率应限制在约20 Hz。可通过对接收的自相关曲线进行实时平均处理，以降低更高采样速率的数据频率。未来，本方案所提供的实时信息有望用于指导临床治疗，从而改善神经危重症患者的临床预后。

本研究还提出使用一种可定制的光学探头，能够适应不同的应用场景，从而满足临床医生在不同目的和需求下的使用。正确选择光源-探测器间距是最大化扩散光学技术对大脑敏感性的关键步骤。在大多数...

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披露

作者声明了与本研究、作者身份和/或本文发表相关的以下潜在利益冲突：RC Mesquita 有一项待审批的专利申请以及两项与此工作相关的其他专利（美国专利 10,342,488 和 10,064,554）。目前没有任何作者从这些专利中获得版税或付款。

   

致谢

我们感谢圣保罗研究基金会（FAPESP）通过项目编号 2012/02500-8（RM）、2014/25486-6（RF）和 2013/07559-3 提供的支持。资助方在研究设计、数据收集与分析、发表决定或稿件撰写过程中均未发挥任何作用。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
3D 打印机Sethi3DS2用于打印可定制探头的 3D 打印机
Arduino UNOArduinoUNO REV3负责交错执行 DCS 和 FD-DOS 测量的微控制器
DCS 相关器Correlator.comFlex11-16chDCS 模块的组成部分
DCS 探测器 IO 板Excelitas TechnologySPCM-AQ4C-IODCS 模块的组成部分
DCS 探测器Excelitas TechnologySPCM-AQ4CDCS 模块的组成部分
DCS 激光器CrystaLaserDL785-120-SODCS 模块的组成部分
DCS 电源ArtesynUMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-ADCS 模块的组成部分（为 DCS 探测器供电；提供 2、5 和 30 V 电压）
FD-DOS 光纤ISSImagent supplies用于 FD-DOS 检测和照明的光纤由 ISS 提供
柔性 3D 打印材料Sethi3DNinjaFlex用于打印柔性可定制探头的材料
ImagentISSImagentFD-DOS 模块
激光防护眼镜ThorlabsLG9
多模光纤ThorlabsFT400EMT用于 DCS 照明的多模光纤
中性密度滤光片 1.0 ODEdmund Optics53-705用于短光源-探测器间距的中性密度滤光片
单模光纤Thorlabs780HP用于 DCS 探测器的单模光纤
系统电池SMSNET4用于设备运输过程中的系统供电电池

参考文献

  1. Papanikolaou, J., et al. Cardiac and central vascular functional alterations in the acute phase of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Critical Care Medicine. 40 (1), 223-232 (2012).
  2. Sarrafzadeh, A. S., Vajkoczy, P., Bijlenga, P., Schaller, K. Monitoring in neurointensive care - The challenge to detect delayed cerebral ischemia in high grade aneurysmal SAH. Frontiers in Neurology. 5 (134), (2014).
  3. Messerer, M., Daniel, R. T., Oddo, M. Neuromonitoring after major neurosurgical procedures. Minerva Anestesiologica. 78 (7), 810-822 (2012).
  4. Le Roux, P., et al. Consensus summary statement of the International Multidisciplinary Consensus Conference on Multimodality Monitoring in Neurocritical Care: A statement for healthcare professionals from the Neurocritical Care Society and the European Society of Intensive Care Medicine. Intensive Care Medicine. 40 (9), 1189-1209 (2014).
  5. Roh, D., Park, S. Brain Multimodality Monitoring: Updated Perspectives. Current Neurology and Neuroscience Reports. 16 (6), 1-10 (2016).
  6. Oddo, M., Villa, F., Citerio, G. Brain multimodality monitoring: An update. Current Opinion in Critical Care. 18 (2), 111-118 (2012).
  7. Sandsmark, D. K., Kumar, M. A., Park, S., Levine, J. M. Multimodal Monitoring in Subarachnoid Hemorrhage. Stroke. 43 (5), 1440-1445 (2012).
  8. Baker, W. B., et al. Continuous non-invasive optical monitoring of cerebral blood flow and oxidative metabolism after acute brain injury. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 39 (8), 1469-1485 (2019).
  9. Menezes Forti, R., et al. Real-time non-invasive assessment of cerebral hemodynamics with diffuse optical spectroscopies in a neuro intensive care unit: an observational study. Frontiers in Medicine. 7 (147), (2020).
  10. Kim, M. N., et al. Noninvasive measurement of cerebral blood flow and blood oxygenation using near-infrared and diffuse correlation spectroscopies in critically brain-injured adults. Neurocritical Care. 12 (2), 173-180 (2010).
  11. Selb, J., et al. Prolonged monitoring of cerebral blood flow and autoregulation with diffuse correlation spectroscopy in neurocritical care patients. Neurophotonics. 5 (04), 1(2018).
  12. Durduran, T., Choe, R., Baker, W. B., Yodh, A. G. Diffuse optics for tissue monitoring and tomography. Reports on Progress in Physics. 73 (7), 76701(2010).
  13. Jacques, S. L. Optical properties of biological tissues: a review. Physics in Medicine and Biology. 58 (11), 37-61 (2013).
  14. Durduran, T., Yodh, A. G. Diffuse correlation spectroscopy for non-invasive, micro-vascular cerebral blood flow measurement. NeuroImage. 85, 5163(2014).
  15. Durduran, T., et al. Diffuse optical measurement of blood flow, blood oxygenation, and metabolism in a human brain during sensorimotor cortex activation. Optics Letters. 29 (15), 1766(2004).
  16. Selb, J., et al. Sensitivity of near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy to brain hemodynamics: simulations and experimental findings during hypercapnia. Neurophotonics. 1 (1), 15005(2014).
  17. Shang, Y., Li, T., Yu, G. Clinical applications of near-infrared diffuse correlation spectroscopy and tomography for tissue blood flow monitoring and imaging. Physiological Measurement. 38 (4), 1-26 (2017).
  18. Mesquita, R. C., et al. Direct measurement of tissue blood flow and metabolism with diffuse optics. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 369 (1955), 4390-4406 (2011).
  19. Culver, J. P., et al. Diffuse optical tomography of cerebral blood flow, oxygenation, and metabolism in rat during focal ischemia. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 23 (8), 911-924 (2003).
  20. Valabrègue, R., Aubert, A., Burger, J., Bittoun, J., Costalat, R. Relation between Cerebral Blood Flow and Metabolism Explained by a Model of Oxygen Exchange. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 23 (5), 536-545 (2003).
  21. Farzam, P., et al. Shedding light on the neonatal brain: probing cerebral hemodynamics by diffuse optical spectroscopic methods. Scientific Reports. 7 (1), 15786(2017).
  22. Wong, F. Cerebral blood flow measurements in the neonatal brain. Prenatal and Postnatal Determinants of Development. 109, 69-87 (2016).
  23. Busch, D. R., et al. Noninvasive optical measurement of microvascular cerebral hemodynamics and autoregulation in the neonatal ECMO patient. Pediatric Research. , 1-9 (2020).
  24. Dehaes, M., et al. Cerebral oxygen metabolism in neonatal hypoxic ischemic encephalopathy during and after therapeutic hypothermia. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 34 (1), 87-94 (2014).
  25. Ferradal, S. L., et al. Non-invasive assessment of cerebral blood flow and oxygen metabolism in neonates during hypothermic cardiopulmonary bypass: Feasibility and clinical implications. Scientific Reports. 7 (1), 44117(2017).
  26. Busch, D. R., et al. Continuous cerebral hemodynamic measurement during deep hypothermic circulatory arrest. Biomedical Optics Express. 7 (9), 3461(2016).
  27. Wang, D., et al. Fast blood flow monitoring in deep tissues with real-time software correlators. Biomedical Optics Express. 7 (3), 776(2016).
  28. Ko, T. S., et al. Non-invasive optical neuromonitoring of the temperature-dependence of cerebral oxygen metabolism during deep hypothermic cardiopulmonary bypass in neonatal swine. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 40 (1), 187-203 (2018).
  29. Pennekamp, C. W. A. A., et al. Near-infrared spectroscopy can predict the onset of cerebral hyperperfusion syndrome after carotid endarterectomy. Cerebrovascular Diseases. 34 (4), 314-321 (2012).
  30. Pennekamp, C. W. A. A., Bots, M. L., Kappelle, L. J., Moll, F. L., de Borst, G. J. The Value of Near-Infrared Spectroscopy Measured Cerebral Oximetry During Carotid Endarterectomy in Perioperative Stroke Prevention. A Review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 38 (5), 539-545 (2009).
  31. Shang, Y., et al. Cerebral monitoring during carotid endarterectomy using near-infrared diffuse optical spectroscopies and electroencephalogram. Physics in Medicine and Biology. 56 (10), 3015-3032 (2011).
  32. Delgado-Mederos, R., et al. Transcranial diffuse optical assessment of the microvascular reperfusion after thrombolysis for acute ischemic stroke. Biomedical Optics Express. 9 (3), 1262(2018).
  33. Favilla, C. G., et al. Optical Bedside Monitoring of Cerebral Blood Flow in Acute Ischemic Stroke Patients During Head-of-Bed Manipulation. Stroke. 45 (5), 1269-1274 (2014).
  34. Gregori-Pla, C., et al. Early microvascular cerebral blood flow response to head-of-bed elevation is related to outcome in acute ischemic stroke. Journal of Neurology. 266 (4), 990-997 (2019).
  35. Kim, M. N., et al. Continuous optical monitoring of cerebral hemodynamics during head-of-bed manipulation in brain-injured adults. Neurocritical Care. 20 (3), 443-453 (2014).
  36. Ko, T., et al. Prediction of Return of Spontaneous Circulation During Cardiopulmonary Resuscitation using Frequency-Domain Diffuse Optical Spectroscopy in a Pediatric Swine Model of Asphyxial Cardiac Arrest. Biophotonics Congress: Biomedical Optics Congress 2018 (Microscopy/Translational/Brain/OTS). , (2018).
  37. Favilla, C. G., et al. Non-invasive respiratory impedance enhances cerebral perfusion in healthy adults. Frontiers in Neurology. 8, (2017).
  38. Favilla, C. G., et al. Perfusion Enhancement with Respiratory Impedance After Stroke (PERI-Stroke). Neurotherapeutics. 16 (4), 1296-1303 (2019).
  39. Ritzenthaler, T., et al. Cerebral near-infrared spectroscopy a potential approach for thrombectomy monitoring. Stroke. 48 (12), 3390-3392 (2017).
  40. Fantini, S., Sassaroli, A., Tgavalekos, K. T., Kornbluth, J. Cerebral blood flow and autoregulation: current measurement techniques and prospects for noninvasive optical methods. Neurophotonics. 3 (3), 31411(2016).
  41. Parthasarathy, A. B., et al. Dynamic autoregulation of cerebral blood flow measured non-invasively with fast diffuse correlation spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 38 (2), 230-240 (2018).
  42. Kainerstorfer, J. M., Sassaroli, A., Tgavalekos, K. T., Fantini, S. Cerebral autoregulation in the microvasculature measured with near-infrared spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 35 (6), 959-966 (2015).
  43. Baker, W. B., et al. Noninvasive optical monitoring of critical closing pressure and arteriole compliance in human subjects. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 37 (8), 2691-2705 (2017).
  44. Lin, P. Y., et al. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. Journal of Visualized Experiments. (73), e4379(2013).
  45. Wintermark, P., Hansen, A., Warfield, S. K., Dukhovny, D., Soul, J. S. Near-infrared spectroscopy versus magnetic resonance imaging to study brain perfusion in newborns with hypoxic-ischemic encephalopathy treated with hypothermia. NeuroImage. 85, 287-293 (2014).
  46. Busch, D. R., et al. Detection of brain hypoxia based on noninvasive optical monitoring of cerebral blood flow with diffuse correlation spectroscopy. Neurocritical Care. 30 (1), 72-80 (2019).
  47. Davies, D. J., et al. Cerebral oxygenation in traumatic brain injury: Can a non-invasive frequency domain near-infrared spectroscopy device detect changes in brain tissue oxygen tension as well as the established invasive monitor. Journal of Neurotrauma. 36 (7), 1175-1183 (2019).
  48. Leal-Noval, S. R., et al. Invasive and noninvasive assessment of cerebral oxygenation in patients with severe traumatic brain injury. Intensive Care Medicine. 36 (8), 1309-1317 (2010).
  49. Fantini, S., Franceschini, M. A., Fishkin, J. B., Barbieri, B., Gratton, E. Quantitative determination of the absorption spectra of chromophores in strongly scattering media: a light-emitting-diode based technique. Applied Optics. 33 (22), 5204(1994).
  50. Fantini, S., et al. Frequency-domain multichannel optical detector for noninvasive tissue spectroscopy and oximetry. Optical Engineering. 34 (1), 32(1995).
  51. Carpenter, D. A., Grubb, R. L., Tempel, L. W., Powers, W. J. Cerebral oxygen metabolism after aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 11 (5), 837-844 (1991).
  52. Johansen-Berg, H., et al. The role of ipsilateral premotor cortex in hand movement after stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A. 99 (22), 14518-14523 (2002).
  53. Hunt, W. E., Hess, R. M. Surgical risk as related to time of intervention in the repair of intracranial aneurysms. Journal of Neurosurgery. 28 (1), 14-20 (1968).
  54. Fisher, C. M., Kistler, J. P., Davis, J. M. Relation of Cerebral Vasospasm to Subarachnoid Hemorrhage Visualized by Computerized Tomographic Scanning. Neurosurgery. 6 (1), 1-9 (1980).
  55. Carey, J. R., et al. Analysis of fMRI and finger tracking training in subjects with chronic stroke. Brain. 125 (4), 773-788 (2002).
  56. Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75 (24), 2176-2184 (2010).
  57. Schaechter, J. D., et al. Motor recovery and cortical reorganization after constraint-induced movement therapy in stroke patients: A preliminary study. Neurorehabilitation and Neural Repair. 16 (4), 326-338 (2002).
  58. Dehaes, M., et al. Assessment of the frequency-domain multi-distance method to evaluate the brain optical properties: Monte Carlo simulations from neonate to adult. Biomedical Optics Express. 2 (3), 552(2011).
  59. Fantini, S., Sassaroli, A. Frequency-domain techniques for cerebral and functional near-infrared spectroscopy. Front Neurosci. 14, 1-18 (2020).
  60. Blaney, G., Sassaroli, A., Pham, T., Fernandez, C., Fantini, S. Phase dual-slopes in frequency-domain near-infrared spectroscopy for enhanced sensitivity to brain tissue: First applications to human subjects. Journal of Biophotonics. 13 (1), 201960018(2020).
  61. Abdalsalam, O., O'Sullivan, T. D., Howard, S., Zhang, Y. Self-calibrated frequency domain diffuse optical spectroscopy with a phased source array. Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue XIII Conference. 1087403, 2(2019).
  62. Applegate, M. B., Istfan, R. E., Spink, S., Tank, A., Roblyer, D. Recent advances in high speed diffuse optical imaging in biomedicine Recent advances in high speed diffuse optical imaging in biomedicine. APL Photonics. 5, 040802(2020).
  63. Torricelli, A., et al. Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping. NeuroImage. 85, 28-50 (2014).
  64. Pifferi, A., et al. New frontiers in time-domain diffuse optics , a review. Journal of Biomedical Optics. 21 (9), 091310(2016).
  65. Gagnon, L., Desjardins, M., Jehanne-Lacasse, J., Bherer, L., Lesage, F. Investigation of diffuse correlation spectroscopy in multi-layered media including the human head. Optics Express. 16 (20), 15514(2008).
  66. Verdecchia, K., et al. Assessment of a multi-layered diffuse correlation spectroscopy method for monitoring cerebral blood flow in adults. Biomedical Optics Express. 7 (9), 3659(2016).
  67. Liemert, A., Kienle, A. Light diffusion in a turbid cylinder II Layered case. Optics Express. 18 (9), 9266(2010).
  68. Hallacoglu, B., Sassaroli, A., Fantini, S. Optical characterization of two-layered turbid media for non-invasive, absolute oximetry in cerebral and extracerebral tissue. PLoS One. 8 (5), 64095(2013).
  69. Alexandrakis, G., Busch, D. R., Faris, G. W., Patterson, M. S. Determination of the optical properties of two-layer turbid media by use of a frequency-domain hybrid Monte Carlo diffusion model. Applied Optics. 40 (22), 3810(2001).
  70. Martelli, F., Sassaroli, A., Del Bianco, S., Yamada, Y., Zaccanti, G. Solution of the time-dependent diffusion equation for layered diffusive media by the eigenfunction method. Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics. 67 (5), 14(2003).
  71. Mesquita, R. C., et al. Influence of probe pressure on the diffuse correlation spectroscopy blood flow signal: extra-cerebral contributions. Biomedical Optics Express. 4 (7), 978(2013).
  72. Wang, D., et al. Influence of probe pressure on the pulsatile diffuse correlation spectroscopy blood flow signal on the forearm and forehead regions. Neurophotonics. 6 (03), 1(2019).
  73. Baker, W. B., et al. Pressure modulation algorithm to separate cerebral hemodynamic signals from extracerebral artifacts. Neurophotonics. 2 (3), 35004(2015).
  74. He, L., et al. Noninvasive continuous optical monitoring of absolute cerebral blood flow in critically ill adults. Neurophotonics. 5 (04), 1(2018).
  75. Milej, D., et al. Quantification of cerebral blood flow in adults by contrast-enhanced near-infrared spectroscopy: Validation against MRI. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. , (2019).
  76. Diop, M., Verdecchia, K., Lee, T. Y., St Lawrence, K. Calibration of diffuse correlation spectroscopy with a time-resolved near-infrared technique to yield absolute cerebral blood flow measurements. Biomedical Optics Express. 2 (7), 2068(2011).
  77. Khalid, M., et al. Development of a stand-alone DCS system for monitoring absolute cerebral blood flow. Biomedical Optics Express. 10 (9), 4607(2019).
  78. Kohl-Bareis, M., et al. Noninvasive monitoring of cerebral blood flow by a dye bolus method: Separation of brain from skin and skull signals. Journal of Biomedical Optics. 7 (3), 464(2002).

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Formal Correction: Erratum: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies
Posted by JoVE Editors on 12/07/2022. Citeable Link.

An erratum was issued for: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies. The Authors section was updated from:

Rodrigo Menezes Forti1,2
Marilise Katsurayama2,3
Lenise Valler2,3
Andrés Quiroga1,2
Luiz Simioni1
Julien Menko4
Antonio L. E. Falcão3
Li Min Li2,5
Rickson C. Mesquita1,2
1Institute of Physics, University of Campinas
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology
3Clinical Hospital, University of Campinas
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine
5School of Medical Sciences, University of Campinas

to:

Rodrigo Menezes Forti1,2
Marilise Katsurayama2,3
Giovani Grisotti Martins1
Lenise Valler2,3
Andrés Quiroga1,2
Luiz Simioni1
Julien Menko4
Antonio L. E. Falcão3
Li Min Li2,5
Rickson C. Mesquita1,2
1Institute of Physics, University of Campinas
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology
3Clinical Hospital, University of Campinas
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine
5School of Medical Sciences, University of Campinas

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