Name: Monitorización en tiempo real de pacientes neurocríticos con espectroscopias ópticas difusas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-19T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Aprenda a monitorizar la hemodinámica cerebral en tiempo real en pacientes neurocríticos mediante espectroscopias ópticas difusas no invasivas. Este protocolo permite evaluar oxigenación, flujo sanguíneo y metabolismo cerebral en la cabecera del paciente.

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Reconocemos el apoyo de la Fundación de Investigación de São Paulo (FAPESP) a través de Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) y 2013/07559-3. Los financiadores no tuvieron ningún papel en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.

El protocolo fue aprobado por el comité local de la Universidad de Campinas (número de protocolo 56602516.2.0000.5404). Se obtuvo el consentimiento informado por escrito del paciente o de un representante legal antes de las mediciones. Monitorizamos pacientes que fueron ingresados en el Hospital Clínico de la Universidad de Campinas con un diagnóstico de accidente cerebrovascular isquémico o hemorragia subaracnoidea que afecta la circulación anterior. Los pacientes con accidentes cerebrovasculares isquémicos que afectan la circulación posterior, los pacientes con craneectomías descompresivas debido a la presión intracraneal elevada y los pacientes con otras enfermedades neurodegenerativas (demencia, Parkinson o cualquier otra enfermedad que pueda asociarse con atrofia cortical) fueron excluidos del protocolo del estudio.
1. Preparativos antes de trasladar el sistema a la UCI
<ol><li>Conecte todas las fibras a los láseres y detectores pertinentes, y asegúrese de que estén correctamente conectados a la sonda óptica (Figura 1B).</li>
	<li>Compruebe que la sonda óptica esté cubierta con un paño negro para evitar que los láseres brillen en la habitación.</li>
	<li>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 la llave láser DCS a la posición 'ON'. Los láseres FD-DOS se encienden automáticamente cuando se enciende el sistema.</li>
	<li>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 apagarla durante el transporte.</li>
</ol>2. Ajustes de calibración y ganancia del sistema DOS
<ol><li>Al llegar a la UCI, apague el láser DCS cambiando la llave a la posición "OFF".</li>
	<li>Comenzando con el fantasma sólido marcado 'Calibrar', ejecute el proceso de calibración en el software FD-DOS (BOXY, ISS) siguiendo los pasos a continuación.<ol><li>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'.</li>
		<li>Coloque la sonda en el lado curvo del fantasma, asegurando un buen contacto con la superficie y luego optimice el voltaje de polarización PMT haciendo clic en el botón 'Optimizar todos los detectores' en el software FD-DOS.</li>
		<li>Ejecute la calibración para múltiples separaciones de detector de fuente haciendo clic en la opción 'Calc. Valores para accesorios ópticos. y Distancias múltiples' del menú 'Calibrar' .</li>
		<li>Abra la opción 'Cálculos definidos por el usuario' del menú 'Text-Mon' para comprobar que las propiedades ópticas medidas coinciden con los valores preespecificados (escritos en el fantasma sólido) y que el ajuste R2 está cerca de uno.</li>
	</ol></li>
	<li>Repita los pasos anteriores (excepto el paso 2.2.3) para medir las propiedades ópticas del fantasma marcado como "Comprobación" para asegurarse de que la calibración fue adecuada. Las propiedades ópticas medidas deben coincidir, dentro del 10%, con los valores especificados en los fantasmas. PRECAUCIÓN: 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.</li>
	<li>Si la calibración no es adecuada, vuelva a ejecutar el proceso de calibración (pasos 2.2 y 2.3). Asegurar una buena calibración del sistema FD-DOS es esencial para la validez de las mediciones FD-DOS.</li>
</ol>3. Preparación del participante al lado de la cama
<ol><li>Use toallitas desinfectantes para limpiar tanto la sonda como la frente del paciente.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Coloque un láser de seguridad googles sobre el sujeto.</li>
	<li>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 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 molestias significativas 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.</li>
	<li>Después de 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.</li>
</ol>4. Evaluación de la calidad de los datos
<ol><li>Antes de comenzar a adquirir datos con la GUI, escriba las separaciones del detector de fuentes DCS 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 (consulte Material suplementario para obtener más detalles).</li>
	<li>Inicie el software de adquisición presionando el botón 'Inicio' en la GUI y verifique la señal de DOS en el software FD-DOS:<ol><li>Haga clic en el botón 'Optimizar todos los detectores' en el software FD-DOS para optimizar el voltaje de polarización PMT.</li>
		<li>Compruebe las propiedades ópticas y la R2 de la conexión DOS en la opción 'Cálculo definido por el usuario' del menú 'Text-Mon'. El coeficiente R 2 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.</li>
	</ol></li>
	<li>Compruebe la señal DCS en la pestaña 'Curvas de correlación' de la GUI.<ol><li>Encienda los detectores DCS girando los interruptores a la posición 'ON' .</li>
		<li>Asegúrese de que cada detector DCS está midiendo una intensidad de luz adecuada. Como regla general, se requieren más de 10 kHz.</li>
		<li>Si la intensidad medida es superior a 800 kHz, utilice un filtro de densidad neutra para reducir el recuento 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 provocar errores debido a efectos no lineales en el detector.</li>
		<li>Compruebe las curvas de autocorrelación para garantizar un buen acoplamiento de la piel (consulte los resultados representativos y la figura 2) y vuelva a colocar la sonda óptica si es necesario.</li>
		<li>Si fue necesario reposicionar la sonda en el paso anterior, repita los pasos 4.2 y 4.3. Es posible que estos pasos deban repetirse varias veces. NOTA: Los detectores DCS y FD-DOS deben apagarse cada vez que se mueve la sonda. Para apagar los detectores DCS, mueva manualmente los interruptores a la posición 'OFF'. El detector FD-DOS se apaga haciendo clic en el botón 'All Detectors OFF' en el software FD-DOS.</li>
	</ol></li>
	<li>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. Luego, establezca el experimento y los identificadores de pacientes en el cuadro de texto 'Carpeta' y escriba el nombre del ROI en el cuadro de texto 'Nombre de archivo'.</li>
	<li>Inicie la adquisición de datos presionando el botón 'Inicio' en la GUI.</li>
	<li>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 dependiendo de los objetivos del estudio.</li>
</ol>5. Consideraciones para el experimentador durante la medición
<ol><li>Después de comenzar 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 administrados, edad, sexo, etc.).</li>
	<li>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.</li>
</ol>6. Detener la recopilación de datos
<ol><li>Detenga la recopilación de datos presionando el botón 'Detener' en la GUI.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Apague los detectores DCS girando los interruptores a la posición 'OFF' y apague el láser DCS girando la llave a la posición 'OFF' .</li>
	<li>Apague los PMT del módulo FD-DOS haciendo clic en el botón 'All Detectors OFF'.</li>
	<li>Retire la sonda de la cabeza del paciente y retire la cinta de doble cara de la sonda. Luego, limpie la sonda con toallitas desinfectantes.</li>
	<li>Repita la medición de las propiedades ópticas de cada fantasma sólido tan pronto como sea posible para asegurarse de que la calibración sigue siendo adecuada durante toda la sesión de monitorización (véase 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, en los ejemplos presentados en la siguiente sección esto se hizo en la instalación de almacenamiento.</li>
	<li>Limpie el sistema y sus accesorios con toallitas desinfectantes.</li>
	<li>Lleve el carro de vuelta al almacén.</li>
</ol>

El(los) autor(es) declararon(n) los siguientes conflictos de intereses potenciales con respecto a la investigación, autoría y/o publicación de este artículo: RC Mesquita tiene una solicitud de patente pendiente y otras dos patentes relevantes para este trabajo (patentes de Estados Unidos 10,342,488 y 10,064,554). Ningún autor recibe actualmente regalías o pagos de estas patentes.

Este documento presentó un sistema óptico híbrido que puede proporcionar información en tiempo real sobre el flujo sanguíneo cerebral, la oxigenación cerebral y el metabolismo del oxígeno cerebral de pacientes neurocríticos al lado. El uso de técnicas ópticas difusas se había abordado previamente como un marcador potencial para la monitorización no invasiva a pie de cama en escenarios clínicos. Un estudio previo se centró en los aspectos clínicos y la viabilidad de la monitorización óptica durante la hospitalización en l...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated from:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
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 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
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

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated.

Erratum: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

La mayoría de las complicaciones que conducen a resultados deficientes para los pacientes neurológicos críticamente enfermos están relacionadas con lesiones secundarias causadas por deficiencias hemodinámicas cerebrales. Por lo tanto, el monitoreo de la fisiología cerebral de estos pacientes puede impactar directamente las tasas de morbilidad y mortalidad 1,2,3,4,5,6,7. Actualmente, sin embargo, no existe una herramienta clínica establecida para el monitoreo continuo no invasivo en tiempo real de la fisiología cerebral en pacientes neurocríticos al lado de la cama. Entre los posibles candidatos, las técnicas ópticas difusas han sido propuestas recientemente como una herramienta prometedora para llenar este vacío 8,9,10,11. Al medir los cambios lentos (es decir, del orden de decenas a cientos de ms) de la luz infrarroja cercana dispersa difusivamente (~ 650-900 nm) del cuero cabelludo, la espectroscopia óptica difusa (DOS) puede medir las concentraciones de los principales cromóforos en el cerebro, como la oxi- (HbO) cerebral y la desoxihemoglobina (HbR)12,13. Además, es posible medir el flujo sanguíneo cerebral (CBF) con espectroscopia de correlación difusa (EDC)10,14,15,16,17 cuantificando las fluctuaciones rápidas en la intensidad de la luz (es decir, de unos pocos μs a unos pocos ms). Cuando se combinan, DOS y EDC también pueden proporcionar una estimación de la tasa metabólica cerebral de oxígeno (CMRO2)18,19,20.
La combinación de DOS y EDC se ha explorado para monitorear a los pacientes en varios escenarios preclínicos y clínicos. Por ejemplo, se ha demostrado que la óptica difusa proporciona información clínica relevante para neonatos críticamente enfermos 21,22,23,24, incluso durante cirugías cardíacas para tratar defectos cardíacos 23,25,26,27,28 . Además, varios autores han explorado el uso de óptica difusa para evaluar la hemodinámica cerebral durante diferentes intervenciones cerebrovasculares, como la endarterectomía carotídea 29,30,31, los tratamientos trombolíticos para el accidente cerebrovascular 32, las manipulaciones de cabecera de cama 33,34,35, la reanimación cardiopulmonar 36 y otros37,38, 39. Cuando también se dispone de monitorización continua de la presión arterial, la óptica difusa puede ser utilizada para monitorizar la autorregulación cerebral, tanto en sujetos sanos como en estado crítico 11,40,41,42, así como para evaluar la presión crítica de cierre de la circulación cerebral 43. Varios autores han validado las mediciones de CBF con DCS contra diferentes medidas de CBF estándar de oro 18, mientras que CMRO2 medido con óptica difusa ha demostrado ser un parámetro útil para la monitorización neurocrítica 8,18,23,24,28,43,44,45 . Además, estudios previos han validado los parámetros hemodinámicos cerebrales derivados ópticamente para la monitorización a largo plazo de pacientes neurocríticos 8,9,10,11, incluyendo la predicción de eventos hipóxicos 46,47,48 e isquémicos 8.
La fiabilidad de las técnicas ópticas difusas para proporcionar información valiosa en tiempo real durante las mediciones longitudinales, así como durante las intervenciones clínicas, sigue sin abordarse en gran medida. El uso de un sistema DOS independiente se comparó previamente con los monitores invasivos de tensión de oxígeno del tejido cerebral, y se consideró que DOS no tenía una sensibilidad suficiente para reemplazar los monitores invasivos. Sin embargo, aparte de utilizar poblaciones relativamente pequeñas, la comparación directa de los monitores invasivos y no invasivos puede ser errónea ya que cada técnica sondea diferentes volúmenes que contienen diferentes partes de la vasculatura cerebral. Aunque estos estudios finalmente concluyeron que la óptica difusa no es un reemplazo para los monitores invasivos, en ambos estudios DOS logró una precisión de moderada a buena, que puede ser suficiente para casos y / o lugares en los que los monitores invasivos no están disponibles.
En relación con otros enfoques, la ventaja clave de la óptica difusa es su capacidad para medir simultáneamente el flujo sanguíneo y la oxigenación de la sangre de los tejidos de forma no invasiva (y continua) al lado de la cama utilizando instrumentación portátil. En comparación con la ecografía Doppler transcraneal (TCD), la EDC tiene una ventaja adicional: mide la perfusión a nivel del tejido, mientras que la TCD mide la velocidad del flujo sanguíneo cerebral en las arterias grandes en la base del cerebro. Esta distinción puede ser particularmente importante cuando se evalúan enfermedades esteno-oclusivas en las que tanto el flujo arterial grande proximal como los colaterales leptomeníngeos contribuyen a la perfusión. Las técnicas ópticas también tienen ventajas en comparación con otras modalidades de imagen tradicionales, como la tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética (MRI). Además de proporcionar simultáneamente medidas directas de las concentraciones de CBF y HbO/HbR, lo que no es posible con la RM o la PET solas, la monitorización óptica también proporciona una resolución temporal significativamente mejor, permitiendo, por ejemplo, la evaluación de la autorregulación cerebral dinámica40,41,42 y la evaluación de cambios hemodinámicos en evolución dinámica. Además, la instrumentación óptica difusa es barata y portátil en comparación con la PET y la RM, lo cual es una ventaja crítica dada la alta carga de enfermedad vascular en los países de ingresos bajos y medios.
El protocolo propuesto aquí es un entorno para la neuromonitorización en tiempo real de los pacientes en la unidad de cuidados intensivos (UCI). El protocolo utiliza un dispositivo óptico híbrido junto con una interfaz gráfica de usuario (GUI) clínicamente amigable y sensores ópticos personalizados para sondear a los pacientes (Figura 1). El sistema híbrido empleado para mostrar este protocolo combina dos espectroscopías ópticas difusas de módulos independientes: un módulo DOS de dominio de frecuencia comercial (FD-) y un módulo DCS casero (Figura 1A). El módulo FD-DOS49,50 consta de 4 tubos fotomultiplicadores (PMT) y 32 diodos láser que emiten a cuatro longitudes de onda diferentes (690, 704, 750 y 850 nm). El módulo DCS consiste en un láser de larga coherencia que emite a 785 nm, 16 contadores de fotón único como detectores y una placa correlacionadora. La frecuencia de muestreo para el módulo FD-DOS es de 10 Hz y la frecuencia máxima de muestreo para el módulo DCS es de 3 Hz. Para integrar los módulos FD-DOS y DCS, se programó un microcontrolador dentro de nuestro software de control para cambiar automáticamente entre cada módulo. El microcontrolador es responsable de encender y apagar los láseres FD-DOS y DCS, así como los detectores FD-DOS para permitir mediciones intercaladas de cada módulo. En total, el sistema propuesto puede recolectar una muestra combinada de FD-DOS y DCS cada 0.5 a 5s, dependiendo de los requisitos de la relación señal-ruido (SNR) (tiempos de recolección más largos conducen a una mejor SNR). Para acoplar la luz a la frente, desarrollamos una sonda óptica impresa en 3D que se puede personalizar para cada paciente (Figura 1B), con separaciones fuente-detector que varían entre 0,8 y 4,0 cm. Las separaciones estándar fuente-detector utilizadas en los ejemplos presentados aquí son 2,5 cm para DCS y 1,5, 2,0, 2,5 y 3,0 cm para FD-DOS.
La característica principal del protocolo presentado en este estudio es el desarrollo de una interfaz en tiempo real que puede controlar el hardware con una GUI amigable y mostrar los principales parámetros de fisiología cerebral en tiempo real bajo diferentes ventanas temporales (Figura 1C). La canalización de análisis en tiempo real desarrollada dentro de la GUI propuesta es rápida y tarda menos de 50 ms en calcular los parámetros ópticos (consulte el Material suplementario para obtener más detalles). La GUI se inspiró en los instrumentos clínicos actuales ya disponibles en la neuro-UCI, y se adaptó a través de una amplia retroalimentación por parte de los usuarios clínicos durante la traducción del sistema a la neuro-UCI. En consecuencia, la GUI en tiempo real puede facilitar la adopción del sistema óptico por parte del personal regular del hospital, como neurointensivistas y enfermeras. La amplia adopción de la óptica difusa como herramienta de investigación clínica tiene el potencial de mejorar su capacidad para monitorear datos fisiológicamente significativos y, en última instancia, puede demostrar que la óptica difusa es una buena opción para monitorear de forma no invasiva a pacientes neurocríticos en tiempo real.

<table><tbody><tr><td>Impresora 3D</td><td>Sethi3D</td><td>S2</td><td>Impresora 3D utilizada para imprimir las sondas personalizables</td></tr><tr><td>Arduino UNO</td><td>Arduino</td><td>UNO REV3</td><td>Microcontrolador responsable de intercalar las mediciones DCS y FD-DOS</td></tr><tr><td>Correlacionador DCS</td><td>Correlator.com</td><td>Flex11-16ch</td><td>Componente del módulo</td></tr><tr><td>DCS Dectectors DCS Placas IO</td><td>Tecnología Excelitas</td><td>SPCM-AQ4C-IO</td><td>Componente del módulo DCS Detectores</td></tr><tr><td>DCS</td><td>Excelitas Technology</td><td>SPCM-AQ4C</td><td>Componente del módulo DCS</td></tr><tr><td>DCS</td><td>Laser CrystaLaser</td><td>DL785-120-SO</td><td>Componente del módulo DCS</td></tr><tr><td>Fuente de alimentación DCS</td><td>Artesyn</td><td>UMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-A</td><td>Componente del módulo DCS (fuente de alimentación para el DCS detecto; 2, 5 y 30V)</td></tr><tr><td>Fibras FD-DOS</td><td>ISS</td><td>Imagent suministros</td><td>Las fibras utilizadas para la detección e iluminación FD-DOS son alimentadas por ISS</td></tr> Material flexible de <tr><td>la impresora 3D</td><td>Sethi3D</td><td>NinjaFlex</td><td>Material utilizado para imprimir las sondas flexibles y personalizables</td></tr><tr><td>Imagent</td><td>ISS</td><td>Imagent FD-DOS</td><td></td></tr><tr><td>módulo Gafas de seguridad láser</td><td>Thorlabs</td><td>LG9</td><td></td></tr><tr><td>Fibra multimodo</td><td>Thorlabs</td><td>FT400EMT</td><td>Fibra multimodo utilizada para la iluminación DCS</td></tr><tr><td>Filtro de densidad neutra 1.0 OD</td><td>Edmund Optics</td><td>53-705 Filtro de</td><td>densidad neutra para las separaciones de detectores de fuente corta</td></tr><tr><td>Fibra óptica monomodo</td><td>Thorlabs</td><td>780HP</td><td>Fibra óptica monomodo utilizada para los detectores DCS Batería</td></tr> del <tr><td>sistema</td><td>SMS</td><td>NET4</td><td>Batería del sistema utilizada para el transporte</td></tr></tbody></table>

monitorización en tiempo real de pacientes neurocríticos con espectroscopias ópticas difusas

Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

La monitorización neurofisiológica es un objetivo importante en el tratamiento de pacientes neurocríticos, ya que puede prevenir daños secundarios e impactar directamente en las tasas de morbilidad y mortalidad. Sin embargo, actualmente hay una falta de tecnologías adecuadas no invasivas y en tiempo real para el monitoreo continuo de la fisiología cerebral al lado de la cama. Las técnicas ópticas difusas se han propuesto como una herramienta potencial para las mediciones a pie de cama del flujo sanguíneo cerebral y la oxigenación cerebral en el caso de pacientes neurocríticos. Las espectroscopias ópticas difusas se han explorado previamente para monitorear pacientes en varios escenarios clínicos que van desde el monitoreo neonatal hasta intervenciones cerebrovasculares en adultos. Sin embargo, la viabilidad de la técnica para ayudar a los médicos al proporcionar información en tiempo real al lado de la cama sigue sin abordarse en gran medida. Aquí, informamos la traducción de un sistema óptico difuso para el monitoreo continuo en tiempo real del flujo sanguíneo cerebral, la oxigenación cerebral y el metabolismo del oxígeno cerebral durante los cuidados intensivos. La característica en tiempo real del instrumento podría permitir estrategias de tratamiento basadas en la fisiología cerebral específica del paciente en lugar de depender de métricas sustitutas, como la presión arterial. Al proporcionar información en tiempo real sobre la circulación cerebral en diferentes escalas de tiempo con instrumentación relativamente barata y portátil, este enfoque puede ser especialmente útil en hospitales de bajo presupuesto, en áreas remotas y para el monitoreo en campos abiertos (por ejemplo, defensa y deportes).

Idealmente, las curvas de autocorrelación normalizadas obtenidas con el módulo DCS deberían ser aproximadamente 1.5 en la extrapolación de tiempo de retardo cero (cuando se usan fibras monomodo14), y las curvas deberían decaer a 1 en tiempos de retardo más largos. La curva debe ser suave y debe tener un decaimiento más rápido para las separaciones más largas fuente-detector. Un ejemplo de una buena autocorrelación se muestra en la Figura 2A. La fi...

Aquí se presenta un protocolo para monitorear de forma no invasiva la hemodinámica cerebral de pacientes neurocríticos en tiempo real y al lado de la cama utilizando óptica difusa. Específicamente, el protocolo propuesto utiliza un sistema óptico difuso híbrido para detectar y mostrar información en tiempo real sobre la oxigenación cerebral, el flujo sanguíneo cerebral y el metabolismo cerebral.

Monitorización en tiempo real de pacientes neurocríticos con espectroscopias ópticas difusas

Neurophysiological monitoring is an important goal in the treatment of neurocritical patients, as it may prevent secondary damage and directly impact ...

La monitorización de la fisiología cerebral no invasiva en tiempo real durante el tratamiento de pacientes neurocríticos puede reducir la movilidad y las tasas de mortalidad, que son particularmente críticas en áreas remotas y campos abiertos. Con el aumento de la instrumentación portátil y relativamente barata, la óptica difusa se puede utilizar para medir el flujo sanguíneo y la oxigenación simultáneamente, con una alta resolución temporal y sin interferencias de cuidados críticos. La función en tiempo real tiene el potencial de guiar las estrategias de tratamiento para las lesiones cerebrales en la base de la neuroUCI de la fisiología cerebral específica del paciente, en lugar de los protocolos estándar aplicados universalmente o las métricas sustitutivas.Antes de trasladar el sistema a la UCI, conecte todas las fibras a los láseres y detectores correspondientes y asegúrese de que estén correctamente conectados a la sonda óptica. Luego, obtenga el consentimiento del paciente o de un representante legal y lleve el carrito a la habitación del paciente. A su llegada, apague el láser DCS.Y en el menú Archivo, haga clic en Cargar archivo de configuración para cargar el archivo de configuración de sonda adecuado. Coloque la sonda en el lado curvo del maniquí de calibración, asegurando un buen contacto con la superficie, y haga clic en Optimizar todos los detectores para optimizar el voltaje de polarización PMT. En el menú Calibrar, haga clic en Calcular valores de calibración de forma de onda para accesorios ópticos y distancias múltiples para ejecutar la calibración para separaciones de detectores de varias fuentes.En el menú Text-Mon, abra la opción definida por el usuario para comprobar que las propiedades ópticas medidas coinciden con los valores preespecificados y que el ajuste de R-cuadrado es cercano a uno. A continuación, vuelva a sondear el maniquí para medir las propiedades ópticas del maniquí marcado como comprobación para asegurarse de que la calibración ha sido adecuada. Las propiedades ópticas medidas deben estar dentro del 10% de los valores especificados en los maniquíes.Para preparar al paciente para el análisis, primero use toallitas desinfectantes para limpiar tanto la sonda como la frente del paciente. Coloque cinta adhesiva de doble cara en la sonda, teniendo cuidado de que la cinta no esté en contacto directo con las puntas de fibra óptica, y coloque gafas de seguridad láser en el paciente. Coloque las sondas sobre la región de interés y enrolle las correas elásticas alrededor de la cabeza del paciente.A continuación, encienda el láser DCS. Antes de comenzar la adquisición de datos, introduzca las separaciones del detector de origen DCS en la pestaña Configuración de la interfaz gráfica de usuario. Para comenzar la adquisición, presione Iniciar en el software del sistema.Haga clic en Optimizar todos los detectores para optimizar el voltaje de polarización PMT para el paciente y verifique las propiedades ópticas y el R cuadrado del accesorio DOS como se demuestra. Encienda los detectores DCS y compruebe que cada detector DCS esté midiendo una intensidad de luz adecuada. Por lo general, se requieren más de 10 kilohercios.Si la intensidad medida supera los 800 kilohercios, utilice un filtro de densidad neutra para reducir el recuento de fotones y evitar dañar los detectores. Compruebe las curvas de autocorrelación en la pestaña Curvas de correlación de la interfaz gráfica de usuario para garantizar un buen acoplamiento de la piel y, si es necesario, vuelva a colocar la sonda óptica. Cuando se logre un buen contacto entre la sonda y la piel, haga clic en Detener para detener la recopilación de datos y establecer los identificadores de experimento y paciente en el cuadro de texto Carpeta y el nombre de la región de interés en el cuadro de texto Nombre de archivo.A continuación, pulse Iniciar para iniciar la adquisición de datos. Después de iniciar la medición, introduzca la información relevante del paciente en la pestaña Información del experimento y haga clic en Marcar para asegurarse de que se marca cualquier evento relevante que ocurra durante el período de monitorización. Después de cada marca, escriba la descripción del evento en la pestaña Información del experimento.Al final de la evaluación, pulse Detener en la interfaz gráfica de usuario para detener la recopilación de datos. Apague el interruptor del detector DCS y gire la llave láser DCS a la posición de apagado. Haga clic en todos los detectores para apagar los PMT y quitar la sonda de la cabeza del paciente y la cinta adhesiva de doble cara de la sonda.A continuación, limpie la sonda, el sistema y los accesorios con toallitas desinfectantes. Las curvas de autocorrelación normalizadas obtenidas con el módulo DCS deben ser aproximadamente 1,5 en la extrapolación de tiempo de retardo cero y deben decaer a uno en tiempos de retardo más largos. En este ejemplo de una curva de autocorrelación incorrecta, no es posible distinguir las curvas para las diferentes separaciones del detector de fuente.Mientras que en este ejemplo, la cola de la curva no coincidía con el modelo utilizado. Aquí, se pueden observar las series temporales de una sesión de seguimiento de un paciente con accidente cerebrovascular sedado durante la cual se succionaron las secreciones bronquiales y orales del paciente. El movimiento del paciente inducido por la intervención alteró claramente la señal óptica, lo que provocó picos no fisiológicos en los parámetros ópticos.Poco después de la intervención, los parámetros hemodinámicos volvieron aproximadamente a los mismos valores que antes de la intervención, como se esperaba para un paciente estable. Durante esta sesión de seguimiento, 13 días después de la hospitalización por accidente cerebrovascular isquémico, el flujo sanguíneo cerebral y la tasa metabólica cerebral de oxígeno en la frente ipsilesional fueron considerablemente más bajos que sus parámetros contralesionales en la región simétrica, mientras que se observó una fracción de extracción de oxígeno alta en ambos hemisferios. El análisis cuidadoso de estos datos representativos del índice de lateralidad de un paciente diferente reveló un período significativo de deterioro entre el primer y el tercer día después de la hospitalización y un segundo período que comenzó después del tercer día de hospitalización.Mediante el uso de tensiómetros continuos, nuestro protocolo puede modificarse ligeramente para evaluar también la regulación cerebral en pacientes neurocríticos, proporcionando datos clínicos relevantes. La posibilidad de evaluar la neurofisiología de cada paciente a pie de cama puede ayudarnos a comprender mejor el progreso de las diferentes lesiones y el impacto de los diferentes cursos de atención.

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Medicina

Se presenta un procedimiento experimental para la medición de la presión parcial de oxígeno (pO2) en la vasculatura cerebral basada en el oxígeno-dependiente de extinción de la fosforescencia. Preparación de animales y los procedimientos de imagen se describe, tanto para el campo visual amplio CCD basado en imágenes de la pO2 de las ratas y 2-fotones de imágenes basado en la excitación de la pO2 de ratones.

Medición de la oxigenación sanguínea cerebral basada en el oxígeno-dependiente de enfriamiento de fosforescencia

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

En este video, demostramos la técnica de espectroscopia de correlación difusa para medir el flujo sanguíneo cerebral en un modelo de ratón de lesión cerebral traumática leve.

Espectroscopia de correlación difusa para evaluar el flujo sanguíneo cerebral en un modelo de ratón

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...

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

La evaluación simultánea de la hemodinámica cerebral y las propiedades de dispersión de luz de ratas in vivo en el tejido cerebral se demuestra usando un sistema de imagen de reflectancia difusa multiespectral convencional.

La evaluación simultánea de Hemodinámica cerebral y propiedades de dispersión de luz de la<em&gt; En Vivo</em&gt; Cerebro de rata utilizando multiespectral de imágenes de reflectancia difusa

Este protocolo muestra cómo medir la conectividad funcional del estado en reposo en la corteza prefrontal humana utilizando un instrumento de espectroscopia de correlación difusa hecho a medida. El informe también analiza aspectos prácticos del experimento, así como pasos detallados para analizar los datos.

Conectividad funcional del cerebro humano basada en el flujo sanguíneo cerebral mediante espectroscopia óptica de correlación difusa

Este protocolo está diseñado para ayudar a los médicos a medir la oxigenación de tejidos regionales en diferentes sitios del cuerpo en bebés y niños. Se puede utilizar en situaciones donde la oxigenación de los tejidos está potencialmente comprometida, particularmente durante el bypass cardiopulmonar, cuando se utilizan dispositivos de asistencia cardíaca no pulsantes, y en neonatos gravemente enfermos, bebés y niños.

Cómo administrar espectroscopia de infrarrojo cercano en neonatos, bebés y niños gravemente enfermos

Describimos un protocolo para medir de forma no invasiva y continua el índice de flujo sanguíneo microvascular absoluto y la saturación de oxígeno en sangre utilizando un dispositivo multimodal basado en óptica difusa de infrarrojo cercano. A continuación, evaluamos la tasa metabólica del consumo de oxígeno y la hiperemia reactiva mediante una prueba de oclusión vascular.

Monitorización no invasiva de la oxigenación microvascular y la hiperemia reactiva mediante espectroscopia óptica difusa híbrida de infrarrojo cercano para cuidados intensivos

Readiestramiento patrones de movimiento anormales después de una lesión o enfermedad es un componente clave de la rehabilitación física. Los recientes avances en la tecnología han permitido una evaluación precisa de movimiento durante una variedad de tareas, con cuantificación casi instantánea de los resultados. Esto ofrece nuevas oportunidades para la modificación de los patrones de movimiento defectuosos en tiempo real.

Movimiento de Reconversión utilizando información en tiempo real del rendimiento

Se describe un protocolo de PCR en tiempo real para perfilar microRNAs en el líquido cefalorraquídeo (LCR). Con la excepción de los protocolos de extracción de ARN, el procedimiento se puede extender a ARN extraído de otros fluidos corporales, células cultivadas o muestras de tejido.

Líquido cefalorraquídeo MicroRNA perfiles utilizando cuantitativa en tiempo real PCR

Aprenda a monitorizar la hemodinámica cerebral en tiempo real en pacientes neurocríticos mediante espectroscopias ópticas difusas no invasivas. Este protocolo permite evaluar oxigenación, flujo sanguíneo y metabolismo cerebral en la cabecera del paciente.

Monitorización en tiempo real de pacientes neurocríticos con espectroscopias ópticas difusas

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