Spectroscopie de corrélation diffuse pour mesurer le débit sanguin cérébral chez un sujet humain

Résumé

Source : Menezes Forti, R. et al. Suivi en temps réel de patients neurocritiques à l’aide de spectroscopies optiques diffuses. J. Vis. Exp. (2020)

Cette vidéo montre l’utilisation de la spectroscopie de corrélation diffuse (DCS) pour mesurer le débit sanguin cérébral chez l’homme. Il décrit les étapes de préparation du système, d’étalonnage de la sonde, de positionnement sur le front du participant, d’acquisition de données de lumière diffusée et d’analyse des fluctuations d’intensité pour interpréter la dynamique du flux sanguin dans le cerveau.

Protocole

Toutes les procédures impliquant des participants humains ont été effectuées conformément aux directives institutionnelles, nationales et internationales en matière de bien-être humain et ont été examinées par le comité d’examen institutionnel local.

1. Préparatifs avant de déplacer le système vers l’unité de soins intensifs (USI)

1. Connectez toutes les fibres aux lasers et détecteurs appropriés, et assurez-vous qu’elles sont correctement fixées à la sonde optique (Figure 1B).
2. Vérifiez que la sonde optique est recouverte d’un chiffon noir pour éviter que les lasers ne brillent dans la pièce.
3. Tournez l’interrupteur d’alimentation du système sur la position « ON ». Après avoir mis le système sous tension, attendez 30 secondes, puis mettez l’interrupteur à clé laser de la spectroscopie de corrélation diffuse (DCS) sur la position « ON ». Les lasers de spectroscopie optique diffuse dans le domaine fréquentiel (FD-DOS) sont automatiquement activés lorsque le système est alimenté.
4. Pendant la préparation du système, obtenez le consentement du participant ou d’un représentant légal. Après avoir obtenu le consentement, apportez le chariot à la chambre du patient.
   REMARQUE : Étant donné que le système hybride dispose d’une batterie intégrée qui dure jusqu’à 45 min, il n’a pas besoin d’être éteint pendant le transport.

2. Étalonnage et paramètres de gain du système DOS

1. À votre arrivée à l’unité de soins intensifs, éteignez le laser DCS en mettant la touche sur la position « OFF ».
2. En commençant par le fantôme solide marqué « Calibrer », exécutez le processus d’étalonnage sur le logiciel FD-DOS (BOXY, ISS) en suivant les étapes ci-dessous.
   1. Dans le menu 'Fichier', chargez le fichier de paramètres approprié pour la sonde utilisée en cliquant sur l’option 'Charger le fichier de paramètres'.
   2. Placez la sonde sur le côté incurvé du fantôme, en assurant un bon contact avec la surface, puis optimisez la tension de polarisation du tube photomultiplicateur (PMT) en cliquant sur le bouton « Optimiser tous les détecteurs » dans le logiciel FD-DOS.
   3. Exécutez l’étalonnage pour les séparations de plusieurs sources-détecteurs en cliquant sur l’option 'Calc. Waveform Calib. Valeurs des hélices optiques. et Distances multiples' dans le menu 'Calibrer'.
   4. Ouvrez l’option 'Calculs définis par l’utilisateur' dans le menu 'Text-Mon' pour vérifier que les propriétés optiques mesurées correspondent aux valeurs prédéfinies (écrites dans le fantôme solide), et que le raccord R² est proche de un.
3. Répétez les étapes ci-dessus (sauf l’étape 2.2.3) pour mesurer les propriétés optiques du fantôme marqué comme « Vérifier » afin de vous assurer que l’étalonnage était adéquat. Les propriétés optiques mesurées doivent correspondre, à 10 % près, aux valeurs spécifiées dans les fantômes. prudence: Assurez-vous de désactiver les PMT (en cliquant sur le bouton « Tous les détecteurs désactivés ») chaque fois que la sonde est déplacée pour éviter d’endommager les PMT en raison de l’éclairage direct de la lumière ambiante.
4. Si l’étalonnage n’est pas adéquat, relancez le processus d’étalonnage (étapes 2.2 et 2.3). Assurer un bon étalonnage du système FD-DOS est essentiel à la validité des mesures FD-DOS.

3. Préparation du participant au chevet du patient

1. : Utilisez des lingettes désinfectantes pour nettoyer à la fois la sonde et le front du patient.
2. Placez le ruban adhésif double face sur la sonde (Figure 1B), en vous assurant qu’il n’est pas en contact direct avec les pointes de la fibre optique.
3. Placez des lunettes de sécurité laser sur le sujet.
4. Placez les sondes sur la région d’intérêt (ROI) et enroulez les sangles élastiques autour de la tête du sujet. Bien que cela ne soit pas strictement nécessaire pour FD-DOS et DCS, il est conseillé de couvrir la sonde optique avec un chiffon noir ou un bandage noir pour réduire le bruit dû à la lumière ambiante.
   REMARQUE : Il est important de s’assurer que la sangle élastique n’est ni trop serrée ni trop lâche. Si la sangle est trop serrée, elle peut causer une gêne importante au patient, et si la sangle est trop lâche, cela peut entraîner une mauvaise qualité des données car le ruban adhésif double face n’est pas assez solide pour maintenir les sondes en place.
5. Une fois que la sonde est correctement fixée sur le front du patient, allumez le laser DCS en mettant la touche sur la position « ON ».
   ATTENTION : Le système DCS utilise un laser de classe 3B, ce qui est dangereux pour l’exposition oculaire. Il est très important de n’allumer les lasers que lorsque la sonde est correctement fixée au front du patient.

4. Évaluation de la qualité des données

1. Avant de commencer à acquérir des données à l’aide de l’interface utilisateur graphique (GUI), notez les séparations source-détecteur DCS dans l’onglet « Paramètres » de l’interface graphique.REMARQUE : Le système DCS ne nécessite pas d’étape d’étalonnage, mais l’entrée correcte des séparations source-détecteur est nécessaire pour l’analyse en temps réel.
2. Démarrez le logiciel d’acquisition en appuyant sur le bouton 'Démarrer' dans l’interface graphique et vérifiez le signal DOS dans le logiciel FD-DOS :
   1. Cliquez sur le bouton 'Optimiser tous les détecteurs' dans le logiciel FD-DOS pour optimiser la tension de polarisation PMT.
   2. Vérifiez les propriétés optiques et le R² de l’ajustement DOS dans l’option 'Calcul défini par l’utilisateur' du menu 'Text-Mon'. Le coefficient R² doit être proche de l’unité et, en règle générale, le coefficient d’absorption des patients humains doit être compris entre 0,05 et 0,2 ^cm-1, tandis que le coefficient de diffusion doit être compris entre 6 et 13 ^cm-113.
3. Vérifiez le signal DCS dans l’onglet 'Courbes de corrélation' de l’interface graphique.
   1. Allume les détecteurs DCS en mettant les interrupteurs sur la position 'ON'.
   2. Assurez-vous que chaque détecteur DCS mesure une intensité lumineuse adéquate. En règle générale, plus de 10 kHz sont nécessaires.
   3. Si l’intensité mesurée est supérieure à 800 kHz, utilisez un filtre à densité neutre pour réduire le nombre de photons afin d’éviter d’endommager les détecteurs. Il s’agit généralement d’un problème pour les séparations source-détecteur plus courtes (< 1 cm).
      REMARQUE : En plus d’endommager potentiellement les détecteurs DCS, les nombres de photons supérieurs à 800 kHz peuvent également entraîner des erreurs dues à des effets non linéaires dans le détecteur.
   4. Vérifiez les courbes d’autocorrélation pour assurer un bon couplage de peau (voir Figure 2) et repositionnez la sonde optique si nécessaire.
   5. Si le repositionnement de la sonde était nécessaire à l’étape précédente, répétez les étapes 4.2 et 4.3. Il peut être nécessaire de répéter ces étapes plusieurs fois.
      REMARQUE : Les détecteurs DCS et FD-DOS doivent être éteints chaque fois que la sonde est déplacée. Pour désactiver les détecteurs DCS, placez manuellement les commutateurs sur la position « OFF ». Le détecteur FD-DOS est désactivé en cliquant sur le bouton « Tous les détecteurs désactivés » dans le logiciel FD-DOS.
4. Lorsqu’un bon contact entre la sonde et la peau est obtenu, arrêtez la collecte de données en cliquant sur le bouton « Stop » dans l’interface graphique. Ensuite, définissez les identifiants de l’expérience et du patient dans la zone de texte « Dossier » et écrivez le nom du retour sur investissement dans la zone de texte « Nom du fichier ».
5. Démarrez l’acquisition des données en appuyant sur le bouton « Démarrer » dans l’interface graphique.
6. Collectez des données dans le premier retour sur investissement aussi longtemps que requis par le protocole. Si nécessaire, déplacez la sonde vers les autres zones d’intérêt et répétez la mesure.
   REMARQUE : La période de surveillance peut varier en fonction des objectifs de l’étude.

5. Considérations pour l’expérimentateur pendant la mesure

1. Après avoir commencé la mesure, écrivez dans l’onglet « Infos sur l’expérience » de l’interface graphique les informations pertinentes sur le patient (par exemple, le type et l’emplacement de la blessure, les médicaments administrés, l’âge, le sexe, etc.).
2. Assurez-vous que tout événement pertinent qui s’est produit pendant la période de surveillance est marqué en cliquant sur le bouton « Marquer » sur l’interface graphique. Après chaque marque, assurez-vous d’écrire la description de l’événement dans l’onglet « Informations sur l’expérience » de l’interface graphique.

6. Arrêtez

1. la collecte de données Arrêtez la collecte de données en appuyant sur le bouton « Stop » dans l’interface graphique.
2. Arrêtez le logiciel FD-DOS en appuyant sur le bouton d’arrêt de l’acquisition et de l’enregistrement des données représenté par deux carrés rouges dans le logiciel FD-DOS.
3. Éteignez les détecteurs DCS en basculant les interrupteurs sur la position « OFF » et éteignez le laser DCS en tournant la clé sur la position « OFF ».
4. Désactivez les PMT du module FD-DOS en cliquant sur le bouton « Tous les détecteurs désactivés ».
5. Retirez la sonde de la tête du patient et retirez le ruban adhésif double face de la sonde. Ensuite, nettoyez la sonde avec des lingettes désinfectantes.
6. Répétez la mesure des propriétés optiques de chaque fantôme solide dès que possible pour vous assurer que l’étalonnage reste adéquat tout au long de la session de surveillance (voir étape 4.2.2).
   REMARQUE : Idéalement, l’étape d’étalonnage doit être effectuée juste après avoir retiré les sondes optiques de la tête du patient (étape 6.6). Cependant, en raison de problèmes de calendrier, cela a été fait dans l’installation de stockage dans les exemples présentés dans la section suivante.
7. Nettoyez le système et ses accessoires avec des lingettes désinfectantes.
8. Ramenez le chariot jusqu’à la salle de stockage.

Résultats

Figure 1 : L’environnement optique développé pour surveiller les patients à l’intérieur d’une unité de soins intensifs. (A) Le système optique diffus hybride combine un module de spectroscopie optique diffuse (DOS) d...

Matériaux