Name: Non-invasive de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-14T09:20:00.000+00:00
Duration: 11 min 39 s
Description: Découvrez la mesure non invasive du métabolisme cérébral chez les nouveau-nés par spectroscopie proche infrarouge et corrélation diffuse. Cette méthode permet d'évaluer la santé cérébrale au lit du patient.

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Les auteurs tiennent à remercier toutes les familles pour leur participation à cette étude et les infirmières, les médecins et le personnel dans le nouveau-né unité de soins intensifs, la pouponnière de soins spéciaux, neurologie pédiatrique, et les unités de maternité au Massachusetts General Hospital, du Brigham and Women &#39;s Hospital et l&#39;Hôpital pour enfants de Boston pour leur aide et leur soutien. En particulier, nous remercions Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Julianne Mazzawi, et Steven A. Ringer. Les auteurs remercient également Marcia Kocienski-Filip, Yvonne Sheldon, Alpna Aggarwall, Maddy Artunguada et Geneviève Nef pour leur aide pendant les mesures. Ce projet est soutenu par le NIH R01-HD042908, HD058725-R21, P41-RR14075 et R43-HD071761. Marcia Kocienski-Philippe et Yvonne Sheldon sont pris en charge par le Prix Science Translational clinique UL1RR025758 à l&#39;Université Harvard et Brigham and Women &#39;s Hospital à partir du Centre National de Ressources de recherche. Le contenu relève de la seule responsabilité de l&#39;unuteurs et ne représentent pas nécessairement les vues officielles de la National Center for Research Resources ou le National Institutes of Health.

1. Préparation pour les mesures de chevet <ol><li> Les FDNIRS ainsi que les systèmes DCS sont compacts et faciles à déplacer sur un petit chariot au chevet de l&#39;enfant à l&#39;hôpital (figure 1). </li><li> Après le déplacement du chariot avec les dispositifs à côté du lit, allumer les systèmes et connecter la sonde optique pour les FDNIRS et dispositifs DCS. Assurez-vous que deux expérimentateurs sont présents pour chaque mesure: l&#39;une pour gérer les instruments et l&#39;ordinateur, et l&#39;autre pour maintenir la sonde. </li><li> Choisir la sonde appropriée en fonction de l&#39;âge post-menstruel de l&#39;enfant (PMA). La sonde optique avec FDNIRS séparations source-détecteur de 1 cm, 1,5, 2 et 2,5 est utilisé pour les nourrissons &lt;37 semaines PMA et la sonde avec des séparations FDNIRS 1,5, 2, 2,5 et 3 cm est utilisé pour les nourrissons plus âgés (Figure 2-A ). Le choix de courtes séparations source-détecteur est dictée par la taille prématurés &quot;petite courbure et grosse tête. Lorsque vous utilisez une sonde avec un grand prématuré, le RELATtivement plus petite taille de la tête du bébé et sa courbure importante ainsi obstacle à un contact effectif entre la tête du bébé et de toutes les sources et les détecteurs. Pour cette raison, la sonde avec FDNIRS séparations source-détecteur de 1 cm, 1,5, 2 et 2,5 convient pour une utilisation avec les prématurés. Notre recherche a vérifié que les choix des séparations source-détecteur sont suffisantes pour mesurer les propriétés optiques du cortex cérébral de 14 à la fois prématuré et à terme. DCS fibres de source et de détecteur sont disposés dans une rangée parallèle aux fibres FDNIRS avec des distances source-détecteur de détecteur 1,5 (une) et 2 cm (trois détecteurs) dans les deux sondes prématurés et à terme. </li><li> Désinfecter les sondes optiques avec un chiffon Sani-désinfection essuyer et insérez la sonde et de fibres dans une douille à usage unique en plastique polypropylène. </li></ol> 2. Réglages de gain et d&#39;étalonnage FDNIRS <ol><li> Ouvrez l&#39;interface utilisateur FDNIRS graphique (GUI) et sélectionnez le fichier des paramètres du programmebloc correspondant à la sonde et d&#39;étalonnage utilisé. </li><li> Pour ajuster les gains détecteur, placez doucement la sonde sur une zone de la tête du sujet sans poils (de préférence le côté gauche du front) et le maintenir dans la même position sans appliquer de pression. Activer les sources et les détecteurs et régler la tension jusqu&#39;à ce que le PMT amplitude selon l&#39;une quelconque des lasers source atteint 20.000 chiffres. 32.000 comptes est la numérisation maximale de l&#39;analogue de carte d&#39;acquisition numérique, et les gains doivent être fixés au-dessous de ce seuil pour éviter la saturation lors de l&#39;acquisition des données. Les gains devraient être situé dans la zone frontale parce que cette région est généralement la plus faible absorption de la lumière laser et est donc plus enclin à saturation. </li><li> Désactiver les sources et les détecteurs et la sonde retour sur le bloc d&#39;étalonnage. Les lasers doivent être éteints lors du déplacement de la sonde pour la protection des yeux, les détecteurs doivent être mis hors tension parce PMT sont très sensibles et l&#39;exposition à une lumière vive increases bruit de fond et peut les endommager définitivement. </li><li> Avec la sonde de retour sur le bloc d&#39;étalonnage, utiliser la densité neutre (ND) si des acides gras saturés paire source-détecteur. Les filtres ND différentes peuvent être sélectionnées grâce à des gains d&#39;optimisation chez les nourrissons avec différentes couleurs de peau Tenir la sonde immobile pendant 16 secondes lors de l&#39;exécution de la procédure d&#39;étalonnage. Comme nous n&#39;avons pas déplacer physiquement une source à différentes distances d&#39;un seul détecteur pour obtenir un système multi-distance, mais au lieu d&#39;utiliser quatre combinaisons de deux sources indépendantes et deux détecteurs indépendants, nous avons besoin de calibrer la puissance différente des deux sources et les différents gains des deux détecteurs. En mesurant un bloc d&#39;étalonnage des propriétés optiques connues, nous estimons l&#39;amplitude et la phase des facteurs de correction nécessaires pour récupérer les coefficients d&#39;absorption et de dispersion du bloc d&#39;étalonnage. </li><li> Après l&#39;étalonnage, d&#39;acquérir sec 16 de plus de données sur le bloc et évaluer visuellement l&#39;adéquation des ee étalonnage avec une interface graphique en interne MATLAB. La mesure pA et ms &quot;doivent correspondre aux coefficients réels du bloc d&#39;étalonnage à toutes les longueurs. Recalibrer si l&#39;ajustement est médiocre. </li><li> Si les gains de détection doivent être modifiés, ou des fibres de source et du détecteur doivent être déconnectés durant les mesures, répétez la procédure d&#39;étalonnage de l&#39;appareil FDNIRS. </li><li> À la fin de la séance de mesure, acquérir un autre 16 secondes de données sur le bloc d&#39;étalonnage pour vérifier si l&#39;étalonnage a été maintenue pendant les mesures sur l&#39;objet. Si le calibrage n&#39;a pas été entretenu, prendre un second calibrage à la fin de la mesure et d&#39;appliquer aux données acquises. </li></ol> 3. Réglages DCS <ol><li> Ouvrez le DCS en interne l&#39;acquisition de données graphique et chargez le fichier de paramètres correspondant à la sonde optique utilisée. </li><li> Avant de commencer les mesures, vérifiez que la puissance du laser de la source DCS est approprié pour l&#39;exposition cutanée par la mesure de til la puissance du laser de la source DCS avec un mesureur de puissance et de contrôle de la taille du spot avec une carte de visualisation IR (le laser émet à 785 nm, ce qui n&#39;est pas visible). La puissance laser est DCS ~ 60 mW et couplé à une fibre de diamètre relativement petit (400-600 um). Pour répondre aux normes ANSI pour l&#39;exposition cutanée, à la lumière de la sonde doit être atténuée et diffusée sur une grande surface. Ce résultat est obtenu en recouvrant l&#39;extrémité de la fibre avec un diamètre de 3 mm blanc feuille de téflon (Figure 2-A). Le téflon est fortement diffusant et diffuse largement le faisceau laser. Au chevet du patient, en sorte que la puissance du laser à la sonde est inférieure à 25 mW et la dimension du spot est plus grande que 3 mm de diamètre. En ce qui concerne les FDNIRS, éteignez toujours sources et de détecteurs lors du déplacement de la sonde optique. </li><li> Détection DCS est à comptage de photons et il n&#39;ya pas de réglage du gain APD tel que requis pour l&#39;appareil FDNIRS. Un drapeau dans le logiciel d&#39;acquisition indique si trop de lumière est détectée, auquel cas la lumière de couplage de l&#39;IETsa source ou fibres de détection doit être réduite en tournant les connecteurs fibre optique. Adéquate détection de la lumière est sur la plage de 200,000-4,000,000 photons détectés (ce qui correspond à -26 à 0 dB sur l&#39;écran de l&#39;ordinateur). Evitez la lumière ambiante excessive pour réduire le bruit de fond. </li><li> Le DCS ne nécessitent pas d&#39;étalonnage pour mesurer CBF i. Le flux sanguin est proportionnel au temps qu&#39;il faut pour perdre corrélation. Un bloc solide ne suffit pas de vérifier la qualité du signal, car il n&#39;existe pas de particules diffusantes en mouvement pour provoquer la pourriture. Un bras expérimentateur montre au contraire la carie - plus le flux sanguin, plus la carie. </li></ol> 4. Acquisition de données <ol><li> Alors que FDNIRS et des mesures DCS peut être fait rapidement dans l&#39;ordre, d&#39;abord mesurer tous les emplacements avec un seul appareil, puis répétez la même progression avec l&#39;autre appareil, en utilisant le logiciel d&#39;acquisition indépendante correspondant à chacun. </li><li> Mesurer sept endroits couvrant frontale, temporale et Parietal zones, selon un système 10-20 (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4), dans l&#39;ordre (Figure 2-B). La partie des cheveux le long de la ligne de source-détecteur et placer la sonde sur la zone de la tête. </li><li> Tournez sur les lasers et les détecteurs FDNIRS et vérifier la qualité du signal: Chiffres d&#39;amplitude doit être comprise entre 2.000 et 20.000 et déphasages SNR &lt;2 degrés. Si en dehors de ces plages, repositionner la sonde, assurant cheveux est séparée et toutes les sources et les détecteurs sont en contact avec la peau. </li><li> Acquérir des données pendant 16 secondes. Répéter les mesures jusqu&#39;à trois fois à chaque endroit (Figure 2-C), séparant les cheveux et le repositionnement de la sonde dans un endroit légèrement différent pour chaque acquisition. Ceci est fait pour minimiser les effets des inhomogénéités locales comme les cheveux et les gros vaisseaux superficiels et de fournir des valeurs représentatives d&#39;une région, plutôt que d&#39;un seul point. </li><li> Allumez le laser et les détecteurs de DCS et acquérir des données pendant 10 secondes. Repositionner la sonde et représentantmanger les acquisitions (comme les mesures FDNIRS). </li><li> Éteignez tous les lasers lors du déplacement de la sonde entre les emplacements. La collecte de données dans les sept lieux n&#39;est pas toujours possible. Cesser les mesures si le sujet manifeste aucun signe de détresse ou de mouvement. Recommencez l&#39;acquisition si possible. Électrodes EEG ou de l&#39;équipement respiratoire peut également empêcher des mesures dans certains endroits. </li></ol> 5. Mesure des paramètres systémiques <ol><li> Pour le calcul de CMRO 2i, deux paramètres systémiques, l&#39;oxygénation artérielle (SaO 2) et de l&#39;hémoglobine dans le sang (HGB), doivent être acquises. HGB est également nécessaire pour calculer CBV. Alors que l&#39;oxymétrie de pouls conventionnel prévoit des mesures de SaO 2, du HGB ​​est classiquement mesurée par un test sanguin. Un oxymètre de pouls nouveau, mis au point par Masimo Corporation, est capable de mesurer de façon non invasive HGB en utilisant des longueurs d&#39;onde multiples. Le dispositif est approuvé par la FDA pour les enfants&gt; 3 kg, et permet une mesu chevet rapidesure à la fois de SaO 2 et HGB. </li><li> Enregistrement SaO 2 et HGB l&#39;aide d&#39;un oxymètre de pouls Masimo (spot Pronto vérifier le pouls de co-oxymètre). Pour ces mesures, fixer un adhésif à usage unique capteur au gros orteil du pied du bébé. HGB sera affiché sur l&#39;écran pendant quelques secondes. </li><li> Quand il n&#39;est pas possible d&#39;utiliser le pouls Masimo co-oxymètre, mesure SaO 2 avec d&#39;autres oxymètres de pouls approuvés par la FDA. HGB peut être soit récupéré à partir de dossiers de patients cliniques ou estimées à l&#39;aide des valeurs normatives. </li></ol> 6. Analyse des données <ol><li> Ouvrir une maison de post-traitement d&#39;analyse de données en utilisant l&#39;interface graphique MATLAB. Non seulement ce logiciel évalue tous les paramètres hémodynamiques, mais utilise également la redondance des données pour évaluer automatiquement la qualité de la mesure et de restreindre la recherche. </li><li> Automatiques des critères objectifs pour le contrôle de la qualité consistent en éliminant des données pour FDNIRS si: R2 &lt;0,98 pour l&#39;ajustement du modèle des données expérimentales, la p-valeur&gt; 0.02 Pour le coefficient de corrélation de Pearson entre les coefficients d&#39;absorption mesurées huit et l&#39;ajustement d&#39;hémoglobine (figure 3-A), valeur p&gt; 0,02 pour l&#39;ajustement linéaire des coefficients de diffusion réduits par rapport aux longueurs d&#39;onde (figure 3-B) 15. Si plus de 33 pour cent de fond des données de la mise en dépôt, l&#39;ensemble est mis au rebut. Pour le DCS, les données sont rejetées si: la queue de la courbe d&#39;adaptation est différent de 1 de plus de 0,02, la variation cumulative entre les 3 premiers points de la courbe est supérieur à 0,1, ou la valeur moyenne des 3 premiers points est plus de 1,6 (figure 4). Si plus de 50 pour cent des courbes sont éliminées, ou les valeurs d&#39;ajustement ont un coefficient de variation&gt; 15 pour cent, l&#39;ensemble est mis au rebut 15. </li><li> Calculer absolue HbO et les concentrations de HBr en ajustant les coefficients d&#39;absorption à toutes les longueurs, en utilisant les valeurs de la littérature pour l&#39;Hb extinction coefficients 16 etune concentration de 75 pour cent de l&#39;eau dans le tissu 17. Dériver concentration d&#39;hémoglobine totale (HBT = HbO + HBr) et de SO 2 (HBO / hbt) à partir des concentrations HBO et HbR. </li><li> Estimer le volume sanguin cérébral en utilisant l&#39;équation décrite dans Ijichi et al 18. CBV = (HBT × MW Hb) / (HGB × D bt), où MW Hb = 64.500 [g / mole] est le poids moléculaire de l&#39;hémoglobine, et D bt = 1,05 g / ml est la masse volumique du tissu cérébral. </li><li> Calculer CBF i en ajustant les fonctions de mesure d&#39;autocorrélation temporelle de l&#39;équation de corrélation de diffusion. Le cadre théorique détaillée pour calculer CBF i est dans Boas et al. Boas et yod et 10,11. Dans les équations, utiliser les coefficients d&#39;absorption mesurés à partir de chaque FDNIRS et une moyenne des coefficients de diffusion dans la population. </li><li> Calculer l&#39;indice de la consommation cérébrale en oxygène en utilisant la mesure FDNIRS de SO <sub&gt; 2 et la mesure de DCS CBFI avec l&#39;équation suivante: CMRO 2i = (HGB × × CBFI (SaO 2 - SO 2)) / (4 × × β Hb MW) 15, où le facteur 4 correspond aux quatre molécules O 2 liés l&#39;un à l&#39;hémoglobine et β est la contribution pour cent du compartiment veineux à la mesure de l&#39;oxygénation d&#39;hémoglobine 19. </li></ol>

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</ol>

Maria Angela Franceschini, son mari David Boas, et Beniamino Barbieri (ISS Inc) détiennent des brevets sur cette technologie.

Nous avons démontré une mesure quantitative du hémodynamique cérébrale et le métabolisme avec FDNIRS et DCS dans la population néonatale. La configuration de la sonde est optimisé pour mesurer néonatale cortex cérébral 14. Modifications du débit sanguin mesuré par DCS ont été largement validées par rapport à d&#39;autres techniques dans les études animales et humaines 22,23. En utilisant une mesure directe du débit sanguin DCS, nous sommes en mesure de réduire la variance dans le calcul de CMRO 2i 24. La variance de mesures répétées était également plus faible que les variations entre les régions du cerveau et de moins de 20 ans. De nos résultats précédents, CBFI et CMRO 2i montré des changements significatifs avec la PMA en bonne santé des nouveau-nés prématurés. La mesure de CMRO 2i est mieux à même de détecter des lésions cérébrales à la mesure de SO 2. Ceci suggère que les mesures combinées de paramètres vasculaires et métaboliques servir b comme plus robusteiomarkers de la santé du cerveau néonatal et le développement que la saturation en oxygène seul. Les améliorations techniques se concentrera sur l&#39;intégration de deux instruments pour réduire le temps d&#39;acquisition de 35-40% par session et la mise en œuvre de la rétroaction en temps réel sur la qualité des données pour réduire la fréquence des mesures rejetées. Dans un proche avenir, ce système peut être livré à l&#39;utilisateur final cliniques en tant que moniteur de chevet roman du métabolisme de l&#39;oxygène cérébral altéré. En mesurant les trajectoires de CMRO 2 dans le temps peut aussi augmenter la signification clinique et prévoir les résultats. Cet outil pourrait finalement faire une contribution significative à l&#39;amélioration de la gestion des lésions cérébrales néonatales.

Le dispositif FDNIRS est une mesure dans le domaine fréquentiel de système ISS Inc avec deux jeux identiques de 8 diodes laser émettant à huit longueurs d&#39;onde allant de 660 à 830 nm, et deux tubes photomultiplicateurs (PMT) de détecteurs. Les sources et les détecteurs sont modulés à 110 MHz et 110 MHz plus 5 kHz, respectivement, pour réaliser une détection hétérodyne 6. Chaque diode laser est allumé pendant 10 ms dans l&#39;ordre, pour un temps total d&#39;acquisition 160 ms par cycle. Les sources et les détecteurs sont couplés à la fibre optique et disposées en une rangée dans une sonde optique. L&#39;arrangement des fibres sur la sonde est telle qu&#39;elle produit quatre différentes séparations source-détecteur. En mesurant la lumière transmise (atténuation d&#39;amplitude et de déphasage) à des distances multiples, nous pouvons quantifier l&#39;absorption (uA) et de diffusion (ms &#39;) coefficients du tissu sous observation. À partir des coefficients d&#39;absorption aux longueurs d&#39;onde multiples, on estime ensuite les valeurs absolues des oxygénée (HBO) etLes concentrations d&#39;hémoglobine (désoxygénés HbR) 7, du volume sanguin cérébral (CBV) et la saturation en oxygène l&#39;hémoglobine (SO 2). Le dispositif DCS est une maison - système intégré semblable à celui développé par les Drs. Arjun yod et Turgut Durduran à l&#39;Université de Pennsylvanie 8,9. Le système DCS qui se compose d&#39;un semi - conducteurs, laser cohérence à long à 785 nm, quatre comptage de photons photodiode à avalanche (APD) des détecteurs (EG &amp; G Perkin Elmer SPCM-AQRH) présentant une faible numération sombres (&lt;50 coups / sec) et une grande rendement quantique (&gt; 40% à 785 nm), et un canal de quatre, 256-bin corrélateur multi-tau, avec résolution 200 nsec. Avec les DCS on mesure le débit sanguin microvasculaire dans le cortex cérébral en quantifiant les fluctuations temporelles de l&#39;intensité de lumière plusieurs fois dispersée, qui résulte de décalages Doppler produit par le déplacement des globules rouges. La technique, similaire à la débitmétrie Doppler laser du sang (c&#39;est à dire qu&#39;ils sont de Fourier Transform analogues), mesure d&#39;une fonction d&#39;auto-corrélation des fluctuations d&#39;intensité de chaque canal de détecteur calculée par un corrélateur numérique sur une plage de temps de retard de 200 ns - 0,5 sec. Le corrélateur calcule l&#39;intensité d&#39;auto-corrélation temporelle de la lumière émergeant de nouveau tissu. Nous avons ensuite adapter l&#39;équation de corrélation de diffusion de la fonction d&#39;autocorrélation mesurée, acquise séquentiellement, environ une fois par seconde, pour obtenir l&#39;indice d&#39;écoulement du sang (CBF i) 10,11. DCS mesures de changements du flux sanguin ont été largement validée 12,13. En combinant les mesures FDNIRS de SO 2 aux mesures de DCS CBF i, nous obtenons une estimation du métabolisme de l&#39;oxygène cérébral (CMRO 2i).

<table border="1"><tbody><tr><td> Équipement </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td><td> Commentaires (optionnel) </td></tr><tr><td> Imagent </td><td> ISS </td><td></td><td> FDNIRS </td></tr><tr><td> DCS fibres laser </td><td> Thorlabs </td><td> FT400 </td><td> Composante DCS </td></tr><tr><td> Détecteur de fibre DCS </td><td> Thorlabs </td><td> 780HP </td><td> Composante DCS </td></tr><tr><td> DCS laser </td><td> CrystaLaser </td><td> DL785-070-S </td><td> Composante DCS </td></tr><tr><td> DCS détecteur </td><td> Pacer International </td><td> SPCM-AQRH-14-FC </td><td> Composante DCS </td></tr><tr><td> DCS corrélateur </td><td> Correlator.com </td><td> Flex05-8ch </td><td> Composante DCS </td></tr><tr><td> Pronto co-oxymètre </td><td> Masimo </td&gt; <td></td><td> HGB et SaO 2 moniteur </td></tr><tr><td> NOVA </td><td> OPHIR </td><td> 7Z01500 </td><td> Mesureur de puissance laser </td></tr><tr><td> Carte capteur </td><td> Newport </td><td> F-IRC1-S </td><td> IR spectateur </td></tr><tr><td> Filtre à densité neutre </td><td> Kodak </td><td> NT54-453 </td><td></td></tr></tbody></table>

non-invasive de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons

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

Lésion cérébrale périnatale demeure une cause importante de mortalité et de morbidité infantiles, mais il n&#39;est pas encore un outil efficace qui peut chevet précision dépister les lésions cérébrales, l&#39;évolution des blessures moniteur, ou d&#39;évaluer la réponse au traitement. L&#39;énergie utilisée par les neurones proviennent en grande partie du métabolisme oxydatif des tissus, et l&#39;hyperactivité neuronale et la mort cellulaire se traduisent par des changements correspondants dans le métabolisme de l&#39;oxygène cérébral (CMRO 2). Ainsi, les mesures de CMRO 2 sont le reflet de la viabilité neuronale et fournir des informations essentielles au diagnostic, ce qui CMRO 2, une cible idéale pour la mesure de chevet de la santé du cerveau. Techniques d&#39;imagerie cérébrale telles que la tomographie par émission de positons (TEP) et un seul photon emission computed tomographie mesures de rendement (SPECT) de glucose cérébral et métabolisme de l&#39;oxygène, mais ces techniques nécessitent l&#39;administration de radionucléotides, de sorte qu&#39;ils sont utilisés que dans les cas les plus graves. Onde continue spectroscopie proche infrarouge (CWNIRS) prévoit des mesures de rayonnements non-invasives et non-ionisants de la saturation en oxygène l&#39;hémoglobine (SO 2) comme substitut à la consommation d&#39;oxygène cérébrale. Toutefois, le SO 2 est loin d&#39;être idéal comme substitut de métabolisme de l&#39;oxygène cérébral car elle est influencée par l&#39;apport d&#39;oxygène et de la consommation. En outre, les mesures de SO 2 ne sont pas suffisamment sensibles pour détecter des lésions cérébrales heures après l&#39;1,2 insulte, parce que la consommation d&#39;oxygène et la livraison atteindre l&#39;équilibre après des transitoires de courte durée 3. Nous avons étudié la possibilité d&#39;utiliser des méthodes plus perfectionnées SPIR optiques pour quantifier métabolisme de l&#39;oxygène cérébral au chevet du nouveau-né en bonne santé et de traumatismes cérébraux. Plus précisément, nous avons combiné les NIRS dans le domaine fréquentiel (FDNIRS) mesure de SO 2 avec la spectroscopie de corrélation diffuse (DCS) mesure de l&#39;indice de la circulation sanguine (CBF i) yield un indice de CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5. Avec les combinés FDNIRS / système DCS, nous sommes en mesure de quantifier le métabolisme cérébral et l&#39;hémodynamique. Cela représente une amélioration par rapport CWNIRS pour détecter la santé du cerveau, le développement du cerveau, et la réponse au traitement chez les nouveau-nés. En outre, cette méthode respecte tous les nouveau-nés unité de soins intensifs (UNSI) sur les politiques de contrôle des infections et des politiques institutionnelles en matière de sécurité laser. Les travaux à venir chercher à intégrer les deux instruments pour réduire le temps d&#39;acquisition au chevet du patient et à mettre en œuvre rétroaction en temps réel sur la qualité des données pour réduire le taux de rejet des données.

Au cours des cinq dernières années, nous avons démontré la faisabilité et l&#39;utilité clinique de la méthode proposée. En particulier, nous avons montré CMRO 2 pour être plus représentatif de la santé du cerveau et le développement de SO 2. Dans une étude transversale sur plus de 50 nourrissons en bonne santé, nous avons constaté que tout CBV est plus du double au cours de la première année de vie, SO 2 reste constante 4 (figure 5). Dans une étude sur 70 nouveau-nés en bonne santé nous avons également constaté que le SO 2 est constante dans toutes les régions du cerveau tout en CMRO 2i, CBV et CBF sont plus élevés dans les régions temporale et pariétale que dans la région frontale (figure 6) 20, ce qui est cohérent avec la captation du glucose PET résultats 21. Dans nos deux études, la constante de SO 2, dans une fourchette de 60-70 pour cent indique que l&#39;apport d&#39;oxygène correspond étroitement à la consommation locale, tandis que CBV, CBF et CMRO 2 sont more étroitement couplé avec le développement neural. Pour vérifier que CMRO 2i est un meilleur outil de dépistage que le SO 2 dans la détection des lésions cérébrales néonatales, nous avons mesuré les nourrissons atteints de lésions cérébrales au cours de la phase aiguë 5, et (dans quelques enfants) pendant la phase chronique pendant plusieurs mois après une blessure. Résultats de la figure 7 montrent comment SO 2 n&#39;est pas significativement modifiée par une lésion cérébrale dans les deux premiers (1-15 jours après l&#39;insulte) et chronique (mois après la blessure) étapes, tout en CMRO 2i est significativement différente de la normale pendant les deux phases aiguës et chroniques . Plus précisément, CMRO 2i est élevée pendant la phase aiguë en raison de l&#39;activité épileptique après une lésion cérébrale, et inférieure à la normale pendant la phase chronique due à une perte neuronale. Les nourrissons atteints lésions ischémiques hypoxiques sont actuellement traités par hypothermie thérapeutique (TH) au métabolisme cérébral inférieur et réduire les dégâts après l&#39;ins hypoxiqueUlt. L&#39;hypothermie thérapeutique est maintenue pendant trois jours et nous avons été en mesure de surveiller les 11 nourrissons pendant le traitement (figure 8). Nous avons constaté que CMRO 2i diminue de manière significative à des niveaux inférieurs à la normale au cours de TH, et cette diminution semble être liée à la réponse au traitement et les résultats de développement. Ces résultats préliminaires suggèrent que la méthode FDNIRS-DCS peut être en mesure de guider et d&#39;optimiser le traitement hypothermie. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig1.jpg" /> Figure 1. Image de la charrette avec les FDNIRS et dispositifs DCS. Les deux instruments sont suffisamment compact pour tenir sur un petit chariot qui peut être déplacé au chevet de l&#39;enfant à l&#39;USIN. <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig2.jpg" /> Figure 2. (A) Configuration de la sonde optique. <strong&gt; (B) Le régime lieu de mesure. (C) Une photo d&#39;un type FDNIRS-DCS mesure sur un nourrisson. <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3.jpg" /> Figure 3. Exemples représentatifs de la bonne taille et mauvaise (a) mesurée coefficients d&#39;absorption et l&#39;ajustement d&#39;hémoglobine coefficients de diffusion (B) et l&#39;ajustement linéaire. P-valeur&gt; 0,02 réfère à un mauvais ajustement. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig3large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig4.jpg" /> Figure 4. Un exemple représentatif d&#39;ajustement bien et le mal d&#39;une fonction d&#39;autocorrélation des fluctuations d&#39;intensité calculéespar un corrélateur sur une plage de temps de retard de 200 ns - 0,5 sec. Dans la figure à la bonne taille de la queue de la courbe d&#39;ajustement diffère de 1 de plus de 0,02 et la variation des 3 premiers points est supérieure à 0,1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig4large.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir la figure</a> . <img alt="Figure 5" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5.jpg" /> Figure 5. Les variations de CBV et de SO 2 dans frontale, temporale et pariétale régions corticales chez les nourrissons de la naissance à un an. <img alt="Figure 6" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6.jpg" /> Figure 6. CBF, SO 2, CBV et CMRO 2i du frontal, terégions mporal et pariétal dans 70 nouveau-nés en bonne santé. <img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig7.jpg" /> Figure 7. Des exemples de consommation d&#39;oxygène anormale et normale de SO 2 après une lésion cérébrale chez les nourrissons. Lésion cérébrale est marquée par des changements dans CMRO 2 par rapport à la normale tout en SO 2 n&#39;est pas significativement différent de la normale. S&#39;il vous plaît noter que dans ces deux figures, CMRO 2 a été calculée en utilisant la relation Grubb, parce que la mesure DCS n&#39;étaient pas disponibles au moment de ces mesures. <img alt="Figure 8" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig8.jpg" /> Figure 8. rCMRO 2 de 11 enfants au cours de l&#39;hypothermie thérapeutique par rapport à l&#39;âge témoins sains appariés. Métabolisme de l&#39;oxygène est fortement réduite dans tous les nourrissons atteints d&#39;une thérapie d&#39;hypothermie.

On combine dans le domaine fréquentiel des mesures de spectroscopie dans le proche infrarouge de l&#39;oxygénation cérébrale avec l&#39;hémoglobine diffuses mesures de spectroscopie de corrélation de l&#39;indice de flux sanguin cérébral pour estimer un indice de métabolisme de l&#39;oxygène. Nous avons testé l&#39;utilité de cette mesure comme un outil de dépistage de chevet pour évaluer la santé et le développement du cerveau du nouveau-né.

Non-invasive de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons

Les lésions cérébrales périnatales demeurent une cause importante de mortalité et de morbidité infantiles, mais il n'existe pas encore d'outil au chevet du patient capable de déterminer avec précision...

L'objectif général de cette procédure est d'évaluer le métabolisme cérébral en oxygène chez les nouveau-nés au chevet du patient. Cela est réalisé en plaçant d'abord la sonde optique sur la tête et en mesurant, à l'aide d'un dispositif de spectroscopie proche infrarouge dans le domaine fréquentiel ou FD-NIRS, l'oxygénation de l'hémoglobine cérébrale et sa concentration dans le cerveau sous-jacent. Ensuite, à l'aide d'un dispositif de spectroscopie de corrélation diffuse ou DCS, un indice du débit sanguin cérébral est mesuré, puis les mesures FD-NIRS et DCS sont répétées sur six autres emplacements couvrant les régions frontale, temporale et pariétale.À l’aide d’un pulsioxymètre, on mesure ensuite des paramètres systémiques tels que l’oxygénation artérielle et l’hémoglobine dans le sang. Enfin, tous les paramètres sont combinés pour calculer la consommation d’oxygène ou le CMRO₂. En définitive, on peut obtenir des résultats montrant l’oxygénation cérébrale de l’hémoglobine, le débit sanguin cérébral et le métabolisme cérébral de l’oxygène dans différentes régions corticales, permettant ainsi de détecter une éventuelle atteinte cérébrale en réponse au traitement ou d’évaluer le développement cérébral.L'avantage principal de la D CSS par rapport aux méthodes existantes telles que l'IM et la méthode Path est qu'elle permet une évaluation au chevet du patient du métabolisme cérébral sans aucun risque pour le nourrisson. Nous utilisons des dispositifs de recherche qui nécessitent une certaine expertise technique et une formation pour être utilisés. Nous travaillons actuellement avec Incorporated et d'autres entreprises afin de développer des systèmes FD intégrés complets de DCS proche infrarouge qui soient plus faciles à utiliser.Cette méthode pourrait améliorer la santé cérébrale du nouveau-né en nous permettant de dépister les lésions, de surveiller la réponse au traitement, de prédire les résultats et, idéalement, d'optimiser les soins individualisés. Nous avons eu cette idée pour cette approche lorsque nous avons réalisé que le métabolisme nul en oxygène constituait une mesure plus précise et plus exacte de la fonction neuronale que la fraction d'extraction d'oxygène, ce qui démontre que la procédure en vaudra la peine. Lynn, Angela Ollio et Catherine Hagen, membres de notre équipe d'étude, ont participé à cette démonstration, qui a été filmée dans l'unité de soins intensifs néonatals du Brigham and Women Hospital, avec l'aide précieuse du personnel de l'unité de soins intensifs néonatals.Ces enregistrements sont approuvés par le comité d'éthique Partners Healthcare IRB. La spectroscopie dans le domaine fréquentiel, la spectroscopie proche infrarouge et la spectroscopie de corrélation diffuse constituent un système personnalisé dans le domaine fréquentiel fourni par ISS Incorporated, comprenant deux ensembles identiques de huit diodes laser émettant à huit longueurs d'onde comprises entre 660 et 830 nanomètres, deux détecteurs à photomultiplicateur et un dispositif DCS, qui est un système conçu sur place composé d'un laser à cohérence longue en état solide à 785 nanomètres et de quatre détecteurs photoniques à avalanche à comptage de photons. Choisissez la sonde appropriée en fonction de l'âge postmenstruel (PMA) du nourrisson. Par exemple, utilisez une sonde optique avec des distances source-détecteur FD proches de 1,52 et 2,5 centimètres pour les nourrissons de moins de 37 semaines de PMA, et la sonde avec des distances FD proches de 1,52, 2,5 et 3 centimètres pour les nourrissons plus âgés, pour les deux sondes.Les distances entre la source DCS et le détecteur sont de 1,5 et deux centimètres ; désinfectez les sondes avec un lingette désinfectante et insérez la sonde et les fibres dans un manchon en plastique polypropylène à usage unique afin de respecter les normes ANSI en matière d'exposition cutanée. La lumière au niveau de la sonde est atténuée et diffusée sur une grande surface par un disque blanc en téflon au chevet du patient. À l’aide d’un mesureur de puissance, vérifiez que la puissance laser au niveau de la sonde est inférieure à 25 milliwatts et utilisez une carte de visualisation infrarouge pour confirmer que le diamètre du faisceau est supérieur à trois millimètres.Ouvrez le logiciel ER et sélectionnez le fichier de paramètres de sonde correspondant à la sonde et au bloc d'étalonnage utilisés pour ajuster les gains du détecteur. Placez délicatement la sonde sur une zone de la tête du sujet dépourvue de cheveux et maintenez-la en place sans exercer de pression. Nous préférons régler les gains dans la région frontale, car cette zone présente la plus faible absorption et est donc la plus sujette à la saturation.Activez les sources et les détecteurs, puis réglez la tension du PMT jusqu'à ce que l'amplitude de l'un des lasers source atteigne 20 000 counts. Replacez la sonde sur le bloc d'étalonnage et utilisez des filtres de densité neutre, le cas échéant.La paire source-détecteur saturée nécessite de maintenir la sonde immobile pendant 16 secondes tout en exécutant la procédure d'étalonnage. La mesure d'un bloc d'étalonnage aux propriétés optiques connues permet d'estimer les facteurs de couplage pour chaque paire source-détecteur. Après l'étalonnage, acquérez 16 secondes de données sur le bloc et utilisez une interface graphique MATLAB interne pour évaluer visuellement la qualité de l'étalonnage.Les coefficients d'absorption et de diffusion mesurés doivent correspondre aux coefficients réels du bloc d'étalonnage à toutes les longueurs d'onde. Réétalonnez si l'ajustement est médiocre. Pour la préparation du DCS, ouvrez l'interface graphique MATLAB maison d'acquisition de données DCS et chargez le fichier de paramètres correspondant à la sonde optique utilisée.Il n'existe aucun réglage de gain pour les détecteurs DCS. En ce qui concerne le dispositif FD, si un faible nombre de comptes est observé, séparez les cheveux et repositionnez la sonde afin d'obtenir une meilleure détection de la lumière. Évitez une lumière ambiante excessive afin de réduire le bruit de fond.En plus du CBFI et du SO deux, qui seront obtenus par la FD près du DCS, deux paramètres systémiques, l'oxygénation artérielle et l'hémoglobine dans le sang, sont nécessaires pour calculer le métabolisme cérébral en oxygène. Utilisez un oxymètre de pouls multi-paramétrique pour obtenir ces paramètres systémiques en fixant un capteur adhésif à usage unique sur l'orteil ou le pied de l'enfant ; le SA O2 et le HGB s'afficheront sur l'écran du moniteur en quelques secondes. Mesurez sept emplacements couvrant les régions frontale, temporale et pariétale selon le système 10-20 dans l'ordre indiqué ici.Commencez par séparer les cheveux du nourrisson le long de la ligne source-détecteur et placez la sonde sur une zone de la tête. Ensuite, allumez les lasers et détecteurs FD proches et enregistrez les données pendant 16 secondes. Puis, allumez le laser DCS et les détecteurs, et enregistrez les données pendant 10 secondes.Répétez les mesures FD proches des DCS jusqu'à trois fois à chaque emplacement, en repositionnant la sonde à un endroit légèrement différent pour chaque acquisition. Cette procédure vise à minimiser l'effet des hétérogénéités locales telles que les cheveux et les gros vaisseaux superficiels, et à obtenir des valeurs représentatives d'une région plutôt que d'un point unique pour l'analyse des données.Ouvrez un script MATLAB interne d'analyse de données de post-traitement. Ce logiciel est non seulement capable d'estimer tous les paramètres hémodynamiques, mais utilise également la redondance des données pour évaluer automatiquement la qualité des mesures et limiter les résultats. Calculez les concentrations absolues de HBO et de HBR en ajustant les coefficients d'absorption à toutes les longueurs d'onde, en utilisant les valeurs de la littérature pour les coefficients d'extinction de l'Hb et une concentration de 75 % d'eau dans le tissu afin de déduire la concentration totale en hémoglobine et la saturation en oxygène de l'hémoglobine à partir des concentrations de HBO et de HBR.Estimez le volume sanguin cérébral à l'aide de la masse moléculaire de l'hémoglobine et de la densité du tissu cérébral. Calculez l'indice de débit sanguin ou CBFI en ajustant les fonctions d'auto-corrélation temporelle mesurées à l'équation de corrélation de diffusion. Enfin, calculez l'indice de consommation cérébrale d'oxygène en utilisant la mesure FD proche infrarouge de SO₂ et la mesure DCS du CBFI avec l'équation suivante.Comme illustré ici, une étude transversale portant sur plus de 50 nourrissons en bonne santé a révélé que, bien que le VCS double plus que pendant la première année de vie, le SO₂ reste constant. Une étude sur 70 nouveau-nés en bonne santé a également démontré que le VCS-DLC et le DMO₂I sont plus élevés dans les régions temporales et pariétales que dans la région frontale, ce qui est conforme aux résultats d'absorption de glucose au PET. Dans les deux études que nous avons menées, le SO₂ constant indique que l'apport en oxygène correspond étroitement à la consommation locale, tandis que le VCS-DLC et le DMO₂ sont plus étroitement associés au développement neuronal.Pour vérifier que le débit métabolique cérébral en oxygène (CMRO₂I) est un meilleur outil de dépistage que la saturation en oxygène (SO₂) pour détecter les lésions cérébrales néonatales, des études menées chez des nourrissons présentant une lésion cérébrale montrent que la SO₂ n'est pas significativement modifiée par la lésion cérébrale aux stades précoce et chronique. En revanche, le CMRO₂I est significativement différent de la normale aux stades aigu et chronique, ce qui permet de confirmer que la thérapie par hypothermie réduit les lésions après un traumatisme hypoxique en abaissant le métabolisme cérébral.Nous avons mesuré 10 nourrissons pendant le traitement et les avons comparés à des témoins normaux. Comme indiqué ici, la VMO O2 I des nourrissons traités par hypothermie thérapeutique diminue significativement jusqu'à des niveaux inférieurs à la normale. Ces résultats préliminaires suggèrent que la méthode FD proche de la DCS pourrait permettre de guider et d'optimiser le traitement par hypothermie une fois maîtrisée.Cette technique peut être réalisée efficacement au chevet du patient sans déranger le nourrisson. Pour garantir une qualité optimale des données, il est important de maintenir un bon contact entre la sonde et la tête du nourrisson pendant l'acquisition. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'effectuer des mesures du métabolisme cérébral et de l'hémodynamique chez les nourrissons.

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