ספקטרוסקופיה של מתאם מפוזר למדידת זרימת דם מוחית בנבדק אנושי

תקציר

מקור: Menezes Forti, R. et al. ניטור בזמן אמת של חולים נוירו-קריטיים עם ספקטרוסקופיות אופטיות מפוזרות. J. Vis. Exp. (2020)

סרטון זה מדגים את השימוש בספקטרוסקופיה של מתאם מפוזר (DCS) למדידת זרימת דם מוחית בבני אדם. הוא מתאר את השלבים להכנת המערכת, כיול הגשושית, מיקומה על מצחו של המשתתף, רכישת נתוני אור מפוזרים וניתוח תנודות עוצמה כדי לפרש את דינמיקת זרימת הדם במוח.

פרוטוקול

כל ההליכים הכוללים משתתפים אנושיים בוצעו בהתאם להנחיות המוסדיות, הלאומיות והבינלאומיות לרווחת האדם ונבדקו על ידי מועצת הביקורת המוסדית המקומית.

1. הכנות לקראת העברת המערכת ליחידה לטיפול נמרץ (ICU)

1. חבר את כל הסיבים ללייזרים ולגלאים הרלוונטיים, וודא שהם מחוברים כהלכה לבדיקה האופטית (איור 1B).
2. בדוק שהגשושית האופטית מכוסה בבד שחור כדי למנוע את הלייזרים הזורחים בחדר.
3. סובב את מתג ההפעלה של המערכת למצב 'ON'. לאחר הפעלת המערכת, המתן 30 שניות ולאחר מכן סובב את מתג מפתח הלייזר ספקטרוסקופיה מפוזרת (DCS) למצב 'ON'. הלייזרים של ספקטרוסקופיה אופטית מפוזרת בתחום התדר (FD-DOS) מופעלים אוטומטית כאשר המערכת מופעלת.
4. בזמן הכנת המערכת, קבל את הסכמת המשתתף או נציג משפטי. לאחר קבלת הסכמה, הביאו את העגלה לחדר המטופל.
   הערה: מכיוון שלמערכת ההיברידית יש סוללה מובנית שמחזיקה עד 45 דקות, אין צורך לכבות אותה במהלך ההובלה.

2. הגדרות כיול ורווח של מערכת ה-DOS

1. עם ההגעה לטיפול נמרץ, כבה את לייזר ה-DCS על ידי העברת המפתח למצב 'OFF'.
2. החל מהפנטום המוצק המסומן 'כיול', הפעל את תהליך הכיול בתוכנת FD-DOS (BOXY, ISS) על ידי ביצוע השלבים הבאים.
   1. בתפריט 'קובץ', טען את קובץ ההגדרות המתאים עבור הגשושית שבה נעשה שימוש על ידי לחיצה על האפשרות 'טען קובץ הגדרות'.
   2. הנח את הגשושית בצד המעוקל של הפאנטום, הבטח מגע טוב עם פני השטח, ולאחר מכן בצע אופטימיזציה של מתח ההטיה של צינור מכפיל הפוטו (PMT) על ידי לחיצה על כפתור 'אופטימיזציה של כל הגלאים' בתוכנת FD-DOS.
   3. הפעל את הכיול עבור הפרדות מרובות של גלאי מקור על ידי לחיצה על האפשרות 'Calc. צורת גל Calib. ערכים עבור אביזרים אופטיים. ומרחקים מרובים' מתפריט 'כיול'.
   4. פתח את האפשרות 'חישובים מוגדרים על ידי המשתמש' מתפריט 'Text-Mon' כדי לבדוק שהמאפיינים האופטיים הנמדדים תואמים לערכים שצוינו מראש (כתובים בפנטום המלא), ושההתאמה R² קרובה לאחד.
3. חזור על השלבים לעיל (למעט שלב 2.2.3) כדי למדוד את המאפיינים האופטיים של הפנטום המסומן כ'בדיקה' כדי לוודא שהכיול היה מתאים. המאפיינים האופטיים הנמדדים צריכים להתאים, בטווח של 10%, לערכים שצוינו בפנטומים. זהירות: הקפד לכבות את ה-PMT (על ידי לחיצה על כפתור 'כל הגלאים כבויים') בכל פעם שהזזת הגשושית כדי למנוע נזק ל-PMT עקב תאורה ישירה מאור הסביבה.
4. אם הכיול אינו מספק, הפעל מחדש את תהליך הכיול (שלבים 2.2 ו-2.3). הבטחת כיול טוב של מערכת FD-DOS חיונית לתוקף מדידות ה-FD-DOS.

3. הכנת המשתתף ליד המיטה

1. השתמש במגבוני חיטוי כדי לנקות גם את הגשושית וגם את מצח המטופל.
2. הנח את הסרט הדו-צדדי על הגשושית (איור 1B), וודא שהסרט אינו במגע ישיר עם קצות הסיבים האופטיים.
3. הניחו משקפי בטיחות בלייזר על הנושא.
4. הנח את הבדיקות מעל אזור העניין (ROI) ועטוף את הרצועות האלסטיות סביב ראשו של הנבדק. למרות שאינו הכרחי לחלוטין עבור FD-DOS ו-DCS, רצוי לכסות את הגשושית האופטית במטלית שחורה או בתחבושת שחורה כדי להפחית את הרעש עקב אור הסביבה.
   הערה: חשוב לוודא שהרצועה האלסטית לא הדוקה מדי ולא רופפת מדי. אם הרצועה הדוקה מדי, היא עלולה לגרום לאי נוחות משמעותית למטופל, ואם הרצועה רופפת מדי, היא עלולה להוביל לאיכות נתונים ירודה מכיוון שהסרט הדו-צדדי אינו חזק מספיק כדי לשמור על הבדיקות במקומם.
5. לאחר שהבדיקה מאובטחת כראוי למצחו של המטופל, הפעל את לייזר DCS על ידי העברת המפתח למצב 'ON'.
   זהירות: מערכת DCS משתמשת בלייזר Class 3B, המסוכן לחשיפה לעיניים. חשוב מאוד להפעיל את הלייזרים רק כאשר הגשושית מחוברת כראוי למצחו של המטופל.

4. הערכת איכות נתונים

1. לפני שתתחיל לרכוש נתונים עם ממשק המשתמש הגרפי (GUI), כתוב את הפרדות גלאי המקור DCS בכרטיסייה 'הגדרות' של ממשק המשתמש הגרפי.הערה: מערכת DCS אינה דורשת שלב כיול, אך הכניסה הנכונה של הפרדות גלאי המקור נחוצה לניתוח בזמן אמת.
2. הפעל את תוכנת הרכישה על ידי לחיצה על כפתור 'התחל' בממשק המשתמש הגרפי ובדוק את אות ה-DOS בתוכנת FD-DOS:
   1. לחץ על כפתור 'אופטימיזציה של כל הגלאים' בתוכנת FD-DOS כדי לייעל את מתח ההטיה PMT.
   2. בדוק את המאפיינים האופטיים ואת ה-R² של התאמת ה-DOS באפשרות 'חישוב מוגדר על ידי המשתמש' מתפריט 'Text-Mon'. מקדם R² צריך להיות קרוב לאחדות, וככלל אצבע, מקדם הספיגה של חולים אנושיים צריך להיות בטווח של 0.05 ו-0.2 ס"^מ-1, בעוד שמקדם הפיזור צריך להיות בטווח של 6 ^{ו-13 ס"מ-113}.
3. בדוק את אות ה-DCS בכרטיסייה 'עקומות מתאם' של ממשק המשתמש הגרפי.
   1. הפעל את גלאי ה-DCS על ידי סיבוב המתגים למצב 'ON'.
   2. ודא שכל גלאי DCS מודד עוצמת אור נאותה. ככלל אצבע, נדרש יותר מ -10 קילו-הרץ.
   3. אם העוצמה הנמדדת גבוהה מ-800 קילו-הרץ, השתמש במסנן צפיפות ניטרלית כדי להפחית את ספירת הפוטונים כדי למנוע נזק לגלאים. זו בדרך כלל בעיה עבור הפרדות קצרות יותר (< 1 ס"מ) של גלאי מקור.
      הערה: מלבד נזק פוטנציאלי לגלאי DCS, ספירת פוטונים גבוהה מ-800 קילו-הרץ עלולה גם להביא לשגיאות עקב השפעות לא ליניאריות בגלאי.
   4. בדוק את עקומות המתאם האוטומטי כדי להבטיח צימוד עור טוב (ראה איור 2) ומקם מחדש את הגשושית האופטית במידת הצורך.
   5. אם המיקום מחדש של הגשושית היה הכרחי בשלב הקודם, חזור על שלבים 4.2 ו-4.3. ייתכן שיהיה צורך לחזור על שלבים אלה מספר פעמים.
      הערה: יש לכבות את גלאי ה-DCS וה-FD-DOS בכל פעם שהגשושית מועברת. כדי לכבות את גלאי ה-DCS, העבר ידנית את המתגים למצב 'OFF'. גלאי FD-DOS כבוי על ידי לחיצה על כפתור 'כל הגלאים כבויים' בתוכנת FD-DOS.
4. כאשר מושג מגע טוב בין הגשושית לעור, הפסק את איסוף הנתונים על ידי לחיצה על כפתור 'עצור' בממשק המשתמש הגרפי. לאחר מכן, הגדר את הניסוי ואת מזהי המטופל בתיבת הטקסט 'תיקייה' וכתוב את שם ההחזר על ההשקעה בתיבת הטקסט 'שם קובץ'.
5. התחל את רכישת הנתונים על ידי לחיצה על כפתור 'התחל' בממשק המשתמש הגרפי.
6. אסוף נתונים בהחזר ההשקעה הראשון כל עוד נדרש על ידי הפרוטוקול. במידת הצורך, העבר את הגשושית להחזר ההשקעה האחר וחזור על המדידה.
   הערה: תקופת הניטור עשויה להשתנות בהתאם למטרות המחקר.

5. שיקולים עבור הנסיין במהלך המדידה

1. לאחר תחילת המדידה, כתוב בלשונית 'מידע על הניסוי' של ממשק המשתמש הגרפי את המידע הרלוונטי על המטופל (למשל, סוג ומיקום הפציעה, תרופות הניתנות, גיל, מין וכו').
2. ודא שכל אירוע רלוונטי שהתרחש במהלך תקופת הניטור מסומן על ידי לחיצה על כפתור 'סמן' בממשק המשתמש הגרפי. לאחר כל סימן, הקפד לכתוב את תיאור האירוע בלשונית 'פרטי ניסוי' בממשק המשתמש הגרפי.

6. הפסק

1. את איסוף הנתונים הפסק את איסוף הנתונים על ידי לחיצה על כפתור 'עצור' בממשק המשתמש הגרפי.
2. עצור את תוכנת FD-DOS על-ידי לחיצה על לחצן עצור איסוף נתונים והקלטה המיוצג כשני ריבועים אדומים בתוכנת FD-DOS.
3. כבה את גלאי ה-DCS על ידי היפוך המתגים למצב 'OFF', וכבה את לייזר ה-DCS על ידי סיבוב המפתח למצב 'OFF'.
4. כבה את ה-PMT של מודול FD-DOS על ידי לחיצה על כפתור 'כל הגלאים כבויים'.
5. הסר את הגשושית מראשו של המטופל והסר את הסרט הדו-צדדי מהבדיקה. לאחר מכן, נקו את הגשושית עם מגבוני חיטוי.
6. חזור על מדידת המאפיינים האופטיים של כל פנטום מוצק בהקדם האפשרי כדי להבטיח שהכיול יישאר מספיק לאורך כל מפגש הניטור (ראה שלב 4.2.2).
   הערה: באופן אידיאלי, שלב הכיול צריך להיעשות מיד לאחר הסרת הבדיקות האופטיות מראשו של המטופל (שלב 6.6). עם זאת, בשל בעיות תזמון, הדבר נעשה במתקן האחסון בדוגמאות המוצגות בסעיף הבא.
7. נקה את המערכת והאביזרים שלה עם מגבוני חיטוי.
8. גלגל את העגלה בחזרה למחסן.

תוצאות

איור 1: הסביבה האופטית שפותחה כדי לנטר חולים בתוך יחידה לטיפול נמרץ. (A) המערכת האופטית המפוזרת ההיברידית משלבת מודול ספקטרוסקופיה אופטית מפוזרת (DOS) בתחום התדר ומודול ספקטרוסקופיה מפוזרת (DCS). (B) לבדיקה הנ...

חומרים