Espectroscopia de correlación difusa para medir el flujo sanguíneo cerebral en un sujeto humano

Resumen

Fuente: Menezes Forti, R. et al. Monitorización en tiempo real de pacientes neurocríticos con espectroscopias ópticas difusas. J. Vis. Exp. (2020)

Este video demuestra el uso de la espectroscopia de correlación difusa (DCS) para medir el flujo sanguíneo cerebral en humanos. Describe los pasos para preparar el sistema, calibrar la sonda, colocarla en la frente del participante, adquirir datos de luz dispersa y analizar las fluctuaciones de intensidad para interpretar la dinámica del flujo sanguíneo en el cerebro.

Protocolo

Todos los procedimientos que involucran participantes humanos se han realizado de conformidad con las pautas institucionales, nacionales e internacionales para el bienestar humano y han sido revisados por la junta de revisión institucional local.

1. Preparativos antes de trasladar el sistema a la unidad de cuidados intensivos (UCI)

1. Conecte todas las fibras a los láseres y detectores relevantes, y asegúrese de que estén correctamente conectados a la sonda óptica (Figura 1B).
2. Compruebe que la sonda óptica esté cubierta con un paño negro para evitar que los láseres brillen en la habitación.
3. Gire el interruptor de encendido del sistema a la posición 'ON'. Después de encender el sistema, espere 30 segundos y luego gire el interruptor de llave láser de espectroscopia de correlación difusa (DCS) a la posición 'ON'. Los láseres de espectroscopia óptica difusa en el dominio de la frecuencia (FD-DOS) se encienden automáticamente cuando se enciende el sistema.
4. Mientras se prepara el sistema, obtenga el consentimiento del participante o de un representante legal. Después de obtener el consentimiento, lleve el carrito a la habitación del paciente.
   NOTA: Dado que el sistema híbrido tiene una batería incorporada que dura hasta 45 minutos, no es necesario apagarlo durante el transporte.

2. Calibración y ajustes de ganancia del sistema DOS

1. Al llegar a la UCI, apague el láser DCS cambiando la llave a la posición 'OFF'.
2. Comenzando con el maniquí sólido marcado como 'Calibrar', ejecute el proceso de calibración en el software FD-DOS (BOXY, ISS) siguiendo los pasos a continuación.
   1. En el menú 'Archivo', cargue el archivo de configuración apropiado para la sonda que se está utilizando haciendo clic en la opción 'Cargar archivo de configuración'.
   2. Coloque la sonda en el lado curvo del maniquí, asegurando un buen contacto con la superficie, y luego optimice el voltaje de polarización del tubo fotomultiplicador (PMT) haciendo clic en el botón 'Optimizar todos los detectores' en el software FD-DOS.
   3. Ejecute la calibración para múltiples separaciones fuente-detector haciendo clic en la opción 'Calc. Forma de onda Calib. Valores para accesorios ópticos. y Distancias múltiples' en el menú 'Calibrar'.
   4. Abra la opción 'Cálculos definidos por el usuario' en el menú 'Text-Mon' para verificar que las propiedades ópticas medidas coincidan con los valores preespecificados (escritos en el maniquí sólido) y que el ajuste R² esté cerca de uno.
3. Repita los pasos anteriores (excepto el paso 2.2.3) para medir las propiedades ópticas del maniquí marcado como 'Comprobar' para asegurarse de que la calibración fue adecuada. Las propiedades ópticas medidas deben coincidir, dentro del 10%, con los valores especificados en los maniquíes. cautela: Asegúrese de apagar los PMT (haciendo clic en el botón 'Todos los detectores apagados') cada vez que se mueva la sonda para evitar dañar los PMT debido a la iluminación directa de la luz ambiental.
4. Si la calibración no es adecuada, vuelva a ejecutar el proceso de calibración (pasos 2.2 y 2.3). Garantizar una buena calibración del sistema FD-DOS es esencial para la validez de las mediciones FD-DOS.

3. Preparación del participante al lado de la cama

1. Utilice toallitas desinfectantes para limpiar tanto la sonda como la frente del paciente.
2. Coloque la cinta de doble cara en la sonda (Figura 1B), asegurándose de que la cinta no esté en contacto directo con las puntas de fibra óptica.
3. Coloque unas gafas de seguridad láser sobre el sujeto.
4. Coloque las sondas sobre la región de interés (ROI) y envuelva las correas elásticas alrededor de la cabeza del sujeto. Aunque no es estrictamente necesario para FD-DOS y DCS, es aconsejable cubrir la sonda óptica con un paño negro o un vendaje negro para reducir el ruido debido a la luz ambiental.
   NOTA: Es importante asegurarse de que la correa elástica no esté ni demasiado apretada ni demasiado floja. Si la correa está demasiado apretada, puede causar una incomodidad significativa al paciente, y si la correa está demasiado floja, puede provocar una mala calidad de los datos, ya que la cinta de doble cara no es lo suficientemente fuerte como para mantener las sondas en su lugar.
5. Una vez que la sonda esté correctamente asegurada a la frente del paciente, encienda el láser DCS cambiando la llave a la posición 'ON'.
   PRECAUCIÓN: El sistema DCS utiliza un láser de Clase 3B, que es peligroso para la exposición ocular. Es muy importante encender los láseres solo cuando la sonda esté correctamente conectada a la frente del paciente.

4. Evaluación de la calidad de los datos

1. Antes de comenzar a adquirir datos con la interfaz gráfica de usuario (GUI), escriba las separaciones de la fuente DCS y el detector en la pestaña 'Configuración' de la GUI.NOTA: El sistema DCS no requiere un paso de calibración, pero la entrada adecuada de las separaciones fuente-detector es necesaria para el análisis en tiempo real.
2. Inicie el software de adquisición presionando el botón 'Inicio' en la GUI y verifique la señal DOS en el software FD-DOS:
   1. Haga clic en el botón 'Optimizar todos los detectores' en el software FD-DOS para optimizar el voltaje de polarización PMT.
   2. Verifique las propiedades ópticas y el R² del accesorio DOS en la opción 'Cálculo definido por el usuario' del menú 'Text-Mon'. El coeficiente R² debe estar cerca de la unidad y, como regla general, el coeficiente de absorción de los pacientes humanos debe estar dentro de 0,05 y 0,2 ^cm-1, mientras que el coeficiente de dispersión debe estar dentro de 6 y 13 ^cm-113.
3. Compruebe la señal DCS en la pestaña 'Curvas de correlación' de la GUI.
   1. Encienda los detectores DCS girando los interruptores a la posición 'ON'.
   2. Asegúrese de que cada detector DCS mida una intensidad de luz adecuada. Como regla general, se requieren más de 10 kHz.
   3. Si la intensidad medida es superior a 800 kHz, utilice un filtro de densidad neutra para reducir el número de fotones y evitar dañar los detectores. Esto suele ser un problema para separaciones de detector de fuente más cortas (< 1 cm).
      NOTA: Además de dañar potencialmente los detectores DCS, los recuentos de fotones superiores a 800 kHz también pueden generar errores debido a efectos no lineales en el detector.
   4. Verifique las curvas de autocorrelación para garantizar un buen acoplamiento de la piel (consulte la Figura 2) y vuelva a colocar la sonda óptica si es necesario.
   5. Si fue necesario reposicionar la sonda en el paso anterior, repita los pasos 4.2 y 4.3. Es posible que sea necesario repetir estos pasos varias veces.
      NOTA: Los detectores DCS y FD-DOS deben apagarse cada vez que se mueva la sonda. Para apagar los detectores DCS, mueva manualmente los interruptores a la posición 'APAGADO'. El detector FD-DOS se apaga haciendo clic en el botón 'Todos los detectores desactivados' en el software FD-DOS.
4. Cuando se logre un buen contacto entre la sonda y la piel, detenga la recopilación de datos haciendo clic en el botón 'Detener' en la GUI. A continuación, establezca los identificadores del experimento y del paciente en el cuadro de texto "Carpeta" y escriba el nombre del ROI en el cuadro de texto "Nombre del archivo".
5. Inicie la adquisición de datos presionando el botón 'Inicio' en la GUI.
6. Recopile datos en el primer ROI durante el tiempo que requiera el protocolo. Si es necesario, mueva la sonda a los otros ROI y repita la medición.
   NOTA: El período de monitoreo puede variar según los objetivos del estudio.

5. Consideraciones para el experimentador durante la medición

1. Después de iniciar la medición, escriba en la pestaña 'Información del experimento' de la GUI la información relevante del paciente (por ejemplo, tipo y ubicación de la lesión, medicamentos que se administran, edad, sexo, etc.).
2. Asegúrese de que cualquier evento relevante que haya ocurrido durante el período de monitoreo esté marcado haciendo clic en el botón 'Marcar' en la GUI. Después de cada marca, asegúrese de escribir la descripción del evento en la pestaña 'Información del experimento' de la GUI.

6. Detener

1. la recopilación de datos Detenga la recopilación de datos presionando el botón 'Detener' en la GUI.
2. Detenga el software FD-DOS presionando el botón de detención de adquisición y grabación de datos representado como dos cuadrados rojos en el software FD-DOS.
3. Apague los detectores DCS girando los interruptores a la posición 'APAGADO' y apague el láser DCS girando la llave a la posición 'APAGADO'.
4. Apague los PMT del módulo FD-DOS haciendo clic en el botón 'Todos los detectores desactivados'.
5. Retire la sonda de la cabeza del paciente y retire la cinta adhesiva de doble cara de la sonda. Luego, limpie la sonda con toallitas desinfectantes.
6. Repita la medición de las propiedades ópticas de cada maniquí sólido lo antes posible para asegurarse de que la calibración siga siendo adecuada durante toda la sesión de monitorización (consulte el paso 4.2.2).
   NOTA: Idealmente, el paso de calibración debe realizarse inmediatamente después de retirar las sondas ópticas de la cabeza del paciente (paso 6.6). Sin embargo, debido a problemas de tiempo, esto se hizo en la instalación de almacenamiento en los ejemplos presentados en la siguiente sección.
7. Limpie el sistema y sus accesorios con toallitas desinfectantes.
8. Lleve el carrito de regreso a la sala de almacenamiento.

Resultados

Figura 1: El entorno óptico desarrollado para monitorizar a los pacientes dentro de una unidad de cuidados intensivos. (A) El sistema óptico difuso híbrido combina un módulo de espectroscopia óptica difusa (DOS) en el dominio ...

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