Name: No invasiva de medición óptica del metabolismo cerebral en lactantes y Hemodinámica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-14T09:20:00.000+00:00
Duration: 11 min 39 s
Description: Aprende a medir el metabolismo cerebral en recién nacidos mediante espectroscopia de infrarrojo cercano y correlación difusa. Este método no invasivo permite evaluar la salud neurológica en la unidad de cuidados intensivos neonatales.

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Los autores agradecen a todas las familias por su participación en este estudio y las enfermeras, los médicos y el personal en la UCI neonatal, la Guardería de Cuidados Especiales, Neurología Pediátrica, y las unidades de maternidad en el Massachusetts General Hospital, el Hospital Brigham y de la Mujer y el Hospital de Niños de Boston por su ayuda y apoyo. En particular agradecemos a Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Mazzawi Julianne, y Steven A. Ringer. Los autores también agradecen a Marcia Kocienski-Filip, Sheldon Yvonne, Aggarwall Alpna, Artunguada Maddy y Nave Genevieve por su ayuda durante las mediciones. Este proyecto es apoyado por el NIH R01-HD042908, HD058725-R21, P41 RR14075 y R43 HD071761. Marcia Kocienski-Filip Yvonne y Sheldon son compatibles con el Premio de Ciencia Traslacional UL1RR025758 Clínica Universidad de Harvard y del Hospital Brigham y de la Mujer del Centro Nacional de Recursos para investigación. El contenido es responsabilidad exclusiva de la autores y no necesariamente representan la opinión oficial del Centro Nacional de Recursos para investigación o los Institutos Nacionales de Salud.

1. Preparación para las Medidas de cabecera <ol><li> Los FDNIRS y los sistemas DCS son compactos y fáciles de mover en un carro pequeño a la cama del bebé en el hospital (Figura 1). </li><li> Después de mover el carro con los dispositivos a la cabecera del enfermo, encienda el sistema y conecte la sonda óptica a los FDNIRS y dispositivos DCS. Asegúrese de que dos experimentadores están presentes para cada medición: uno para manejar los instrumentos y el ordenador, y una para sujetar la sonda. </li><li> Seleccione la sonda apropiada según la edad gestacional del recién nacido (PMA). La sonda óptica con FDNIRS detector de fuente-separaciones de 1 cm, 1,5, 2 y 2,5 se utiliza para lactantes &lt;37 semanas de EPM y la sonda con separaciones FDNIRS 1,5, 2, 2,5 y 3 cm se utiliza para lactantes de más edad (figura 2-A ). La elección de la fuente-detector cortas separaciones es dictado por el tamaño del bebe prematuro pequeño y más grande curvatura cabeza. Cuando se utiliza una sonda más grande con un bebé prematuro, la relavamente menor tamaño de la cabeza del bebé y su curvatura significativa juntos impiden un contacto eficaz entre la cabeza del niño y todas las fuentes y detectores. Por esta razón, la sonda con FDNIRS detector de fuente-separaciones de 1 cm, 1,5, 2 y 2,5 es adecuado para su uso con recién nacidos prematuros. Nuestra investigación se ha comprobado que los elegidos detector-fuente separaciones son suficientes para medir las propiedades ópticas de la corteza cerebral de 14 de ambos prematuros ya término. DCS fibras fuente y el detector están dispuestos en una fila paralela a las fibras FDNIRS con distancias fuente-detector de 1,5 (un detector) y 2 cm (tres detectores) en ambas sondas bebés prematuros y de término. </li><li> Desinfectar las sondas ópticas con un paño Sani-desinfectar y limpiar insertar la sonda y fibras de polipropileno en un manguito de plástico de un solo uso. </li></ol> 2. FDNIRS ajustes de ganancia y Calibración <ol><li> Abra la interfaz FDNIRS gráfica de usuario (GUI) y seleccione el archivo de configuración del programabloque correspondiente a la sonda y la calibración se utiliza. </li><li> Para ajustar las ganancias del detector, con cuidado coloca la sonda sobre una superficie de la cabeza del sujeto sin pelo (preferentemente el lado izquierdo de la frente) y la mantienen en la misma posición sin aplicar ninguna presión. Encienda fuentes y detectores y ajustar el voltaje PMT hasta que la amplitud de cualquiera de los láseres de origen alcanza 20.000 recuentos. 32.000 conteos es la digitalización máxima de la tarjeta de adquisición de analógico a digital, y las ganancias deben fijarse por debajo de ese umbral para evitar la saturación durante la adquisición de datos. Las ganancias se debe establecer en el área frontal, porque esta región tiene generalmente la menor absorción de la luz láser y por lo tanto es más propenso a la saturación. </li><li> Apagar las fuentes y detectores y devolver la sonda al bloque de calibración. Los láseres deben estar apagados cuando se mueve la sonda para la seguridad de los ojos, los detectores deben estar apagados porque PMT son muy sensibles y cualquier exposición a la luz brillante increases ruido de fondo y de forma permanente, puede dañarlos. </li><li> Con la sonda en el bloque de calibración, utilice la densidad neutral (ND) filtrar si se satura par de detectores fuente. Diferentes filtros ND se puede seleccionar debido a la optimización de las ganancias en los recién nacidos con diferentes tonos de piel Mantenga la sonda inmóvil durante 16 segundos mientras se ejecuta el procedimiento de calibración. Puesto que no se mueva físicamente una fuente a diferentes distancias a partir de un único detector para lograr un esquema de multi-distancia, pero en lugar de utilizar cuatro combinaciones de dos fuentes independientes y dos detectores independientes, es necesario calibrar para la alimentación diferente de las dos fuentes y las diferentes ganancias de los dos detectores. Mediante la medición de un bloque de calibración de propiedades ópticas conocidas, se estima la amplitud y los factores de corrección de fase necesarios para recuperar los coeficientes de absorción y dispersión del bloque de calibración. </li><li> Después de la calibración, adquirir más de 16 segundos de datos en el bloque y visualmente evaluar la adecuación de the calibración con una interfaz gráfica de usuario dentro de la empresa MATLAB. La medida μa y &#39;ms deben coincidir con los coeficientes reales de bloque de calibración en cualquier longitud de onda. Recalibrar si el ajuste es pobre. </li><li> Si las ganancias de detectores necesitan ser cambiados, o fibras de fuente y el detector necesita ser desconectado durante las mediciones, repetir el procedimiento de calibración del dispositivo de FDNIRS. </li><li> Al final de la sesión de medida, adquirir otra sec 16 de datos en el bloque de calibración para verificar si la calibración se mantuvo durante las mediciones sobre el tema. Si la calibración no se ha mantenido, tomar una calibración de segundo al final de la medición y se aplican a los datos adquiridos. </li></ol> 3. DCS Settings <ol><li> Abra la in-house de adquisición de datos DCS interfaz gráfica de usuario y cargar el archivo de configuración correspondiente a la sonda óptica que se utiliza. </li><li> Antes de comenzar las mediciones, verificar que la potencia del láser de la fuente de DCS es apropiada para exposición de la piel mediante la medición de tque la potencia del láser de la fuente de DCS con un medidor de potencia y la comprobación del tamaño punto con una tarjeta de visualización IR (el láser emite a 785 nm, que no es visible). La potencia DCS láser es de ~ 60 mW y acoplado a una fibra de diámetro relativamente pequeño (400-600 micras). Para cumplir con las normas ANSI para exposición de la piel, la luz de la sonda debe ser atenuada y difundida a través de un área grande. Esto se consigue cubriendo la punta de la fibra con un diámetro de 3 mm blanco Teflon hoja (figura 2-A). El teflón es altamente dispersión y ampliamente difunde el haz de láser. En la cabecera del paciente, garantizar que la potencia del láser en la sonda es inferior a 25 mW y el tamaño del punto es mayor que 3 mm de diámetro. En cuanto a los FDNIRS, apague siempre fuentes y detectores al mover la sonda óptica. </li><li> Detección DCS es conteo de fotones y no hay ajuste de ganancia APD como se requiere para el dispositivo FDNIRS. Una bandera en el software de adquisición indica si el exceso de luz que se detecta, en cuyo caso la luz de acoplamiento al IETsu fuente o detector de fibras debe reducirse girando los conectores de fibra. Detección de luz adecuada está en el rango de 200,000-4,000,000 fotones detectados (correspondientes a -26 ~ 0 dB en la pantalla del ordenador). Evite la luz ambiente excesiva para reducir el ruido de fondo. </li><li> La DCS no requiere calibración para medir la CBF i. El flujo de sangre es proporcional al tiempo que se necesita para bajar de correlación. Un bloque sólido no es suficiente para comprobar la calidad de la señal, ya que no hay partículas de dispersión de movimiento que causan caries. Un brazo experimentador en cambio, muestra la descomposición - el más rápido el flujo de sangre, más acusada es la decadencia. </li></ol> 4. Adquisición de Datos <ol><li> Mientras FDNIRS y mediciones DCS se puede hacer rápidamente en secuencia, mida primero todos los lugares con un dispositivo y luego repetir la misma progresión con el otro dispositivo, utilizando un software independiente de adquisición correspondiente a cada uno. </li><li> Mide siete localidades que cubren frontal, temporal y Parietal áreas, de acuerdo con un sistema de 10-20 (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4), en secuencia (figura 2-B). Parte el cabello a lo largo de la línea de fuente-detector y coloque la sonda en esa zona de la cabeza. </li><li> Encienda el láser y detectores FDNIRS y compruebe la calidad de la señal: cuenta la amplitud debe ser de entre 2.000 y 20.000 y cambios de fase SNR &lt;2 grados. Si fuera de estos rangos, cambiar la posición de la sonda, el cabello se separaron y garantizar todas las fuentes y los detectores están en contacto con la piel. </li><li> Adquirir datos durante 16 seg. Repita las mediciones hasta tres veces en cada lugar (Figura 2-C), separando el cabello y el reposicionamiento de la sonda en un punto ligeramente diferente para cada adquisición. Esto se hace para minimizar el efecto de las heterogeneidades locales tales como el cabello y superficiales grandes buques y para proporcionar los valores representativos de una región, en lugar de un solo punto. </li><li> Encender el láser y detectores de DCS y adquirir datos para 10 seg. Vuelva a colocar la sonda y el representantecomer las adquisiciones (como ocurre con las medidas FDNIRS). </li><li> Apague todos los láseres al mover la sonda entre localidades. La recolección de datos en los siete lugares que no siempre es posible. Deje de medidas si el sujeto manifiesta cualquier signo de sufrimiento o de movimiento. Vuelva a realizar la adquisición, si es posible. Electrodos EEG o equipo de respiración también puede impedir que las mediciones en algunas localidades. </li></ol> 5. Medida de los parámetros sistémicos <ol><li> Para el cálculo de CMRO 2i, dos parámetros sistémicos, la oxigenación arterial (SaO 2) y de la hemoglobina en la sangre (HGB), debe ser adquirido. HGB también es necesaria para calcular CBV. Aunque la oximetría de pulso convencional proporciona medidas de la SaO 2, HGB convencionalmente se mide con un análisis de sangre. Un oxímetro de pulso nuevo, desarrollado por Masimo Corporation, es capaz de medir de forma no invasiva HGB mediante el uso de múltiples longitudes de onda. El dispositivo está aprobado por la FDA para bebés&gt; 3 kg, y permite un rápido meas cabeceraure tanto de SaO 2 y HGB. </li><li> Record SaO 2 y HGB utilizando un oxímetro de pulso Masimo (spot Pronto comprobar pulso co-oxímetro). En estas mediciones, coloque un adhesivo de uso único sensor para el dedo gordo del pie del bebé. HGB se mostrará en el monitor a los pocos segundos. </li><li> Cuando no es posible utilizar el pulso Masimo co-oxímetro, medida SaO 2 con otros oxímetros de pulso aprobados por la FDA. HGB puede ser o recuperado de cartas de los pacientes clínicos o han utilizado valores normativos. </li></ol> 6. Análisis de Datos <ol><li> Abrir una en casa de post-procesamiento de análisis de datos GUI utilizando MATLAB. Este software no sólo calcula todos los parámetros hemodinámicos, pero también utiliza la redundancia de datos para evaluar automáticamente la calidad de la medición y limitar los resultados. </li><li> Automáticas criterios objetivos para el control de calidad son los datos para descartar FDNIRS si: R2 &lt;0,98 para el ajuste del modelo a los datos experimentales, p-valor&gt; 0.02 Para el coeficiente de correlación de Pearson producto momento entre los coeficientes de absorción ocho medidos y el ajuste de la hemoglobina (figura 3-A), valor de p&gt; 0,02 para el ajuste lineal de los coeficientes de dispersión reducido frente a longitud de onda (figura 3-B) 15. Si más de 33 por ciento de los datos méritos descarte, todo el conjunto se descarta. Para los DCS, datos se descartan si: la cola de la curva de ajuste difiere de 1 en más de 0,02, la variación acumulada entre los 3 primeros puntos de la curva es más de 0,1, o el valor medio de los 3 puntos primero es más de 1,6 (Figura 4). Si más de 50 por ciento de las curvas se descartan, o los valores de ajuste tienen un coeficiente de variación&gt; 15 por ciento, todo el conjunto se desecha 15. </li><li> Calcular absoluta HBO y concentraciones HBr mediante el ajuste de los coeficientes de absorción a las longitudes de onda, utilizando valores de la literatura para la Hb extinción coeficientes de 16 yun 75 por ciento de concentración de agua en el tejido 17. Deducir la concentración de hemoglobina total (HBT = HBO + HBr) y SO 2 (HBO / hbt) de las concentraciones de HBO y HBr. </li><li> Estimar el volumen sanguíneo cerebral usando la ecuación descrita en Ijichi et al 18. CBV = (HBT × MW Hb) / (HGB × D bt), donde MW Hb = 64.500 [g / mol] es el peso molecular de la Hb, y D bt = 1,05 g / ml es la densidad del tejido cerebral. </li><li> Calcular CBF i mediante el ajuste de las funciones medidas temporales de autocorrelación para la ecuación de correlación difusión. El marco teórico detallado para calcular CBF i está en Boas et al. Y Boas y YUD 10,11. En las ecuaciones, utilizar los coeficientes individuales de absorción medido de FDNIRS y una media de los coeficientes de dispersión a través de toda la población. </li><li> Calcular el índice de consumo de oxígeno cerebral mediante el uso de la medida FDNIRS de SO <sub&gt; 2 y la medida de DCS CBFI con la siguiente ecuación: CMRO 2i = (HGB × × CBFI (SaO 2 - SO 2)) / (4 × × β MW Hb) 15, donde el factor 4 refleja las cuatro moléculas de O 2 unidos entre hemoglobina y β es la contribución porcentual del compartimento venoso para la medición de oxigenación de la hemoglobina 19. </li></ol>

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</ol>

Maria Angela Franceschini, su esposo David Boas, y Beniamino Barbieri (ISS Inc) tienen patentes sobre esta tecnología.

Hemos demostrado una medición cuantitativa de la hemodinámica y el metabolismo cerebral con FDNIRS y DCS en la población neonatal. La configuración de la sonda está optimizado para la medición de la corteza cerebral neonatal 14. Cambios de flujo sanguíneo medidos por DCS han sido ampliamente validados contra otras técnicas en estudios en animales y humanos 22,23. Mediante el uso de una medida directa DCS de flujo de sangre, que son capaces de reducir la varianza en el cálculo de CMRO 2i 24. La varianza de medidas repetidas era también más pequeña que los cambios entre las regiones del cerebro y con la edad 20. A partir de nuestros resultados anteriores, CBFI y 2i CMRO mostraron cambios significativos con la PMA en los recién nacidos prematuros sanos. La medida de CMRO 2i es más capaz de detectar daño cerebral que la medida de SO 2. Esto sugiere que las medidas combinadas de parámetros vasculares y metabólicas b servir como más robustoiomarkers de la salud del cerebro neonatal y el desarrollo que la saturación de oxígeno por sí solo. Las mejoras técnicas se centrarán en la integración de dos instrumentos para reducir el tiempo de adquisición de un 35-40% por sesión y la aplicación de la información en tiempo real sobre la calidad de datos para reducir la frecuencia de las medidas descartadas. En un futuro próximo, este sistema puede ser enviado a los usuarios finales clínicos como un monitor de cabecera novela de la alteración del metabolismo cerebral de oxígeno. Mediante la medición de trayectorias de dos CMRO con el tiempo también puede aumentar significado clínico y predecir resultados. Esta herramienta de última instancia, podría hacer una contribución significativa a la mejora de la gestión de la lesión cerebral neonatal.

El dispositivo es un FDNIRS personalizado dominio de la frecuencia del sistema de ISS Inc. con dos juegos idénticos de 8 diodos láser que emiten en ocho longitudes de onda que van desde 660 hasta 830 nm, y dos detectores de tubos fotomultiplicadores (PMT). Fuentes y detectores son modulados a 110 MHz y 110 kHz, más 5, respectivamente, para lograr la detección heterodina 6. Cada diodo láser se enciende por 10 mseg en secuencia, para un tiempo total de adquisición 160 ms por ciclo. Fuentes y detectores están acoplados a la fibra óptica y dispuestos en una fila en una sonda óptica. La disposición de las fibras en la sonda es tal que se produce cuatro diferentes detector de fuente-separaciones. Mediante la medición de la luz transmitida (atenuación de la amplitud y desplazamiento de fase) a distancias múltiples, se puede cuantificar la absorción (mu A) y la dispersión (ms &#39;) coeficientes del tejido bajo observación. A partir de los coeficientes de absorción a longitudes de onda múltiples, a continuación, calcular los valores absolutos de oxigenada (HbO) ydesoxigenadas (HBR) las concentraciones de hemoglobina 7, volumen sanguíneo cerebral (CBV) y la saturación de oxígeno de la hemoglobina (SO 2). El dispositivo DCS es un hogar - Sistema integrado similar al desarrollado por los Dres. Arjun YUD y Durduran Turgut en la Universidad de Pennsylvania 8,9. El sistema DCS que consiste en un sólido - estado, láser coherencia largo a 785 nm, cuatro conteo de fotones fotodiodo de avalancha (APD) detectores (EG &amp; G Perkin Elmer SPCM-AQRH) con bajos recuentos oscuros (&lt;50 cuentas / seg) y un alto rendimiento cuántico (&gt; 40% a 785 nm), y una de cuatro canales, 256-bin multi-tau correlador, con una resolución de 200 nseg. Con los DCS que medir el flujo sanguíneo microvascular en la corteza cerebral mediante la cuantificación de las fluctuaciones de la intensidad en el tiempo de la luz múltiplemente dispersada que surge de desplazamientos Doppler producido por eritrocitos en movimiento. La técnica, similar a la flujometría láser Doppler sangre (es decir, son de Fourier Transform análogos), mide una función de autocorrelación de las fluctuaciones de la intensidad de cada canal detector calcula por un correlador digital en un rango de tiempo de retardo de 200 ns - 0,5 seg. El correlador calcula la intensidad temporal de auto-correlación de la luz re-emergiendo de tejido. A continuación, ajustar la ecuación de correlación de difusión para la función de autocorrelación medida, adquirido de forma secuencial, aproximadamente una vez por segundo, para obtener el índice de flujo de sangre (CBF i) 10,11. DCS medidas de los cambios de flujo sanguíneo han sido ampliamente validado 12,13. Mediante la combinación de las medidas FDNIRS de SO 2 con las medidas de DCS CBF i, conseguimos una estimación del metabolismo cerebral de oxígeno (CMRO 2i).

<table border="1"><tbody><tr><td> Equipo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios (opcional) </td></tr><tr><td> Imagent </td><td> ISS </td><td></td><td> FDNIRS </td></tr><tr><td> DCS fibras láser </td><td> Thorlabs </td><td> FT400 </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS fibra detector </td><td> Thorlabs </td><td> 780HP </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS láser </td><td> CrystaLaser </td><td> DL785-070-S </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS detector </td><td> Pacer International </td><td> SPCM-AQRH-14-FC </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS Correlator </td><td> Correlator.com </td><td> Flex05-8ch </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> Pronto co-oxímetro </td><td> Masimo </td&gt; <td></td><td> HGB y la SaO 2 monitor </td></tr><tr><td> NOVA </td><td> OPHIR </td><td> 7Z01500 </td><td> Laser medidor de potencia </td></tr><tr><td> Sensor tarjeta </td><td> Newport </td><td> F-IRC1-S </td><td> IR espectador </td></tr><tr><td> Filtro de densidad neutra </td><td> Kodak </td><td> NT54-453 </td><td></td></tr></tbody></table>

no invasiva de medición óptica del metabolismo cerebral en lactantes y hemodinámica

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Lesión cerebral perinatal sigue siendo una causa importante de mortalidad y morbilidad infantil, pero aún no existe una herramienta eficaz de cabecera que puede detectar con precisión la lesión cerebral, lesión evolución monitor, o evaluar la respuesta al tratamiento. La energía utilizada por las neuronas se deriva en gran medida del metabolismo oxidativo tisular, y la hiperactividad neuronal y muerte celular se refleja por los correspondientes cambios en el metabolismo cerebral de oxígeno (CMRO 2). Así, las medidas de CMRO 2 son un reflejo de la viabilidad neuronal y proporcionar información crítica de diagnóstico, haciendo CMRO 2 un objetivo ideal para la medición de la cabecera de la salud del cerebro. Técnicas de imágenes cerebrales, como la tomografía por emisión de positrones (PET) y la emisión de fotón único tomografía computarizada (SPECT) medidas de rendimiento de la glucosa y el metabolismo cerebral de oxígeno, pero estas técnicas requieren la administración de radionucleótidos, por lo que se utilizan en los casos más graves. De onda continua espectroscopia de infrarrojo cercano (CWNIRS) proporciona medidas de radiación no invasivas y no ionizantes de la saturación de oxígeno de la hemoglobina (SO 2) como un sustituto para el consumo de oxígeno cerebral. Sin embargo, SO 2 es menos que ideal como un sustituto para el metabolismo cerebral de oxígeno, ya que está influenciado por la entrega de oxígeno y del consumo. Además, las mediciones de SO 2 no son lo suficientemente sensibles para detectar horas después de la lesión cerebral 1,2 insulto, porque el consumo de oxígeno y la entrega alcanzar el equilibrio después de transitorios agudos 3. Hemos investigado la posibilidad de utilizar NIRS más sofisticados métodos ópticos para cuantificar el metabolismo cerebral de oxígeno junto a la cama de los recién nacidos sanos y el cerebro lesionado. Más específicamente, se combinaron los NIRS dominio de la frecuencia (FDNIRS) medida de SO 2 con la espectroscopia de correlación difusa (DCS) Medida del índice de flujo sanguíneo (CBF i) yield un índice de CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5. Con los FDNIRS combinados / sistema DCS que son capaces de cuantificar el metabolismo cerebral y la hemodinámica. Esto representa una mejora con respecto CWNIRS para la detección de la salud del cerebro, el desarrollo del cerebro, y la respuesta al tratamiento en neonatos. Además, este método se adhiere a todas las unidades de cuidados intensivos neonatales (UCIN) las políticas de control de infecciones y las políticas institucionales en materia de seguridad láser. El trabajo futuro se tratará de integrar los dos instrumentos para reducir el tiempo de adquisición junto a la cama y poner en práctica en tiempo real sobre la calidad de datos para reducir la tasa de rechazo de datos.

En los últimos cinco años se ha demostrado la viabilidad y la utilidad clínica del método propuesto. En particular, hemos demostrado CMRO 2 sea más representativo de la salud del cerebro y el desarrollo de SO 2. En un estudio transversal en más de 50 recién nacidos sanos, se encontró que mientras CBV es más del doble durante el primer año de vida, SO 2 permanece constante 4 (Figura 5). En un estudio en 70 recién nacidos sanos también encontramos que SO 2 es constante a través de las regiones del cerebro, mientras que CMRO 2i, CBV y CBF son mayores en las regiones temporales y parietales que en la región frontal (figura 6) 20, que es coherente con la captación de glucosa PET hallazgos 21. En nuestros dos estudios, la constante de SO 2, dentro de un rango de 60-70 por ciento indica que el aporte de oxígeno se acerque el consumo local, mientras que CBV, CBF y CMRO 2 son more estrechamente ligado con el desarrollo neural. Para verificar que CMRO 2i es una herramienta de evaluación que mejor SO 2 en la detección de la lesión cerebral neonatal, que mide los niños con lesión cerebral durante la fase aguda 5, y (en unos pocos niños) durante la fase crónica de varios meses después de la lesión. Resultados en la Figura 7 muestran cómo SO 2 no es significativamente alterado por una lesión cerebral en los dos primeros (1-15 días después de la agresión) y crónica (meses después de la lesión) etapas, mientras CMRO 2i es significativamente diferente de lo normal durante los estadios agudos y crónicos . Específicamente, CMRO 2i es elevada durante la fase aguda a causa de la actividad convulsiva después de la lesión cerebral, y menor que la normal durante la fase crónica debido a la pérdida neuronal. Los bebés con lesiones isquémicas hipóxicas se tratan actualmente con hipotermia terapéutica (TH) para el metabolismo cerebral inferior y reducir el daño hipóxico después de la insULT. La hipotermia terapéutica se mantiene durante tres días y hemos sido capaces de controlar 11 recién nacidos durante el tratamiento (Figura 8). Se encontró que CMRO 2i disminuye significativamente a niveles por debajo de lo normal durante TH, y esta disminución parece estar relacionada con la respuesta a la terapia y el resultado del desarrollo. Estos resultados preliminares sugieren que el método FDNIRS-DCS puede ser capaz de guiar y optimizar el tratamiento con hipotermia. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig1.jpg" /> Figura 1. Foto del carro con los FDNIRS y dispositivos DCS. Los dos instrumentos son lo suficientemente compacto para caber en un pequeño carro que se puede mover a la cama del bebé en la NICU. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig2.jpg" /> Figura 2. (A) configuración de la sonda óptica. <strong&gt; (B) El esquema de ubicación de la medición. (C) Una foto de una típica FDNIRS-DCS medición en un bebé. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3.jpg" /> Figura 3. Ejemplos representativos de ajuste bueno y lo malo de la medida (A) y los coeficientes de absorción de la hemoglobina ajuste (B) Los coeficientes de dispersión y el ajuste lineal. Valor P&gt; 0,02 se refiere a un mal ajuste. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ampliar la cifra</a> . <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig4.jpg" /> Figura 4. Un ejemplo representativo de ajuste bueno y malo de una función de autocorrelación de las fluctuaciones de intensidad de computadopor un correlacionador en un intervalo de tiempo de retardo de 200 ns - 0,5 seg. En la figura de mal ajuste de la cola de la curva de ajuste difiere del 1 por más de 0,02 y la variación de los 3 primeros puntos es superior a 0,1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ampliar la cifra</a> . <img alt="Figura 5" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5.jpg" /> Figura 5. Los cambios en la CBV y SO 2 entre las regiones corticales frontal, temporal y parietal en los bebés desde el nacimiento hasta un año de edad. <img alt="La figura 6" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6.jpg" /> Figura 6. CBF, SO 2, CBV y CMRO 2i del TE frontal,mporal regiones parietal y en 70 recién nacidos sanos. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig7.jpg" /> Figura 7. Ejemplos de consumo de oxígeno normal y anormal 2 SO después de la lesión cerebral en los bebés. La lesión cerebral se caracteriza por cambios en CMRO 2 con respecto a la normal, mientras SO 2 no es significativamente diferente del normal. Tenga en cuenta que en estas dos figuras, CMRO 2 se calculó mediante la relación de Grubb, porque la medida DCS no estaba disponible en el momento de las mediciones. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig8.jpg" /> Figura 8. rCMRO 2 de 11 recién nacidos durante la hipotermia terapéutica versus emparejados por edad controles sanos. Metabolismo de oxígeno se reduce fuertemente en todos los niños con terapia de hipotermia.

Se combinaron dominio de la frecuencia del infrarrojo cercano las medidas de espectroscopia de oxigenación cerebral difusa con hemoglobina medidas de espectroscopia de correlación del índice de flujo sanguíneo cerebral para estimar un índice de metabolismo del oxígeno. Pusimos a prueba la utilidad de esta medida como una herramienta de detección de cabecera para evaluar la salud y el desarrollo del cerebro del recién nacido.

No invasiva de medición óptica del metabolismo cerebral en lactantes y Hemodinámica

La lesión cerebral perinatal sigue siendo una causa significativa de mortalidad y morbilidad infantil, pero aún no existe una herramienta eficaz a pie de cama que pueda ...

El objetivo general de este procedimiento es evaluar el metabolismo cerebral del oxígeno en recién nacidos al pie de la cama. Esto se logra primero colocando la sonda óptica en la cabeza y midiendo con el dispositivo de espectroscopía de dominio de frecuencia en el infrarrojo cercano, o dispositivo FD-NIRS, la oxigenación y concentración de hemoglobina cerebral en el cerebro subyacente. A continuación, utilizando un dispositivo de espectroscopía de correlación difusa, o DCS, se mide un índice del flujo sanguíneo cerebral; luego, las mediciones de FD-NIRS y DCS se repiten en otras seis ubicaciones que cubren las áreas frontal, temporal y parietal.Mediante un cooxímetro de pulso, se obtienen entonces parámetros sistémicos como la oxigenación arterial y la hemoglobina en la sangre. Finalmente, todos los parámetros se combinan para calcular el consumo de oxígeno o CM RO₂. En última instancia, se pueden obtener resultados que muestren la oxigenación cerebral de la hemoglobina, el flujo sanguíneo cerebral y el metabolismo cerebral del oxígeno en regiones corticales, lo que ayuda a detectar posibles respuestas del cerebro a una lesión tras la terapia o a medir el desarrollo cerebral.La principal ventaja de la D CSS frente a métodos existentes como la IM y la ruta es que proporciona una medición al lado de la cama del metabolismo cerebral sin ningún riesgo para el bebé. Utilizamos dispositivos de investigación que requieren cierta experiencia técnica y capacitación para su manejo. Actualmente estamos trabajando con Incorporated y otras empresas para desarrollar sistemas completos e integrados de DCS en el dominio de la frecuencia que sean más fáciles de usar.Este método tiene el potencial de mejorar la salud cerebral neonatal al permitirnos detectar lesiones, monitorear las respuestas al tratamiento, predecir resultados y, idealmente, optimizar la atención individualizada. Tuvimos esta idea por primera vez cuando comprendimos que el metabolismo cero de oxígeno es una medida más precisa y exacta de la función neuronal que la fracción de extracción de oxígeno. La persona que demostrará el procedimiento será Lynn, junto con Angela Ollio y Catherine Hagen, miembros de nuestro equipo de estudio. Toda la siguiente demostración fue filmada en la unidad de cuidados intensivos neonatales del Brigham and Women Hospital, con la valiosa ayuda del personal de la UCIN.Estas grabaciones cuentan con la aprobación del IRB de Partners Healthcare. El dominio de frecuencia, la espectroscopía de infrarrojo cercano y la espectroscopía de correlación difusa comprenden un sistema personalizado de dominio de frecuencia de ISS Incorporated con dos conjuntos idénticos de ocho láseres de diodo que emiten en ocho longitudes de onda que varían entre 660 y 830 nanómetros, dos detectores de tubos fotomultiplicadores y un dispositivo DCS, que es un sistema construido en el laboratorio que consta de un láser de estado sólido de larga coherencia a 785 nanómetros y cuatro detectores de fotodiodos de avalancha con conteo de fotones. Seleccione la sonda adecuada según la edad postmenstrual (PMA) del lactante. Por ejemplo, utilice una sonda óptica con separaciones fuente-detector FD nears de 1,52 y 2,5 centímetros para lactantes menores de 37 semanas de PMA, y la sonda con separaciones FD nears de 1,52, 2,5 y tres centímetros para lactantes mayores, en ambas sondas.Las separaciones entre la fuente y el detector del DCS son de 1,5 y dos centímetros; sane los sensores con una toallita desinfectante e inserte el sensor y las fibras en una funda plástica de polipropileno de un solo uso para cumplir con los estándares ANSI de exposición cutánea. La luz en el sensor se atenúa y se difunde sobre un área amplia mediante un disco blanco de teflón al lado de la cama. Utilizando un medidor de potencia, asegúrese de que la potencia del láser en el sensor sea inferior a 25 milivatios y use una tarjeta de visualización de infrarrojos para verificar que el tamaño del punto sea mayor de tres milímetros de diámetro.Abra el archivo pegajoso del ER y seleccione el archivo de configuración de probeta correspondiente a la sonda y al bloque de calibración que se están utilizando para ajustar las ganancias del detector. Coloque suavemente la sonda sobre una zona de la cabeza del sujeto sin cabello y manténgala en la misma posición sin aplicar presión alguna. Preferimos establecer las ganancias en la zona frontal porque esta región tiene la absorción más baja y, por lo tanto, es la más propensa a la saturación.Encienda las fuentes y detectores, y ajuste el voltaje del PMT hasta que la amplitud de cualquiera de los láseres de la fuente alcance 20.000 cuentas. Coloque nuevamente la sonda sobre el bloque de calibración y utilice filtros de densidad neutra, si los hay.El par fuente-detección se satura; mantenga la sonda inmóvil durante 16 segundos mientras ejecuta el procedimiento de calibración. Medir un bloque de calibración con propiedades ópticas conocidas permite estimar los factores de acoplamiento para cada par fuente-detección. Después de la calibración, adquiera 16 segundos de datos en el bloque y utilice una interfaz gráfica de MATLAB desarrollada internamente para evaluar visualmente la adecuación de la calibración.Los coeficientes de absorción y dispersión medidos deben coincidir con los coeficientes reales del bloque de calibración en todas las longitudes de onda. Recalibre si el ajuste es deficiente. Para la preparación del DCS, abra la interfaz gráfica de usuario (GUI) de adquisición de datos del DCS desarrollada internamente en MATLAB y cargue el archivo de configuración correspondiente a la sonda óptica que se esté utilizando.No existe ajuste de ganancia para los detectores DCS. En cuanto al dispositivo FD nears, si se observan recuentos bajos, separe el cabello y reposicione la sonda para obtener una mejor detección de luz. Evite la luz excesiva en la habitación para reducir el ruido de fondo.Además de CBFI y SO₂, que serán adquiridos por el FD cerca de DCS, se necesitan dos parámetros sistémicos, la oxigenación arterial y la hemoglobina en la sangre, para calcular el metabolismo cerebral de oxígeno. Utilice un cooxímetro de pulso para obtener estos parámetros sistémicos colocando un sensor adhesivo de un solo uso en el dedo gordo del pie o en el pie del lactante; la SO₂ y la HGB se mostrarán en el monitor en unos segundos. Mida siete ubicaciones que cubren las áreas frontal, temporal y parietal según el sistema 10-20 en el orden que se muestra aquí.Comience separando el cabello del bebé a lo largo de la línea entre la fuente y el detector, y coloque la sonda sobre una zona de la cabeza. A continuación, encienda los láseres y detectores FD de cercanía y adquiera datos durante 16 segundos. Luego encienda el láser DCS y los detectores, y adquiera datos durante 10 segundos.Repita las mediciones de FD cerca de DCS hasta tres veces en cada ubicación, reposicionando la sonda en un punto ligeramente diferente para cada adquisición. Esto se realiza para minimizar el efecto de la heterogeneidad local, como el cabello y los vasos superficiales grandes, y para obtener valores representativos de una región en lugar de un solo punto, para el análisis de datos.Abra un script MATLAB interno para el análisis de datos de postprocesamiento. Este software no solo estima todos los parámetros hemodinámicos, sino que también utiliza la redundancia de los datos para evaluar automáticamente la calidad de las mediciones y restringir los resultados. Calcule las concentraciones absolutas de HBO y HBR ajustando los coeficientes de absorción en todas las longitudes de onda, utilizando valores de la literatura para los coeficientes de extinción de HB y una concentración del 75 % de agua en el tejido para derivar la concentración total de hemoglobina y la saturación de oxígeno de la hemoglobina a partir de las concentraciones de HBO y HBR.Estime el volumen sanguíneo cerebral utilizando el peso molecular de la hemoglobina y la densidad del tejido cerebral. Calcule el índice de flujo sanguíneo o CBFI ajustando las funciones de autocorrelación temporal medidas a la ecuación de correlación por difusión. Finalmente, calcule el índice de consumo cerebral de oxígeno utilizando la medición FD de cercanía de SO₂ y la medición DCS de CBFI con la siguiente ecuación.Como se muestra aquí, un estudio transversal en más de 50 lactantes sanos reveló que, si bien el VCS más que se duplica durante el primer año de vida, la SO₂ permanece constante. Un estudio en 70 recién nacidos sanos también demostró que el VCS-FSC y el CMRO₂I son más altos en las regiones temporales y parietales que en la región frontal, lo cual es consistente con los hallazgos de captación de glucosa en PET. En ambos estudios, la SO₂ constante indica que la entrega de oxígeno coincide estrechamente con el consumo local, mientras que el VCS-FSC y el CMRO₂ están más estrechamente acoplados con el desarrollo neuronal.Para verificar que el CMRO₂I es una herramienta de cribado mejor que la SO₂ en la detección de lesión cerebral neonatal, los estudios en lactantes con lesión cerebral demuestran que la SO₂ no se altera significativamente por la lesión cerebral tanto en las etapas tempranas como crónicas, mientras que el CMRO₂I es significativamente diferente al normal durante las fases aguda y crónica, para verificar que la terapia de hipotermia reduce el daño tras una agresión hipóxica al disminuir el metabolismo cerebral.Medimos a 10 lactantes durante la terapia y los comparamos con controles normales. Como se muestra aquí, el CMR O₂ I de los lactantes tratados con hipotermia terapéutica disminuye significativamente hasta niveles por debajo de lo normal. Estos resultados preliminares sugieren que el método FD cercano al DCS podría ser capaz de guiar y optimizar la terapia de hipotermia una vez dominado.Esta técnica puede realizarse eficientemente al lado de la cama sin molestar al bebé. Para garantizar una calidad óptima de los datos, es importante mantener un buen contacto entre la sonda y la cabeza del bebé durante la adquisición. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar mediciones del metabolismo cerebral y la hemodinámica en bebés.

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