Name: びまん性光学分光法による神経クリティカル患者のリアルタイムモニタリング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-19T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: 学ぶ びまん性光学分光法による神経クリティカル患者の脳血流・酸素化リアルタイムモニタリング手法。個別化治療戦略の策定と遠隔地での実施可能性を示す臨床プロトコルです。

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我々は、サンパウロ研究財団(FAPESP)によるProc. 2012/02500-8 (RM)、2014/25486-6 (RF)及び2013/07559-3を通じた支援に感謝する。資金提供者は、研究デザイン、データ収集と分析、出版の決定、または原稿の準備において何の役割も果たしていませんでした。

プロトコルは、カンピーナス大学の地方委員会(プロトコル番号56602516.2.0000.5404)によって承認されました。書面によるインフォームドコンセントは、測定前に患者または法定代理人から得られました。カンピーナス大学クリニック病院に入院し、虚血性脳卒中または前循環に影響を及ぼすくも膜下出血のいずれかと診断された患者をモニターした。後循環に影響を与える虚血性脳卒中の患者、頭蓋内圧の上昇による減圧性頭蓋切除術の患者、および他の神経変性疾患(認知症、パーキンソン病または皮質萎縮に関連する可能性のあるその他の疾患)の患者は、研究プロトコルから除外されました。
1. ICU移行前の準備
<ol><li>すべてのファイバーを関連するレーザーと検出器に接続し、それらが光プローブに正しく取り付けられていることを確認します(図1B)。</li>
	<li>室内でレーザーが当たらないように、光学プローブが黒い布で覆われていることを確認してください。</li>
	<li>システム電源スイッチを「オン」の位置に回します。システムに電力を供給した後、30秒待ってから、DCSレーザーキースイッチを「オン」の位置に回します。FD-DOSレーザーは、システムの電源がオンになると自動的にオンになります。</li>
	<li>システムの準備中は、参加者または法定代理人の同意を得てください。同意を得たら、カートを病室にお持ちください。 注意: ハイブリッドシステムには最大45分間持続するバッテリーが内蔵されているため、輸送中に電源を切る必要はありません。</li>
</ol>2. DOSシステムのキャリブレーションとゲイン設定
<ol><li>ICUに到着したら、キーを「オフ」の位置に切り替えてDCSレーザーをオフにします。</li>
	<li>「キャリブレーション」とマークされたソリッドファントムから始めて、以下の手順に従ってFD-DOSソフトウェア(BOXY、ISS)でキャリブレーションプロセスを実行します。<ol><li>[ファイル]メニューで、[設定ファイルのロード]オプションをクリックして、使用しているプローブの適切な設定ファイルをロードします。</li>
		<li>プローブをファントムの湾曲した側に置き、表面との良好な接触を確保してから、FD-DOSソフトウェアの[すべての検出器を最適化] ボタンをクリックしてPMTバイアス電圧を最適化します。</li>
		<li>複数のソース検出器分離のキャリブレーションを実行するには、「Calc. Waveform Calib」オプションをクリックします。光学小道具の値。および「キャリブレーション」 メニューからの「複数の距離」。</li>
		<li>「Text-Mon」メニューから「ユーザー定義の計算」オプションを開き、測定された光学特性が事前に指定された値(ソリッドファントムに書き込まれている)と一致すること、およびフィッティングR2が1に近いことを確認します。</li>
	</ol></li>
	<li>上記の手順(手順2.2.3を除く)を繰り返して、「チェック」 とマークされたファントムの光学特性を測定し、キャリブレーションが適切であったことを確認します。測定された光学特性は、ファントムで指定された値と10%以内で一致する必要があります。 注意: 周囲光からの直接照明によるPMTの損傷を避けるために、プローブを移動するたびにPMTをオフにしてください(「すべての検出器オフ」ボタンをクリックして)。</li>
	<li>キャリブレーションが適切でない場合は、キャリブレーションプロセスを再実行します(手順2.2および2.3)。FD-DOSシステムの適切なキャリブレーションを確保することは、FD-DOS測定の有効性に不可欠です。</li>
</ol>3.ベッドサイドでの参加者の準備
<ol><li>消毒用ワイプを使用して、プローブと患者の額の両方を清掃します。</li>
	<li>両面テープをプローブの上に置き(図1B)、テープが光ファイバの先端に直接接触していないことを確認します。</li>
	<li>主題にレーザー安全グーグルを配置します。</li>
	<li>プローブを関心領域(ROI)の上に置き、弾性ストラップを被験者の頭に巻き付けます。FD-DOSおよびDCSには厳密には必要ありませんが、周囲光によるノイズを減らすために、光学プローブを黒い布または黒い包帯で覆うことをお勧めします。 注意: 弾性ストラップがきつすぎたり緩すぎたりしないことを確認することが重要です。ストラップがきつすぎると、患者に重大な不快感を与える可能性があり、ストラップが緩すぎると、両面テープがプローブを所定の位置に保つのに十分な強度がないため、データ品質が低下する可能性があります。</li>
	<li>プローブが患者の額に適切に固定されたら、キーを「オン」の位置に切り替えてDCSレーザーをオンにします。 注意: DCSシステムは、目の露出に危険なクラス3Bレーザーを使用しています。プローブが患者の額に適切に取り付けられている場合にのみレーザーをオンにすることが非常に重要です。</li>
</ol>4. データ品質評価
<ol><li>GUIでデータの集録を開始する前に、GUIの[設定] タブにDCSソース検出器の分離を記述します。 注:DCSシステムにはキャリブレーションステップは必要ありませんが、リアルタイム分析にはソース検出器の分離を適切に入力する必要があります(詳細については 補足資料 を参照してください)。</li>
	<li>GUIの「スタート」 ボタンを押してアクイジションソフトウェアを起動し、FD-DOSソフトウェアのDOS信号を確認します。<ol><li>FD-DOSソフトウェアの「すべての検出器を最適化」 ボタンをクリックして、PMTバイアス電圧を最適化します。</li>
		<li>DOSフィッティングの光学特性とR2は、「テキスト月」メニューの「ユーザー定義計算」オプションで確認してください。R2係数はユニティに近いはずであり、経験則として、人間の患者の吸収係数は0.05および0.2cm-1以内であるべきであり、散乱係数は6および13cm-1以内であるべきである13。</li>
	</ol></li>
	<li>GUIの「相関曲線」タブでDCS信号を確認します。<ol><li>スイッチを「オン」 の位置に回して、DCS検出器をオンにします。</li>
		<li>各DCS検出器が適切な光強度を測定していることを確認してください。経験則として、10kHz以上が必要です。</li>
		<li>測定強度が800kHzを超える場合は、検出器の損傷を防ぐために、ニュートラルデンシティフィルターを使用して光子数を減らします。これは通常、より短い(< 1 cm)ソース検出器の分離で問題になります。 注:DCS検出器に損傷を与える可能性があるだけでなく、800kHzを超える光子カウントも、検出器の非線形効果によるエラーを引き起こす可能性があります。</li>
		<li>自己相関曲線をチェックして、良好な皮膚結合を確認し( 代表的な結果 と 図2を参照)、 必要に応じて光学プローブを再配置します。</li>
		<li>前のステップでプローブの位置を変更する必要があった場合は、ステップ4.2と4.3を繰り返します。これらの手順は、複数回繰り返す必要がある場合があります。 注意: プローブを移動するたびに、DCS検出器とFD-DOS検出器をオフにする必要があります。DCS検出器をオフにするには、スイッチを手動で「オフ」の位置に動かします。FD-DOSソフトウェアの[すべての検出器をオフにする]ボタンをクリックすると、FD-DOS検出器がオフになります。</li>
	</ol></li>
	<li>プローブと皮膚が良好に接触したら、GUIの[停止]ボタンをクリックしてデータ収集を停止します。次に、[フォルダー] ボックスに実験と患者の識別子を設定し、[ファイル名] ボックスに ROI 名を書き込みます。</li>
	<li>GUIの「スタート」 ボタンを押してデータ収集を開始します。</li>
	<li>プロトコルで必要な限り、最初のROIでデータを収集します。必要に応じて、プローブを他のROIに移動し、測定を繰り返します。 注:モニタリング期間は、研究の目標によって異なる場合があります。</li>
</ol>5.測定中の実験者への考慮事項
<ol><li>測定開始後、GUIの「実験情報」タブに、関連する患者情報(怪我の種類と場所、投与される薬物、年齢、性別など)を書き込みます。</li>
	<li>監視期間中に発生した関連イベントが、GUI の [マーク(Mark)] ボタンをクリックしてマークされていることを確認します。各マークの後に、GUIの[実験情報] タブにイベントの説明を必ず記入してください。</li>
</ol>6.データ収集を停止します
<ol><li>GUIの「停止」 ボタンを押してデータ収集を停止します。</li>
	<li>FD-DOSソフトウェアで2つの赤い四角で表されているデータ収集と記録の停止ボタンを押して、FD-DOSソフトウェアを停止します。</li>
	<li>スイッチを「オフ」の位置に回してDCS検出器をオフにし、キーを「オフ」 の位置に回してDCSレーザーをオフにします。</li>
	<li>FD-DOSモジュールのPMTをオフにするには、[すべての検出器をオフにする] ボタンをクリックします。</li>
	<li>患者の頭からプローブを取り外し、プローブから両面テープを取り外します。次に、消毒用ワイプでプローブを清掃します。</li>
	<li>各固体ファントムの光学特性の測定をできるだけ早く繰り返して、モニタリングセッション全体を通してキャリブレーションが適切であることを確認してください(ステップ4.2.2を参照)。 注意: 理想的には、キャリブレーションステップは、患者の頭から光学プローブを取り外した直後に実行する必要があります(ステップ6.6)。ただし、タイミングの問題により、次のセクションで説明する例では、これはストレージ施設で行われました。</li>
	<li>システムとそのアクセサリを消毒用ワイプで清掃します。</li>
	<li>カートを動かして保管室に戻します。</li>
</ol>

著者は、この記事の研究、著者、および/または出版に関して、次の潜在的な利益相反を宣言しました:RC Mesquitaには、1つの係属中の特許出願と、この作業に関連する他の2つの特許があります(米国特許10,342,488および10,064,554)。現在、これらの特許からロイヤルティや支払いを受け取っている著者はいません。

本稿では,神経臨界患者の脳血流,脳酸素化,脳酸素代謝に関するリアルタイム情報を提供できるハイブリッド光学系について紹介した.びまん性光学技術の使用は、臨床シナリオにおける非侵襲的なベッドサイドモニタリングの潜在的なマーカーとして以前に取り上げられていました。以前の研究では、症例報告9を通じて、神経ICUでの入院中の光学モニタリングの臨床的側面と実現可能性に焦点を当てていました。この作業の焦点は、拡散光学系によるリアルタイム監視に関連する関連性のある革新的な側面を詳述することです。具体的には、臨床医に明確で有用な情報を提供するリアルタイムGUIを提案しました。GUIを使用すると、臨床的に関連するデータを解釈するために重要な、異なる期間を簡単に比較できます。ここに示すGUIの実装は、ソフトウェア相関器に基づくDCSシステム用に簡単に変換できますが、リアルタイム表示周波数を~20Hzに制限する必要があるという警告があります。 自己相関曲線のリアルタイム平均化を使用して、サンプルの高速アクイジション・レートを下げることができます。将来的には、提案されたプロトコルによって提供されるリアルタイムの情報...

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

重症の神経学的患者の転帰不良につながる合併症のほとんどは、脳血行動態障害によって引き起こされる二次損傷に関連しています。したがって、これらの患者の脳生理機能を監視することは、罹患率および死亡率に直接影響を与える可能性がある1、2、3、4、5、6、7。しかし、現在、ベッドサイドでの神経クリティカル患者の脳生理学の継続的なリアルタイム非侵襲的モニタリングのための確立された臨床ツールはありません。潜在的な候補の中で、拡散光学技術は、このギャップを埋めるための有望なツールとして最近提案されています8,9,10,11。拡散光分光法(DOS)は、頭皮からの拡散散乱近赤外光(~650-900 nm)のゆっくりとした変化(数十〜数百ミリ秒程度)を測定することにより、脳オキシ(HbO)やデオキシヘモグロビン(HbR)などの脳内の主要な発色団の濃度を測定することができます12,13。さらに、拡散相関分光法(DCS)10,14,15,16,17を用いて、光強度の急激な変動(数μsから数ms)を定量化することにより、脳血流(CBF)を測定することができます。DOSとDCSを組み合わせると、脳の酸素代謝率(CMRO2)の推定値も提供できます18,19,20。
DOSとDCSの組み合わせは、いくつかの前臨床および臨床シナリオで患者を監視するために検討されています。例えば、びまん性光学系は、心臓欠損を治療するための心臓手術中を含む、重症の新生児21,22,23,24に関連する臨床情報を提供することが示されている23,25,26,27,28。.さらに、何人かの著者は、頸動脈内膜剥離術29,30,31、脳卒中の血栓溶解治療32、ベッド頭操作33,34,35、心肺蘇生法36、その他37,38など、さまざまな脳血管介入中の脳血行動態を評価するためのびまん性光学の使用を調査しました37,38、39。継続的な血圧モニタリングも利用可能な場合、びまん性光学系を使用して、健康な被験者と重症の被験者の両方における脳の自己調節を監視し11、40、41、42、および脳循環の臨界閉鎖圧を評価することができます43。何人かの著者は、異なるゴールドスタンダードCBF測定値18に対してDCSによるCBF測定を検証しましたが、拡散光学系で測定されたCMRO2は、神経臨界モニタリングに有用なパラメータであることが示されています8,18,23,24,28,43,44,45.さらに、以前の研究では、低酸素46,47,48および虚血性イベントの予測を含む、神経クリティカル患者8,9,10,11の長期モニタリングのための光学的に導出された脳血行動態パラメータを検証しています8。
縦断的測定中および臨床介入中に貴重なリアルタイム情報を提供する拡散光学技術の信頼性は、ほとんど対処されていないままです。スタンドアロンのDOSシステムの使用は、以前は侵襲性脳組織酸素圧モニターと比較されており、DOSは侵襲的モニターを置き換えるのに十分な感度がないと見なされていました。ただし、比較的小さな集団を使用することは別として、侵襲的モニターと非侵襲的モニターの直接比較は、各技術が脳血管系の異なる部分を含む異なるボリュームをプローブするため、誤った方向に導かれる可能性がある。これらの研究は最終的に拡散光学系が侵襲的モニターの代替品ではないと結論付けたが、両方の研究において、DOSは中程度から良好な精度を達成し、侵襲的モニターが利用できない症例および/または場所には十分である可能性がある。
他のアプローチと比較して、拡散光学の主な利点は、ポータブル機器を使用してベッドサイドで血流と組織の血液酸素化を同時に非侵襲的に(そして継続的に)測定できることです。経頭蓋ドップラー超音波(TCD)と比較して、DCSには組織レベルで灌流を測定するのに対し、TCDは脳基部の大動脈の脳血流速度を測定するという追加の利点があります。この区別は、近位大動脈流と軟髄膜側副血行路の両方が灌流に寄与する狭窄閉塞性疾患を評価する場合に特に重要になる可能性があります。光学技術は、陽電子放出断層撮影(PET)や磁気共鳴画像法(MRI)などの他の従来のイメージングモダリティと比較した場合にも利点があります。MRIまたはPET単独では不可能なCBF濃度とHbO/HbR濃度の両方の直接測定を同時に提供することに加えて、光学モニタリングは、例えば、動的脳自己調節の評価40,41,42および動的に進化する血行動態変化の評価を可能にする、有意に優れた時間分解能を提供する。さらに、びまん性光学機器は、PETやMRIと比較して安価で持ち運びに便利であり、低中所得国における血管疾患の負担が大きいことを考えると、これは重要な利点です。
ここで提案するプロトコルは、集中治療室(ICU)の患者のリアルタイムのベッドサイドニューロモニタリングのための環境です。このプロトコルは、ハイブリッド光学デバイスと、臨床に適したグラフィカルユーザーインターフェイス(GUI)およびカスタマイズされた光学センサーを使用して、患者を調査します(図1)。このプロトコルを紹介するために採用されたハイブリッドシステムは、独立したモジュールからの2つの拡散光分光法、商用周波数領域(FD-)DOSモジュールと自家製DCSモジュールを組み合わせたものです(図1A)。FD-DOSモジュール49,50は、4つの異なる波長(690、704、750、850nm)で発光する4つの光電子増倍管(PMT)と32個のレーザーダイオードで構成されています。DCSモジュールは、785nmで発光する長コヒーレンスレーザー、検出器としての16個の単一光子カウンター、および相関器ボードで構成されています。FD-DOSモジュールのサンプリング周波数は10Hzで、DCSモジュールの最大サンプリング周波数は3Hzです。FD-DOSモジュールとDCSモジュールを統合するために、制御ソフトウェア内でマイクロコントローラがプログラムされ、各モジュールが自動的に切り替わります。マイクロコントローラは、FD-DOSおよびDCSレーザのオン/オフ、および各モジュールのインターリーブ測定を可能にするFD-DOS検出器のオンとオフを行います。提案システムは、信号対雑音比(SNR)の要件に応じて、合計で0.5〜5秒ごとにFD-DOSとDCSを組み合わせたサンプルを1つ収集できます(収集時間が長いほどSNRが向上します)。光を額に結合するために、患者ごとにカスタマイズできる3Dプリントされた光学プローブを開発し(図1B)、ソース検出器の分離は0.8〜4.0 cmの間で変化します。ここに示す例で使用されている標準的なソース検出器の分離は、DCSの場合は2.5 cm、FD-DOSの場合は1.5、2.0、2.5、および3.0 cmです。
本研究で紹介するプロトコルの主な特徴は、使いやすいGUIでハードウェアを制御し、さまざまな時間窓の下で主要な脳生理学パラメータをリアルタイムで表示できるリアルタイムインターフェイスの開発です(図1C)。提案されたGUI内で開発されたリアルタイム解析パイプラインは高速で、光学パラメータの計算に50ミリ秒未満かかります(詳細については補足 資料 を参照してください)。GUIは、ニューロICUですでに入手可能な現在の臨床機器に触発され、システムをneuro-ICUに変換する際に臨床ユーザーからの広範なフィードバックを通じて適応されました。その結果、リアルタイムGUIは、神経集中症医や看護師などの通常の病院スタッフによる光学システムの採用を容易にすることができます。臨床研究ツールとしての拡散光学の幅広い採用は、生理学的に意味のあるデータを監視する能力を高める可能性があり、最終的には、びまん性光学が神経に重要な患者をリアルタイムで非侵襲的に監視するための優れたオプションであることを実証することができます。

<table><tbody><tr><td>3Dプリンター</td><td>Sethi3D</td><td>S2</td><td>カスタマイズ可能なプローブを印刷するために使用される3Dプリンター</td></tr><tr><td>Arduino UNO</td><td>Arduino</td><td>UNO REV3</td><td>DCSおよびFD-DOS測定をインターリーブする責任があるマイクロコントローラ</td></tr><tr><td>DCS相関器</td><td></td><td>Correlator.com Flex11-16ch</td><td>DCSモジュールのコンポーネント</td></tr><tr><td>DCSデクテクターIOボード</td><td>エクセリタステクノロジー</td><td>SPCM-AQ4C-IO</td><td>DCSモジュールのコンポーネント</td></tr><tr><td>DCS検出器</td><td>エクセリタステクノロジー</td><td>SPCM-AQ4C</td><td>DCSモジュールのコンポーネント</td></tr><tr><td>DCS Laser</td><td>CrystaLaser</td><td>DL785-120-SO</td><td>DCSモジュールのコンポーネント</td></tr><tr><td>DCS電源</td><td>Artesyn</td><td>UMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-A</td><td>DCSモジュールのコンポーネント(DCS検出用電源、2、5、30V)</td></tr><tr><td>FD-DOSファイバー</td><td>ISS</td><td>Imagent供給</td><td>FD-DOSの検出と照明に使用されるファイバーは、ISSによって提供されます</td></tr><tr><td>フレキシブルな3Dプリンター材料</td><td>Sethi3D</td><td>NinjaFlex</td><td>柔軟なカスタマイズ可能なプローブを印刷するために使用される材料</td></tr><tr><td>イマージェン</td>ト <td>ISS</td><td>イマージェント</td><td>FD-DOSモジュール</td></tr><tr><td>レーザーの安全性 グーグル</td><td>Thorlabs</td><td>LG9</td><td></td></tr><tr><td>マルチモードファイバー</td><td>Thorlabs</td><td>FT400EMT</td><td>DCS照明に使用されるマルチモードファイバー</td></tr><tr><td>減光フィルター 1.0 OD</td><td>Edmund Optics</td><td>53-705</td><td>短線源検出器分離用減光フィルター</td></tr><tr><td>シングルモード光ファイバー</td><td>Thorlabs</td><td>780HP</td><td>DCS検出器に使用されるシングルモード光ファイバー</td></tr><tr><td>システムバッテリー</td><td>SMS</td><td>NET4</td><td>輸送に使用されるシステムバッテリー</td></tr></tbody></table>

びまん性光学分光法による神経クリティカル患者のリアルタイムモニタリング

Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

神経生理学的モニタリングは、二次損傷を防ぎ、罹患率と死亡率に直接影響を与える可能性があるため、神経クリティカル患者の治療における重要な目標です。しかし、現在、ベッドサイドで脳生理学を継続的に監視するための適切な非侵襲的なリアルタイム技術が不足しています。神経クリティカルな患者の場合の脳血流および脳酸素化のベッドサイド測定のための潜在的なツールとして、びまん性光学技術が提案されている。拡散光分光法は、新生児モニタリングから成人の脳血管介入に至るまで、いくつかの臨床シナリオで患者を監視するために以前に検討されてきました。しかし、ベッドサイドでリアルタイムの情報を提供することによって臨床医を支援する技術の実現可能性は、ほとんど対処されていないままです。本稿では,集中治療中の脳血流,脳酸素化,脳酸素代謝の連続リアルタイムモニタリングのための拡散光学系の変換について報告する.この装置のリアルタイム機能により、動脈血圧などの代理指標に依存するのではなく、患者固有の脳生理学に基づく治療戦略が可能になります。比較的安価でポータブルな機器を使用して、さまざまな時間スケールで脳循環に関するリアルタイムの情報を提供することにより、このアプローチは、低予算の病院、遠隔地、およびオープンフィールド(防衛やスポーツなど)でのモニタリングに特に役立つ可能性があります。

理想的には、DCSモジュールで得られる正規化された自己相関曲線は、ゼロ遅延時間外挿(シングルモードファイバ14を使用する場合)で約1.5であり、曲線はより長い遅延時間で1に減衰する必要があります。曲線は滑らかでなければならず、より長いソース検出器の分離のためにより速い減衰を持つべきです。良好な自己相関の例を 図2Aに示します。 図2B は、悪い自己相関曲線の例を示しています。この例では、異なるソースと検出器の分離の曲線を区別することはできません。 図2C は、曲線の裾が使用されたモデルと一致しなかった悪い自己相関曲線の別の例を示しています。両方の曲線の問題(図2B、C)は、プローブの皮膚への結合不良、または光源から光源と検出器の短い分離への光漏れに直接関連しています。
<p class="jove_content...

ここに提示されるのは、びまん性光学を使用して、神経クリティカル患者の脳血行動態をリアルタイムおよびベッドサイドで非侵襲的に監視するためのプロトコルです。具体的には、ハイブリッド拡散光学系を用いて、脳酸素化、脳血流、脳代謝に関するリアルタイム情報を検出・表示するプロトコルを提案します。

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

神経クリティカルな患者の治療中に脳生理学を非侵襲的にリアルタイムでモニタリングすると、遠隔地やオープンフィールドで特に重要な可動性と死亡率が低下する可能性があります。ポータブルで比較的安価な機器の台頭により、拡散光学系を使用して、高い時間分解能で、クリティカルケアの干渉なしに、血流と酸素化を同時に測定できます。このリアルタイム機能は、普遍的に適用される標準プロトコルや代理指標ではなく、患者固有の脳生理学に基づく神経ICUにおける脳損傷の治療戦略を導く可能性を秘めています。システムをICUに移動する前に、すべてのファイバーを関連するレーザーと検出器に接続し、それらが光学プローブに正しく取り付けられていることを確認してください。その後、患者様または法定代理人の同意を得て、カートを病室にお持ちください。到着したら、DCSレーザーの電源を切ります。また、[ファイル]メニューで[設定ファイルの読み込み]をクリックして、適切なプローブ設定ファイルを読み込みます。プローブをキャリブレーションファントムの湾曲した側に置き、表面との良好な接触を確保し、[すべての検出器の最適化]をクリックしてPMTバイアス電圧を最適化します。「Calibrate」メニューで、「Calculate Waveform Calibration Values For Optical Props and Multiple Distances」をクリックして、複数のソース検出器分離のキャリブレーションを実行します。Text-Monメニューで、ユーザー定義オプションを開き、測定された光学特性が事前に指定された値と一致すること、およびR-squaredのフィッティングが1に近いことを確認します。次に、ファントムを再度プローブして、チェックとしてマークされたファントムの光学特性を測定し、キャリブレーションが適切であったことを確認します。測定された光学特性は、ファントムで指定された値の10%以内である必要があります。患者が分析に備えるには、まず消毒用ワイプを使用してプローブと患者の額の両方を清掃します。テープが光ファイバーの先端に直接接触しないように注意して、プローブに両面テープを貼り、レーザー安全ゴーグルを患者に装着します。プローブを対象領域に置き、伸縮性のあるストラップを患者の頭に巻き付けます。次に、DCSレーザーをオンにします。データ集録を開始する前に、グラフィックユーザーインターフェースのSettingsタブでDCSソース検出器の分離を入力します。取得を開始するには、システムソフトウェアで[開始]を押します。[Optimize All Detectors] をクリックして、患者の PMT バイアス電圧を最適化し、図に示すように DOS フィッティングの光学特性と R-2 乗を確認します。DCS検出器の電源を入れ、各DCS検出器が適切な光強度を測定していることを確認します。通常、10キロヘルツ以上が必要です。測定された強度が800キロヘルツを超える場合は、検出器の損傷を避けるために、減光フィルターを使用して光子数を減らします。グラフィック・ユーザー・インターフェースの「相関曲線」タブで自己相関曲線をチェックして、スキン・カップリングが良好であることを確認し、必要に応じて光学プローブの位置を変更します。プローブと皮膚が良好に接触したら、[停止]をクリックしてデータ収集を停止し、[フォルダー]テキストボックスに実験識別子と患者識別子を設定し、[ファイル名]テキストボックスに関心領域の名前を設定します。次に、Startを押してデータ集録を開始します。測定を開始したら、関連する患者情報を「実験情報」タブに入力し、「マーク」をクリックして、モニタリング期間中に発生した関連イベントがマークされていることを確認します。各マークの後に、[実験情報] タブにイベントの説明を入力します。評価の最後に、グラフィック・ユーザー・インターフェースの「停止」を押して、データ収集を停止します。DCS検出器スイッチをオフにし、DCSレーザーキーをオフの位置に回します。すべての検出器をオフにしてPMTをオフにし、患者の頭からプローブを、プローブから両面テープを取り外します。次に、プローブとシステムおよびアクセサリを消毒用ワイプで清掃します。DCSモジュールで取得された正規化自己相関曲線は、ゼロ遅延時間外挿で約1.5になり、遅延時間が長くなると1に減衰します。この不良な自己相関カーブの例では、異なるソース検出器の分離のカーブを区別することはできません。この例では、曲線の尾部は使用したモデルと一致しませんでした。ここでは、鎮静剤を投与された脳卒中患者のモニタリングセッションで、患者の気管支分泌物と経口分泌物が吸引された時間系列を観察することができます。介入によって誘発された患者の動きは、光信号を明らかに乱し、光学パラメータの非生理学的スパイクにつながりました。介入後すぐに、血行動態パラメータは、安定した患者に期待されるように、介入前とほぼ同じ値に戻りました。このモニタリングセッションでは、虚血性脳卒中による入院から13日後、脳血流と脳代謝の酸素のイプシレーショナル額の酸素代謝率は、対称領域の対側のパラメータよりもかなり低かったが、両半球で高い酸素抽出画分が観察された。この代表的な側性指数データを異なる患者について慎重に分析したところ、入院後1日目から3日目までの間に有意な障害期間が1つあり、入院3日目以降に始まる2日目の障害期間があることが明らかになった。連続動脈血圧モニターを使用して、私たちのプロトコルをわずかに変更して、神経クリティカル患者の脳調節も評価し、臨床的に関連するデータを提供できます。ベッドサイドで各患者の神経生理学を評価できる可能性は、さまざまな怪我の進行とさまざまなケアコースの影響をよりよく理解するのに役立ちます。

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Medicine

医学

我々は、燐光の酸素依存性消光に基づく脳血管系における酸素の分圧（PO2）を測定するための実験手順を示す。動物の準備と撮像法は、ラットとマウスにおけるPO2の2光子励起に基づくイメージングにおけるPO2のビューCCDベースのイメージングの大きなフィールドの両方に概説された。...

燐光の酸素依存性の焼入に基づいて脳の血液の酸素化の測定

我々は、酸素代謝の指標を推定する脳血流指数の拡散相関分光法対策に脳内ヘモグロビンの酸素化の周波数領域から近赤外分光法対策を組み合わせる。我々は、新生児の脳の健康と発達を評価するためのベッドサイドスクリーニングツールとしてこの測定の有用性を検証した。...

乳幼児の脳代謝と血行動態の非侵襲的光計測

このビデオでは、軽度の外傷性脳損傷のマウスモデルで脳血流を測定するための拡散相関分光法を実演します。...

マウスモデルにおける脳血流を評価するための拡散相関分光法

出典: Menezes Forti, R. et al.拡散光学分光法による神経重症患者の実時間モニタリングJ. Vis.

ヒト被験者の脳血流を測定するための拡散相関分光法

脳血行動態およびin vivoでのラット脳組織の光散乱特性の同時評価は、従来のマルチスペクトル拡散反射イメージングシステムを用いて実証されています。...

脳血行動態との光散乱特性の同時評価<em&gt;インビボ</emマルチスペクトル拡散反射率イメージングの使用&gt;ラット脳

このプロトコルは、カスタムメイドの拡散相関分光法装置を用いて、ヒト前頭前野の安静状態機能接続性を測定する方法を示す。また、実験の実務上の側面や、データを分析するための詳細な手順についても説明します。...

脳血流ベースの安静状態機能性コネクティビティ(光学拡散相関分光法)

このプロトコルは、臨床医が乳児と小児の異なる身体部位で局所組織酸素化を測定するのを助けるために設計されている。これは、組織酸素化が潜在的に損なわれる状況で使用することができます, 特に心肺バイパス中に, 非脈動性心支援装置を使用するとき, 重症新生児で, 乳児や子供.

重症新生児、乳児、小児における近赤外分光の管理方法

近赤外拡散光学系に基づくマルチモーダルデバイスを使用して、非侵襲的かつ継続的に微小血管の絶対血流指数と血中酸素飽和度を測定するプロトコルについて説明します。次に、血管閉塞試験を使用して、酸素消費量と反応性充血の代謝率を評価します。...

救命救急のためのハイブリッド近赤外拡散光学分光法を用いた微小血管酸素化および反応性充血の非侵襲的モニタリング

けがや病気に続く再訓練異常な動きのパターンは、物理的なリハビリテーションの重要なコンポーネントです。技術の最近の進歩は、結果のほぼ瞬時に定量化、さまざまなタスクの中に動きの正確な評価を許可している。これはリアルタイムで動作不良パターンの修正のための新たな機会を提供しています。...

パフォーマンスのリアルタイムのフィードバックを使用して再教育運動

私たちは、脳脊髄液（CSF）中のマイクロRNAをプロファイリングするリアルタイムPCRのプロトコルを記述します。 RNA抽出プロトコールを除いて、手順は他の体液、培養細胞、または組織試料から抽出したRNAに拡張することができる。...

定量リアルタイムPCRを用いて脳脊髄液マイクロRNAプロファイリング

学ぶ びまん性光学分光法による神経クリティカル患者の脳血流・酸素化リアルタイムモニタリング手法。個別化治療戦略の策定と遠隔地での実施可能性を示す臨床プロトコルです。

びまん性光学分光法による神経クリティカル患者のリアルタイムモニタリング

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