인간 피험자의 대뇌 혈류를 측정하기 위한 확산 상관 분광법

초록

출처: Menezes Forti, R. et al. 확산 광학 분광법을 통한 신경중증 환자의 실시간 모니터링. J. Vis. 경험. (2020년)

이 비디오는 인간의 대뇌 혈류를 측정하기 위해 DCS(Diffuse Correlation Spectroscopy)를 사용하는 방법을 보여줍니다. 시스템 준비, 프로브 보정, 참가자의 이마에 위치 지정, 산란광 데이터 획득, 강도 변동 분석을 분석하여 뇌의 혈류 역학을 해석하는 단계를 간략하게 설명합니다.

프로토콜

인간 참가자가 참여하는 모든 절차는 인간 복지에 대한 기관, 국가 및 국제 지침에 따라 수행되었으며 지역 기관 검토 위원회의 검토를 받았습니다.

1. 시스템을 중환자실(ICU)으로 옮기기 전 준비 모든

1. 광섬유를 관련 레이저 및 검출기에 연결하고 광학 프로브에 제대로 부착되어 있는지 확인합니다(그림 1B).
2. 레이저가 실내에서 빛나지 않도록 광학 프로브가 검은색 천으로 덮여 있는지 확인하십시오.
3. 시스템 전원 스위치를 'ON' 위치로 돌립니다. 시스템에 전원을 공급한 후 30초 동안 기다린 다음 확산 상관 분광법(DCS) 레이저 키 스위치를 'ON' 위치로 돌립니다. 주파수 영역 확산 광학 분광법(FD-DOS) 레이저는 시스템에 전원이 공급되면 자동으로 켜집니다.
4. 시스템 준비 중에는 참가자 또는 법정대리인의 동의를 얻으십시오. 동의를 얻은 후 카트를 병실로 가져갑니다.
   참고: 하이브리드 시스템에는 최대 45분 동안 지속되는 배터리가 내장되어 있으므로 운송 중에 끌 필요가 없습니다.

2. DOS 시스템의 보정 및 게인 설정

1. ICU에 도착하면 키를 'OFF' 위치로 전환하여 DCS 레이저를 끕니다.
2. 'Calibrate'라고 표시된 솔리드 팬텀부터 시작하여 아래 단계에 따라 FD-DOS 소프트웨어(BOXY, ISS)에서 보정 프로세스를 실행합니다.
   1. '파일' 메뉴에서 '설정 파일 로드' 옵션을 클릭하여 사용 중인 프로브에 적합한 설정 파일을 로드합니다.
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   2. 브를 팬텀의 곡선 쪽에 놓고 표면과의 접촉이 양호하도록 한 다음 FD-DOS 소프트웨어에서 '모든 검출기 최적화' 버튼을 클릭하여 광전자 증배관(PMT) 바이어스 전압을 최적화합니다.
   3. 'Calc. Waveform Calib. 광학 소품에 대한 값입니다. 및 '보정' 메뉴의 다중 거리'.
   4. 'Text-Mon' 메뉴에서 '사용자 정의 계산' 옵션을 열어 측정된 광학 특성이 미리 지정된 값(솔리드 팬텀에 기록됨)과 일치하는지, 피팅 R²가 1에 가까운지 확인합니다.
3. 위의 단계(2.2.3단계 제외)를 반복하여 '확인'으로 표시된 팬텀의 광학 특성을 측정하여 보정이 적절한지 확인합니다. 측정된 광학 특성은 팬텀에 지정된 값과 10% 이내에서 일치해야 합니다. 주의: 주변 조명의 직사광으로 인한 PMT 손상을 방지하기 위해 프로브를 이동할 때마다 PMT를 끄십시오('모든 감지기 OFF' 버튼을 클릭하여).
4. 보정이 적절하지 않으면 보정 프로세스를 다시 실행합니다(2.2 및 2.3단계). FD-DOS 시스템의 우수한 교정을 보장하는 것은 FD-DOS 측정의 유효성에 필수적입니다.

3. 침대 옆에서 참가자 준비

소

1. 독 물티슈를 사용하여 탐침과 환자 이마를 모두 청소합니다.
2. 양면 테이프를 프로브에 놓고(그림 1B) 테이프가 광섬유 팁과 직접 접촉하지 않도록 합니다.
3. 피험자에 레이저 보안경을 착용하십시오.
4. 프로브를 관심 영역(ROI) 위에 놓고 탄성 스트랩을 피험자의 머리에 감습니다. FD-DOS 및 DCS에 꼭 필요한 것은 아니지만 주변 조명으로 인한 소음을 줄이기 위해 광학 프로브를 검은색 천이나 검은색 붕대로 덮는 것이 좋습니다.
   참고: 탄성 스트랩이 너무 빡빡하지도 너무 느슨하지도 않은지 확인하는 것이 중요합니다. 스트랩이 너무 빡빡하면 환자에게 심각한 불편함을 줄 수 있으며, 스트랩이 너무 느슨하면 양면 테이프가 프로브를 제자리에 고정할 만큼 강도가 부족하여 데이터 품질이 저하될 수 있습니다.
5. 프로브가 환자의 이마에 제대로 고정된 후 키를 'ON' 위치로 전환하여 DCS 레이저를 켭니다.
   주의 : DCS 시스템은 눈 노출에 위험한 클래스 3B 레이저를 사용합니다. 프로브가 환자의 이마에 제대로 부착된 경우에만 레이저를 켜는 것이 매우 중요합니다.

4. 데이터 품질 평가

1. 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)로 데이터 수집을 시작하기 전에 GUI의 '설정' 탭에 DCS 소스-검출기 분리를 작성하십시오.참고: DCS 시스템에는 교정 단계가 필요하지 않지만 실시간 분석을 위해서는 소스-검출기 분리의 적절한 입력이 필요합니다.
2. GUI에서 '시작' 버튼을 눌러 수집 소프트웨어를 시작하고 FD-DOS 소프트웨어에서 DOS 신호를 확인합니다.
   1. FD-DOS 소프트웨어에서 '모든 검출기 최적화' 버튼을 클릭하여 PMT 바이어스 전압을 최적화합니다.
   2. 'Text-Mon' 메뉴의 'User Defined Calculation' 옵션에서 DOS 피팅의 광학 특성과 R²를 확인하십시오. R² 계수는 단일성에 가까워야 하며, 경험상 인간 환자의 흡수 계수는 0.05 및 0.2 ^cm-1 이내여야 하며, 산란 계수는 6 및 13 ^cm-113 이내여야 합니다.
3. GUI의 'Correlation curves' 탭에서 DCS 신호를 확인합니다.
   1. 스위치를 'ON' 위치로 돌려 DCS 감지기를 켭니다.
   2. 각 DCS 감지기가 적절한 광도를 측정하고 있는지 확인하십시오. 일반적으로 10kHz 이상이 필요합니다.
   3. 측정된 강도가 800kHz보다 높으면 중성 밀도 필터를 사용하여 광자 수를 줄여 검출기 손상을 방지하십시오. 이것은 일반적으로 더 짧은(< 1cm) 소스-검출기 분리의 문제입니다.
      참고: DCS 검출기를 손상시킬 수 있는 것 외에도 800kHz보다 높은 광자 수는 검출기의 비선형 효과로 인해 오류를 가져올 수도 있습니다.
   4. 자기 상관 곡선을 확인하여 양호한 스킨 결합을 확인하고(그림 2 참조) 필요한 경우 광학 프로브의 위치를 변경합니다.
   5. 이전 단계에서 프로브의 재배치가 필요하다면, 4.2 및 4.3단계를 반복한다. 이러한 단계를 여러 번 반복해야 할 수 있습니다.
      참고: 프로브를 이동할 때마다 DCS 및 FD-DOS 검출기를 꺼야 합니다. DCS 감지기를 끄려면 스위치를 수동으로 'OFF' 위치로 이동합니다. FD-DOS 소프트웨어에서 '모든 검출기 끄기' 버튼을 클릭하면 FD-DOS 검출기가 꺼집니다.
4. 프로브와 스킨 사이의 접촉이 양호해지면 GUI에서 '중지' 버튼을 클릭하여 데이터 수집을 중지합니다. 그런 다음 '폴더' 텍스트 상자에 실험 및 환자 식별자를 설정하고 '파일 이름' 텍스트 상자에 ROI 이름을 작성합니다.
5. GUI에서 '시작(Start)' 버튼을 눌러 데이터 수집을 시작합니다.
6. 프로토콜에서 요구하는 기간 동안 첫 번째 ROI에서 데이터를 수집합니다. 필요한 경우 프로브를 다른 ROI로 이동하고 측정을 반복합니다.
   참고: 모니터링 기간은 연구 목표에 따라 다를 수 있습니다.

5. 측정 중 실험자를 위한 고려 사항

1. 측정 시작 후 GUI의 '실험 정보' 탭에 관련 환자 정보(예: 부상의 유형 및 위치, 투여 중인 약물, 연령, 성별 등)를 작성합니다.
2. 모니터링 기간 동안 발생한 모든 관련 이벤트가 GUI에서 '표시' 버튼을 클릭하여 표시되었는지 확인합니다. 각 표시 뒤에 GUI의 '실험 정보' 탭에 이벤트 설명을 작성해야 합니다.

6. 데이터 수집 중지

1. : GUI에서 '중지' 버튼을 눌러 데이터 수집을 중지합니다.
2. FD-DOS 소프트웨어에서 두 개의 빨간색 사각형으로 표시되는 데이터 수집 및 기록 중지 버튼을 눌러 FD-DOS 소프트웨어를 중지합니다.
3. 스위치를 'OFF' 위치로 돌려 DCS 감지기를 끄고 키를 'OFF' 위치로 돌려 DCS 레이저를 끕니다.
4. '모든 감지기 끄기' 버튼을 클릭하여 FD-DOS 모듈의 PMT를 끕니다.
5. 환자의 머리에서 프로브를 제거하고 프로브에서 양면 테이프를 제거합니다. 그런 다음 소독 물티슈로 프로브를 청소하십시오.
6. 모니터링 세션 전반에 걸쳐 교정이 적절하게 유지되도록 가능한 한 빨리 각 고체 팬텀의 광학 특성 측정을 반복합니다(4.2.2단계 참조).
   참고: 이상적으로는 교정 단계는 환자의 머리에서 광학 프로브를 제거한 직후에 수행해야 합니다(6.6단계). 그러나 타이밍 문제로 인해 다음 섹션에 제시된 예제의 스토리지 시설에서 이 작업이 수행되었습니다.
7. 소독 물티슈로 시스템과 액세서리를 청소하십시오.
8. 카트를 다시 보관실로 돌립니다.

결과

그림 1: 중환자실 내 환자를 모니터링하기 위해 개발된 광학 환경. (A) 하이브리드 확산 광학 시스템은 주파수 영역 확산 광학 분광법(DOS) 모듈과 확산 상관 분광법(DCS) 모듈을 결합합니다. (B) 이 연구에서 제안된 맞춤형 프로브는 DCS의 경우 기본적으로 4개의 소스-검출기 분리(0.7, 1.5, 2.5 및 3.0 cm)와 DOS의 경우 4개의 소스-검출기 분리...

재료