Name: Niet-invasieve optische meting van Cerebral Metabolisme en Hemodynamica bij zuigelingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-14T09:20:00.000+00:00
Duration: 11 min 39 s
Description: Leer niet-invasieve optische meting van cerebraal metabolisme en hemodynamica bij zuigelingen met FD-NIRS en DCS. Deze methode biedt een veilige bedzijde screening voor neonatale hersengezondheid en vroege interventie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs bedanken de families voor hun deelname aan deze studie en de verpleegkundigen, artsen en personeel in de neonatale intensive care, de Special Care Nursery, Kinderneurologie, en de kraamafdelingen van het Massachusetts General Hospital, Brigham and Women&#39;s Hospital en Boston Children&#39;s Hospital voor hun hulp en steun. In het bijzonder danken wij Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Julianne Mazzawi, en Steven A. Ringer. De auteurs danken ook Marcia Kocienski-Filip, Yvonne Sheldon, Alpna Aggarwall, Maddy Artunguada en Genevieve Nave voor hun hulp tijdens de metingen. Dit project wordt ondersteund door NIH R01-HD042908, R21-HD058725, P41-RR14075 en R43-HD071761. Marcia Kocienski-Filip en Yvonne Sheldon worden ondersteund door de Clinical Translational Science Award UL1RR025758 aan Harvard University en Brigham and Women&#39;s Hospital van het National Center for Research Resources. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de eenuthors en vertegenwoordigt niet noodzakelijkerwijs het officiële standpunt van het Nationale Centrum voor Onderzoek Resources of de National Institutes of Health.

1. Voorbereiding voor Bedside maatregelen <ol><li> De FDNIRS en de DCS-systemen zijn compact en eenvoudig om op een kleine kar te verplaatsen naar het bed van de baby in het ziekenhuis (figuur 1). </li><li> Na het verplaatsen van de kar bij de apparaten die het bed, zet de systemen en sluit de optische sonde naar de FDNIRS en DCS-apparaten. Zorg ervoor dat twee onderzoekers aanwezig zijn voor elke meting: een om de instrumenten en de computer te beheren, en een om de sonde te houden. </li><li> Kies de juiste probe volgens de baby postmenstruele leeftijd (PMA). De optische sonde met FDNIRS bron-detector scheidingen van 1, 1,5, 2 en 2,5 cm gebruikt voor zuigelingen &lt;37 weken PMA en de probe met FDNIRS scheidingen 1,5, 2, 2,5 en 3 cm gebruikt voor oudere kinderen (figuur 2-A ). De keuze van een kortere bron-detector scheidingen wordt gedicteerd door prematuren &#39;kleine formaat en groter hoofd kromming. Bij gebruik van een grotere sonde met een te vroeg geboren baby, de met beively kleinere omvang van het hoofd van de baby en haar belangrijke kromming samen daadwerkelijke contact tussen het hoofd van de baby en alle bronnen en detectoren. Daarom de probe met FDNIRS bron-detector scheidingen van 1, 1,5, 2 en 2,5 cm is passend voor gebruik met prematuren. Ons onderzoek heeft vastgesteld dat de gekozen bron-detector scheidingen voldoende zijn om optische eigenschappen van de cerebrale cortex van zowel premature en termijndeposito 14 te meten. DCS bron en detector vezels zijn aangebracht in een rij parallel aan de FDNIRS vezels met bron-detector afstand van 1,5 (een detector) en 2 cm (drie detectoren) in zowel premature en voldragen zuigelingen probes. </li><li> Sanitize de optische probes met een Sani-doek desinfecteren vegen en plaats de sonde en vezels in een eenmalig gebruik polypropyleen plastic hoesje. </li></ol> 2. FDNIRS Gain Instellingen en kalibratie <ol><li> Open de FDNIRS Graphical User Interface (GUI) en selecteer het programma-instellingen bestandovereenkomt met de probe en kalibratieblok gebruikt. </li><li> Om detector voordelen passen plaats voorzichtig de sonde op een gebied van het hoofd van de proefpersoon onthaard (bij voorkeur de linkerzijde van het voorhoofd) en onderhouden in dezelfde positie zonder druk. Schakel en detectoren en pas PMT voltage tot de amplitude van elke van de bron lasers bereikt 20.000 telt. 32.000 telt is de maximale digitalisering van de analoge naar digitale acquisitie kaart, en de winsten moeten worden ingesteld onder die drempel om verzadiging te vermijden tijdens de data-acquisitie. De winst moet worden ingesteld in het frontale gebied, omdat deze regio heeft in het algemeen de laagste absorptie van laserlicht en is daarom het meest gevoelig voor verzadiging. </li><li> Zet de bronnen en detectoren en geeft het probe om de kalibratie blok. De lasers moeten worden uitgeschakeld bij het verplaatsen van de sonde voor het oog de veiligheid, de detectoren moeten worden uitgeschakeld, omdat PMT&#39;s zijn zeer gevoelig en blootstelling aan een helder licht increases achtergrondgeluiden en kan permanent beschadigen. </li><li> Met de sonde terug op de kalibratie blok, gebruik maken van de ND (neutrale dichtheid) filter als een bron-detector paar verzadigde verbindingen. Verschillende ND filters kunnen worden geselecteerd als gevolg van het optimaliseren van winst bij kinderen met verschillende huidskleuren Houd de sonde nog gedurende 16 seconden tijdens het uitvoeren van de kalibratie procedure. Aangezien we niet fysiek een bron naar verschillende afstanden van een detector om een ​​multi-afstand regeling te bereiken, maar gebruik vier combinaties van twee onafhankelijke bronnen en twee onafhankelijke detectoren moeten we voor de verschillende kalibreren van de twee bronnen de verschillende voordelen van de twee detectoren. Door het meten van een kalibratieblok bekende optische eigenschappen schatten we de amplitude en fase correctiefactoren nodig absorptie-en verstrooiingscoëfficiënten van het kalibratieblok herstellen. </li><li> Na de kalibratie te verwerven 16 meer sec van gegevens over het blok en optische beoordeling van de toereikendheid van de ee kalibratie met een in-house MATLAB GUI. De gemeten uA en us &#39;moet overeenkomen met de werkelijke coëfficiënten van de kalibratie blok op alle golflengten. Kalibreer indien de pasvorm is slecht. </li><li> Als detector winsten moeten worden gewijzigd, of de bron en detector vezels moeten worden losgekoppeld tijdens de metingen, herhaalt u de kalibratie procedure van het FDNIRS apparaat. </li><li> Aan het einde van de meetsessie verwerven eens 16 sec van gegevens over de kalibratieblok nagaan of de kalibratie werd gedurende metingen aan het onderwerp. Indien de kalibratie niet gehandhaafd, raadpleeg tweede kalibratiepunt aan het einde van de meting en toepassing op de verkregen gegevens. </li></ol> 3. DCS-instellingen <ol><li> Open de in-house DCS data-acquisitie GUI en laad het bestand met instellingen die overeenkomen met de optische sonde wordt gebruikt. </li><li> Voordat u begint met metingen, controleert u of het laservermogen van de DCS bron geschikt is voor blootstelling van de huid door het meten van thij laservermogen van de DCS bron met een vermogensmeter en het controleren van de puntgrootte met een IR-weergave-kaart (de laser zendt op 785 nm, wat niet zichtbaar is). De DCS laservermogen is ongeveer 60 mW en gekoppeld met een relatief kleine diameter vezels (400-600 um). Om ANSI-normen voor blootstelling van de huid te voldoen, moet het licht aan de sonde worden verzwakt en verspreid over een groot gebied. Dit wordt bereikt door van de punt van de vezel met een diameter van 3 mm wit vel Teflon (figuur 2-A). De Teflon is zeer verstrooiing en breed verspreidt de laserstraal. Aan het bed, ervoor dat het laservermogen op de probe is minder dan 25 mW en de spot groter is dan 3 mm in diameter. Wat de FDNIRS moet altijd eerst de bronnen en detectoren bij het verplaatsen van de optische sonde. </li><li> DCS detectie foton tellen en er geen APD versterkingsinstelling wordt vereist voor de FDNIRS apparaat. Een vlag in de acquisitie software geeft aan of te veel licht wordt gedetecteerd, in welk geval het licht koppeling aan het EIThaar bron of detector vezels moet worden verminderd door de glasvezelconnectoren. Voldoende licht detectie is op het bereik van de 200,000-4,000,000 gedetecteerde fotonen (overeenkomend tot -26 ~ 0 dB op de computer display). Vermijd overmatig kunstlicht om achtergrondgeluid te verminderen. </li><li> De DCS vereist geen kalibratie CBF i te meten. Bloedstroom is evenredig aan de tijd die nodig correlatie te verliezen. Een massief blok is niet voldoende om de signaalkwaliteit controleren, omdat er geen bewegende verstrooiende deeltjes aan bederf veroorzaken. Een onderzoeker de arm toont in plaats verval - hoe sneller de bloedstroom, hoe steiler het verval. </li></ol> 4. Data Acquisition <ol><li> Terwijl FDNIRS en DCS metingen kunnen snel worden gedaan in de juiste volgorde, eerst meten alle locaties met een apparaat en herhaal dezelfde progressie met het andere apparaat, met behulp van onafhankelijke acquisitie software die overeenkomt met elke. </li><li> Meet zeven locaties met betrekking tot frontale, temporale en Parietal gebieden volgens een 10-20 systeem (Fp1, VBZ FP2, C3, C4, P3, P4) in sequentie (Figuur 2-B). De haren langs de bron-detector lijn en plaats de sonde op die gebieden van het hoofd. </li><li> Schakel FDNIRS lasers en detectoren en controleer de signaalkwaliteit: amplitude tellingen moet tussen 2.000 en 20.000 en faseverschuivingen SNR &lt;2 graden. Als buiten deze bereiken, verplaatsen de probe, zodat een scheiding wordt en alle bronnen en detectoren in contact met de huid. </li><li> Verwerven gegevens voor 16 sec. Herhaal metingen tot drie keer per locatie (Figuur 2-C), scheiden het haar en herpositionering van de probe in een iets andere plek per acquisitie. Dit wordt gedaan om het effect van lokale inhomogeniteiten zoals haren en oppervlakkige grote schepen minimaliseren en waarden representatief een regio in plaats van een enkele vlek geven. </li><li> Zet de DCS laser en detectoren en verwerven data gedurende 10 sec. Plaats de sonde en repeet de acquisities (zoals bij de FDNIRS maatregelen). </li><li> Schakel alle lasers bij het verplaatsen van de sonde tussen locaties. Gegevensverzameling in alle zeven locaties is niet altijd mogelijk. Stop met metingen als het onderwerp zich manifesteert enig teken van ongemak of beweging. Probeer de overname, indien mogelijk. EEG-elektroden of respiratoire apparatuur kan ook verhinderen dat de metingen op sommige locaties. </li></ol> 5. Maatregel van Systemische Parameters <ol><li> Voor de berekening van CMRO 2i, twee systemische parameters, arteriële oxygenatie (SaO 2) en hemoglobine in het bloed (HGB), moet worden verworven. HGB is ook nodig om CBV berekenen. Terwijl conventionele pulsoximetrie voorziet in maatregelen van São 2 wordt HGB conventioneel gemeten met een bloedonderzoek. Een nieuwe pulsoximeter, ontwikkeld door Masimo Corporation, kan HGB meten niet-invasieve door meerdere golflengten. Het apparaat is door de FDA goedgekeurd voor kinderen&gt; 3 kg, en zorgt voor een snelle bed measure zowel SaO 2 en HGB. </li><li> Record SaO 2 en HGB met behulp van een Masimo pulsoximeter (Pronto controle ter plaatse pulse co-oximeter). Voor deze metingen bevestigen een lijm voor eenmalig gebruik sensor op de grote teen van de voet van de baby. HGB wordt weergegeven op de monitor binnen een paar seconden. </li><li> Wanneer het niet mogelijk is de Masimo pulse co-oximeter, maatregel SaO 2 met andere FDA goedgekeurde pulsoximeters. HGB kan worden verhaald op de patiënt klinische grafieken of geschat met behulp van normatieve waarden. </li></ol> 6. Data-analyse <ol><li> Open een eigen post-processing data-analyse GUI met behulp van MATLAB. Deze software niet alleen schat alle hemodynamische parameters, maar maakt ook gebruik van de redundantie van gegevens voor het automatisch beoordelen kwaliteit van de meting en de resultaten te beperken. </li><li> Automatische objectieve criteria voor kwaliteitscontrole uit gegevens te verwijderen voor FDNIRS als: R2 &lt;0,98 voor het model fit van de experimentele data, p-waarde&gt; 00,02 voor de Pearson correlatiecoëfficiënt tussen de acht gemeten absorptiecoëfficiënten en hemoglobine fit (Figuur 3-A), p-waarde&gt; 0,02 voor de lineaire fit van de gereduceerde verstrooiing coëfficiënten tegen golflengte (figuur 3-B) 15. Indien meer dan 33 procent van de data verdiensten ontdoen, is het geheel verwijderd. Voor DCS, data wordt verwijderd indien: de staart van de curve fitting verschilt van een meer dan 0,02, de cumulatieve variatie tussen de eerste 3 punten van de kromme is dan 0,1, of de gemiddelde waarde van de drie eerste punten is dan 1,6 (Figuur 4). Indien meer dan 50 procent van de curves worden verwijderd of de fit waarden een variatiecoëfficiënt&gt; 15 procent, is het geheel weggegooid 15. </li><li> Bereken absolute HBO en HbR concentraties door het aanbrengen van de absorptie-coëfficiënten bij alle golflengtes, met behulp van literatuur waarden voor Hb extinctiecoëfficiënten 16 eneen 75 procent concentratie van water in weefsel 17. Leid totale hemoglobineconcentratie (HBT = HBO + HbR) en SO 2 (HBO / HBT) van HBO en HbR concentraties. </li><li> Schatting cerebrale bloedvolume behulp van de vergelijking beschreven in Ijichi et al. 18. CBV = (HBT x MW Hb) / (HGB x D bt), waarbij MW = 64.500 Hb [g / mol] is het molecuulgewicht van Hb en D bt = 1,05 g / ml is het hersenweefsel dichtheid. </li><li> Bereken CBF i door het aanbrengen van de gemeten tijd autocorrelatie functies om de verspreiding correlatie vergelijking. De gedetailleerde theoretisch kader te CBF berekenen i is in Boas et al.. En Boas en yodh 10,11. In de vergelijkingen met afzonderlijke absorptiecoëfficiënten gemeten FDNIRS en een gemiddelde van de coëfficiënten verstrooiing over de gehele bevolking. </li><li> Bereken de index van cerebrale zuurstofverbruik door de mate van SO FDNIRS <sub&gt; 2 en DCS maat CBFi met de volgende vergelijking: CMRO 2i = (x HGB CBFi × (SaO 2 - SO 2)) / (4 x MW Hb × β) 15, waarbij de factor 4 geeft de vier O 2 moleculen aan elkaar gebonden hemoglobine en β is het percentage bijdrage van de veneuze compartiment aan de hemoglobine oxygenatie meting 19. </li></ol>

<ol><li>Zaramella, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+tissue+oxygenation+index+%28TOI%29+and+cotside+neurophysiological+variables+predict+outcome+in+depressed%2Fasphyxiated+newborn+infants%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Early+Hum.+Dev%22%5BJournal%5D)">Can tissue oxygenation index (TOI) and cotside neurophysiological variables predict outcome in depressed/asphyxiated newborn infants?</a> Early Hum. Dev. 83, 483-489 (2007).</li>
<li>van Bel, F., Lemmers, P., Naulaers, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+neonatal+regional+cerebral+oxygen+saturation+in+clinical+practice%3A+value+and+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Neonatology%22%5BJournal%5D)">Monitoring neonatal regional cerebral oxygen saturation in clinical practice: value and pitfalls.</a> Neonatology. 94, 237-244 (2008).</li>
<li>Boas, D. A., Franceschini, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Haemoglobin+oxygen+saturation+as+a+biomarker%3A+the+problem+and+a%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Haemoglobin oxygen saturation as a biomarker: the problem and a.</a> 369, 4407-4424 (2011).</li>
<li>Franceschini, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+infant+brain+development+with+frequency-domain+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr.+Res%22%5BJournal%5D)">Assessment of infant brain development with frequency-domain near-infrared spectroscopy.</a> Pediatr. Res. 61, 546-551 (2007).</li>
<li>Grant, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+cerebral+blood+volume+and+oxygen+consumption+in+neonatal+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Increased cerebral blood volume and oxygen consumption in neonatal brain injury.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 29, 1704-1713 (2009).</li>
<li>Feddersen, B. A., Piston, D. W., Gratton, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+parallel+acquisition+in+frequency+domain+fluorimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Digital parallel acquisition in frequency domain fluorimetry.</a> Rev. Sci. Instrum. 60, 2929-2936 (1989).</li>
<li>Fantini, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-domain+multichannel+optical+detector+for+non-invasive+tissue+spectroscopy+and+oximetry%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Eng%22%5BJournal%5D)">Frequency-domain multichannel optical detector for non-invasive tissue spectroscopy and oximetry.</a> Opt. Eng. 34, 34-42 (1995).</li>
<li>Cheung, C., Culver, J. P., Kasushi, T., Greenberg, J. H., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+cerebrovascular+measurement+combining+diffuse+near-infrared+absorption+and+correlation+spectroscopies%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">In vivo cerebrovascular measurement combining diffuse near-infrared absorption and correlation spectroscopies.</a> Phys. Med. Biol. 46, 2053-2065 (2001).</li>
<li>Durduran, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffuse+optical+measurement+of+blood+flow%2C+blood+oxygenation%2C+and+metabolism+in+a+human+brain+during+sensorimotor+cortex+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Diffuse optical measurement of blood flow, blood oxygenation, and metabolism in a human brain during sensorimotor cortex activation.</a> Opt. Lett. 29, 1766-1768 (2004).</li>
<li>Boas, D. A., Campbell, L. E., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scattering+and+imaging+with+diffusing+temporal+field+correlations%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations.</a> Phys. Rev. Lett. 75, 1855-1859 (1995).</li>
<li>Boas, D. A., Yodh, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatially+varying+dynamical+properties+of+turbid+media+probed+with+diffusing+temporal+light+correlation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am.+A%22%5BJournal%5D)">Spatially varying dynamical properties of turbid media probed with diffusing temporal light correlation.</a> J. Opt. Soc. Am. A. 14, 192-215 (1997).</li>
<li>Buckley, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+diffuse+correlation+spectroscopic+measurement+of+cerebral+blood+flow+using+phase-encoded+velocity+mapping+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Validation of diffuse correlation spectroscopic measurement of cerebral blood flow using phase-encoded velocity mapping magnetic resonance imaging.</a> J. Biomed. Opt. 17, 037007(2012).</li>
<li>Irwin, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influences+of+tissue+absorption+and+scattering+on+diffuse+correlation+spectroscopy+blood+flow+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Influences of tissue absorption and scattering on diffuse correlation spectroscopy blood flow measurements.</a> Biomedical Optics Express. 2, 1969-1985 (2011).</li>
<li>Dehaes, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+the+frequency-domain+multi-distance+method+to+evaluate+the+brain+optical+properties%3A+Monte+Carlo+simulations+from+neonate+to+adult%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Exp%22%5BJournal%5D)">Assessment of the frequency-domain multi-distance method to evaluate the brain optical properties: Monte Carlo simulations from neonate to adult.</a> Biomed. Opt. Exp. 2, 552-567 (2011).</li>
<li>Roche-Labarbe, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noninvasive+optical+measures+of+CBV%2C+StO2%2C+CBF+index%2C+and+rCMRO2+in+human+premature+neonates%27+brains+in+the+first+six+weeks+of+life%5BTitle%5D)+AND+%22Hum.+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Noninvasive optical measures of CBV, StO2, CBF index, and rCMRO2 in human premature neonates' brains in the first six weeks of life.</a> Hum. Brain Mapp. 31, 341-352 (2010).</li>
<li>Wray, S., Cope, M., Delpy, D. T., Wyatt, J. S., Reynolds, E. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+the+near+infrared+absorption+spectra+of+cytochrome+aa3+and+haemoglobin+for+the+non-invasive+monitoring+of+cerebral+oxygenation%5BTitle%5D)+AND+%22Biochim.+Biophys.+Acta%22%5BJournal%5D)">Characterization of the near infrared absorption spectra of cytochrome aa3 and haemoglobin for the non-invasive monitoring of cerebral oxygenation.</a> Biochim. Biophys. Acta. 933, 184-192 (1988).</li>
<li>Wolthuis, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+water+concentration+in+brain+tissue+by+Raman+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Determination of water concentration in brain tissue by Raman spectroscopy.</a> Anal. Chem. 73, 3915-3920 (2001).</li>
<li>Ijichi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developmental+changes+of+optical+properties+in+neonates+determined+by+near-infrared+time-resolved+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr.+Res%22%5BJournal%5D)">Developmental changes of optical properties in neonates determined by near-infrared time-resolved spectroscopy.</a> Pediatr. Res. 58, 568-573 (2005).</li>
<li>Watzman, H. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arterial+and+venous+contributions+to+near-infrared+cerebral+oximetry%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesiology%22%5BJournal%5D)">Arterial and venous contributions to near-infrared cerebral oximetry.</a> Anesthesiology. 93, 947(2000).</li>
<li>Lin, P. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regional+and+hemispheric+asymmetries+of+cerebral+hemodynamic+and+oxygen+metabolism+in+newborns%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Regional and hemispheric asymmetries of cerebral hemodynamic and oxygen metabolism in newborns.</a> Cereb. Cortex. , (2012).</li>
<li>Chugani, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+critical+period+of+brain+development%3A+studies+of+cerebral+glucose+utilization+with+PET%5BTitle%5D)+AND+%22Prev.+Med%22%5BJournal%5D)">A critical period of brain development: studies of cerebral glucose utilization with PET.</a> Prev. Med. 27, 184-188 (1998).</li>
<li>Carp, S. A., Dai, G. P., Boas, D. A., Franceschini, M. A., Kim, Y. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+of+diffuse+correlation+spectroscopy+measurements+of+rodent+cerebral+blood+flow+with+simultaneous+arterial+spin+labeling+MRI%3B+towards+MRI-optical+continuous+cerebral+metabolic+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Opt.+Exp%22%5BJournal%5D)">Validation of diffuse correlation spectroscopy measurements of rodent cerebral blood flow with simultaneous arterial spin labeling MRI; towards MRI-optical continuous cerebral metabolic monitoring.</a> Biomed. Opt. Exp. 1, 553-565 (2010).</li>
<li>Durduran, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+measurement+of+cerebral+hemodynamics+and+oxygen+metabolism+in+neonates+with+congenital+heart+defects%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biomed.+Opt%22%5BJournal%5D)">Optical measurement of cerebral hemodynamics and oxygen metabolism in neonates with congenital heart defects.</a> J. Biomed. Opt. 15, 037004(2010).</li>
<li>Roche-Labarbe, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near+infrared+spectroscopy+assessment+of+cerebral+oxygen+metabolism+in+the+developing+premature+brain%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Near infrared spectroscopy assessment of cerebral oxygen metabolism in the developing premature brain.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 32, 481-488 (2012).</li>
</ol>

Maria Angela Franceschini, haar man David Boas, en Beniamino Barbieri (ISS Inc) hebben patenten op deze technologie.

We hebben laten zien een kwantitatieve meting van de cerebrale hemodynamische en het metabolisme met FDNIRS en DCS in de neonatale populatie. De voeler is geoptimaliseerd voor het meten neonatale cerebrale cortex 14. Bloedstroom gemeten door veranderingen DCS zijn uitgebreid gevalideerd andere technieken in dieren en mensen 22,23. Via een directe DCS meting van de bloedstroom, kunnen we de variantie in de berekening van CMRO 2i 24 verminderen. De afwijking van herhaalde metingen was kleiner dan de verschillen tussen hersenen en met 20 jaar. Van onze vorige resultaten, CBFi en CMRO 2i toonden belangrijke veranderingen met PMA bij gezonde premature neonaten. De mate van CMRO 2i kan beter hersenbeschadiging dan de mate van SO 2 detecteren. Dit suggereert dat de gecombineerde maatregelen van vasculaire en metabole parameters dienen als meer robuuste biomarkers van neonatale gezondheid van de hersenen en de ontwikkeling dan zuurstofsaturatie alleen. Technische verbeteringen zal zich richten op de integratie van de twee instrumenten tot de verwerving te verminderen 35-40% per sessie en de implementatie van real-time feedback over de kwaliteit van gegevens om de frequentie van afgedankte maatregelen te verminderen. In de nabije toekomst kan dit systeem worden geleverd aan klinische eindgebruikers als een nieuwe bedmonitor van veranderde cerebrale zuurstof metabolisme. Door het meten van trajecten van CMRO twee na verloop van tijd kan ook toenemen klinische betekenis en het voorspellen van uitkomsten. Dit instrument zou uiteindelijk een belangrijke bijdrage leveren aan de verbetering van het beheer van de neonatale hersenletsel.

De FDNIRS apparaat is een maat frequentiedomein systeem van ISS Inc met twee identieke sets van 8 Laserdiodes die emitteren op acht golflengten variërend 660 tot 830 nm, en twee fotomultiplicatorbuis (PMT) detectors. En detectoren worden gemoduleerd bij 110 MHz en 110 MHz plus 5 kHz, respectievelijk 6 heterodyne detektie bereikt. Elke laser diode ingeschakeld gedurende 10 msec in sequentie, een 160 msec totale opnametijd per cyclus. En detectoren zijn gekoppeld met glasvezel en in een rij in een optische sonde. De opstelling van vezels op de probe is zodanig dat vier verschillende bron-detector produceert scheidingen. Door het meten van doorvallend licht (de demping en faseverschuiving) op meerdere afstanden, kunnen we kwantificeren van de absorptie (uA) en verstrooiing (us &#39;) coëfficiënten van het weefsel onder observatie. Van de absorptiecoëfficiënten bij meerdere golflengten, dan schatten we de absolute waarden van geoxygeneerde (HbO) enzuurstofarme (HbR) hemoglobineconcentraties 7, cerebrale bloedvolume (CBV) en zuurstofsaturatie van hemoglobine (SO 2). De DCS-apparaat is een home - built systeem vergelijkbaar is met die welke is ontwikkeld door Drs. Arjun yodh en Turgut Durduran aan de Universiteit van Pennsylvania 8,9. De DCS-systeem dat bestaat uit een solid - state, lange samenhang laser op 785 nm, vier foton tellen lawine fotodiode (APD) detectoren (EG &amp; G Perkin Elmer SPCM-AQRH) met lage donkere tellingen (&lt;50 tellingen / sec) en een hoge quantum rendement (&gt; 40% bij 785 nm) en een vier-kanaals, 256-bin multi-tau correlator, met 200 nsec resolutie. Met de DCS we meten microvasculaire bloedstroom in cerebrale cortex door kwantificeren van de tijdelijke schommelingen intensiteit van meervoudig verstrooid licht dat voortkomt uit Dopplerverschuivingen door bewegende rode bloedcellen. De techniek, vergelijkbaar met laser Doppler bloed flowmetrie (dat wil zeggen zij zijn Fourier Transform analoga), meet een autocorrelatiefunctie van de intensiteit schommelingen van elke detector kanaal berekend door een digitale correlator over een vertragingstijd van 200 nsec - 0,5 sec. De correlator berekent de tijdelijke intensiteit autocorrelatie van het licht weer die uit weefsel. Vervolgens hebben we passen de diffusie correlatie vergelijking met de gemeten autocorrelatiefunctie, verworven na elkaar, ongeveer een keer per seconde, om de bloedstroom index (CBF i) 10,11 te verkrijgen. DCS maatregelen van de bloedstroom wijzigingen zijn uitgebreid gevalideerd 12,13. Door het combineren van de FDNIRS maatregelen van SO 2 met de DCS-maatregelen van CBF i, bereiken we een schatting van de cerebrale zuurstof metabolisme (CMRO 2i).

<table border="1"><tbody><tr><td> Uitrusting </td><td> Vennootschap </td><td> Catalogusnummer </td><td> Opmerkingen (optioneel) </td></tr><tr><td> Imagent </td><td> ISS </td><td></td><td> FDNIRS </td></tr><tr><td> DCS laser vezels </td><td> Thorlabs </td><td> FT400 </td><td> DCS-component </td></tr><tr><td> DCS detector glasvezel </td><td> Thorlabs </td><td> 780HP </td><td> DCS-component </td></tr><tr><td> DCS laser </td><td> CrystaLaser </td><td> DL785-070-S </td><td> DCS-component </td></tr><tr><td> DCS-detector </td><td> Pacer International </td><td> SPCM-AQRH-14-FC </td><td> DCS-component </td></tr><tr><td> DCS Correlator </td><td> Correlator.com </td><td> Flex05-8ch </td><td> DCS-component </td></tr><tr><td> Pronto co-oximeter </td><td> Masimo </td&gt; <td></td><td> HGB en Sao 2 monitor </td></tr><tr><td> NOVA </td><td> OPHIR </td><td> 7Z01500 </td><td> Laser power meter </td></tr><tr><td> Sensor Card </td><td> Newport </td><td> F-IRC1-S </td><td> IR kijker </td></tr><tr><td> Neutral Density filter </td><td> Kodak </td><td> NT54-453 </td><td></td></tr></tbody></table>

niet-invasieve optische meting van cerebral metabolisme en hemodynamica bij zuigelingen

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

Perinatale hersenletsel blijft een belangrijke oorzaak van kindersterfte en morbiditeit, maar er is nog geen effectieve bed instrument dat nauwkeurig kan screenen op hersenletsel, monitor letsel evolutie of beoordelen respons op de therapie. De energie die wordt gebruikt door neuronen is afgeleid grotendeels uit weefsel oxidatieve metabolisme, en neurale hyperactiviteit en celdood worden weerspiegeld door de bijbehorende veranderingen in cerebrale zuurstof metabolisme (CMRO 2). Zo maatregelen van CMRO 2 zijn een afspiegeling is van neuronale levensvatbaarheid en een kritische diagnostische informatie, het maken van CMRO 2 een ideaal doelwit voor de nachtkastmodus meten van gezondheid van de hersenen. Brain-beeldvormingstechnieken zoals positron emissie tomografie (PET) en single-photon emission computed tomography (SPECT) opbrengst maatregelen van cerebrale glucose en zuurstof metabolisme, maar deze technieken vereisen toediening van radionucleotiden, zodat ze worden gebruikt in alleen de meest acute gevallen. Continuous-wave nabij-infrarood spectroscopie (CWNIRS) biedt niet-invasieve en niet-ioniserende straling maatregelen van hemoglobine zuurstofsaturatie (SO 2) als een surrogaat voor cerebrale zuurstofverbruik. Echter, SO 2 is minder dan ideaal als een surrogaat voor cerebrale zuurstof metabolisme omdat het wordt beïnvloed door zowel zuurstof levering en het verbruik. Bovendien metingen van SO 2 zijn niet gevoelig genoeg om hersenletsel uur sporen na de belediging 1,2, omdat zuurstofverbruik en de levering te bereiken evenwicht na acute transiënten 3. We onderzochten de mogelijkheid om meer geavanceerde NIRS optische methoden voor cerebrale zuurstofmetabolisme kwantificeren aan het bed in gezonde en hersenen verwonde pasgeborenen. Meer specifiek wordt het frequentiedomein NIRS (FDNIRS) maat SO 2 met diffuse correlatie spectroscopie (DCS) meting van de bloedstroom index (CBF i) gecombineerd yield een index van CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5. Met de gecombineerde FDNIRS / DCS systeem zijn wij in staat om cerebrale metabolisme en hemodynamiek te kwantificeren. Dit betekent een verbetering ten opzichte van CWNIRS voor het opsporen van gezondheid van de hersenen, ontwikkeling van de hersenen, en de respons op therapie bij neonaten. Bovendien is deze methode voldoet aan alle neonatale intensive care unit (NICU) beleid inzake infectiepreventie en institutionele beleid voor laser veiligheid. Toekomstig werk zal trachten de twee instrumenten te integreren om acquisitie te verminderen aan het bed en de real-time feedback te passen op de kwaliteit van gegevens om de snelheid van data afwijzing te verminderen.

In de afgelopen vijf jaar hebben wij aangetoond dat de haalbaarheid en de klinische bruikbaarheid van de voorgestelde methode. In het bijzonder hebben we aangetoond CMRO 2 tot meer representatief gezondheid van de hersenen en ontwikkeling dan SO 2. In een cross-sectionele studie naar meer dan 50 gezonde zuigelingen, vonden we dat, terwijl CBV is meer dan het dubbele in het eerste jaar van het leven, SO 2 constant blijft 4 (figuur 5). In een studie op 70 gezonde pasgeborenen we vonden ook dat SO 2 is constant in hersengebieden terwijl CMRO 2i, CBV en CBF hoger in temporale en pariëtale gebieden dan in het frontale gebied (Figuur 6) 20, die overeenkomt met PET glucoseopname bevindingen 21. In beide van onze studies, de constante SO 2, binnen een 60-70 procent bereik geeft aan dat zuurstof levering overeenkomt met de lokale consumptie, terwijl de CBV, CBF en CMRO 2 zijn moopnieuw nauw verbonden met neurale ontwikkeling. Om te controleren of CMRO 2i is een betere screening tool dan SO 2 in het opsporen van neonatale hersenletsel, we hersenen gewonde kinderen gemeten tijdens de acute fase 5, en (in een paar baby&#39;s) tijdens de chronische fase een aantal maanden na het letsel. Resultaten in figuur 7 tonen hoe SO 2 niet significant veranderd door hersenletsel in zowel vroege (1-15 dagen na lozing) en chronische (maanden na letsel) fasen, terwijl CMRO 2i is beduidend anders dan normaal tijdens de acute en chronische fasen . Specifiek wordt CMRO 2i verhoogd tijdens de acute fase door epileptische activiteit na hersenletsel, en lager dan normaal tijdens de chronische fase door neuronaal verlies. Zuigelingen met hypoxische ischemische letsels zijn momenteel behandeld worden met therapeutische hypothermie (TH) naar lagere hersenstofwisseling en vermindering van schade na de hypoxische insUlt. Therapeutische hypothermie wordt gehandhaafd voor drie dagen en zijn we in staat tot 11 kinderen tijdens de behandeling (figuur 8) te monitoren. We vonden dat CMRO 2i aanzienlijk daalt tot onder normaal tijdens TH en deze daling lijkt gerelateerd aan respons op de behandeling en de ontwikkelingsresultaten. Deze voorlopige resultaten suggereren dat de FDNIRS-DCS methode kunnen sturen en te optimaliseren onderkoeling therapie. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig1.jpg" /> Figuur 1. Foto van de wagen met de FDNIRS en DCS-apparaten. De twee instrumenten zijn compact genoeg om op een kleine wagen die kan worden verplaatst naar het bed van de baby in de NICU. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig2.jpg" /> Figuur 2. (A) Optical probe configuratie. <strong&gt; (B) De meetlocatie regeling. (C) Een foto van een typisch FDNIRS-DCS meting op een zuigeling. <img alt="Figuur 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3.jpg" /> Figuur 3. Representatieve voorbeelden van goede en slechte pasvorm van gemeten (A) absorptiecoëfficiënten en hemoglobine fit (B) verstrooiing coëfficiënten en de lineaire fit. P-waarde&gt; 0,02 verwijst naar een slechte pasvorm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken</a> . <img alt="Figuur 4" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig4.jpg" /> Figuur 4. Een representatief voorbeeld van goede en slechte pasvorm van een autocorrelatiefunctie van de intensiteit berekend fluctuatiesdoor een correlator over een vertragingstijd van 200 ns - 0,5 sec. In de slechte pasvorm figuur de staart van de curve fitting verschilt van een meer dan 0,02 en het verloop van de drie eerste punten meer dan 0,1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier om groter bedrag bekijken</a> . <img alt="Figuur 5" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5.jpg" /> Figuur 5. Veranderingen in CBV en SO 2 over frontale, temporale en pariëtale corticale gebieden bij zuigelingen vanaf de geboorte tot een jaar oud. <img alt="Figuur 6" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6.jpg" /> Figuur 6. CBF, SO 2, CBV en CMRO 2i van de frontale, temporal en pariëtale regio&#39;s in 70 gezonde pasgeborenen. <img alt="Figuur 7" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig7.jpg" /> Figuur 7. Voorbeelden van abnormale en normale zuurstofverbruik SO 2 na hersenletsel bij zuigelingen. Hersenletsel wordt gekenmerkt door veranderingen in CMRO 2 ten opzichte van normaal, terwijl SO 2 is niet significant verschillend van normaal. Houd er rekening mee dat in deze twee figuren, CMRO 2 werd berekend met de Grubb relatie, omdat de DCS maatregel was niet beschikbaar op het moment van die metingen. <img alt="Figuur 8" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig8.jpg" /> Figuur 8. rCMRO 2 van 11 baby&#39;s tijdens therapeutische hypothermie versus leeftijd gematchte gezonde controles. Zuurstof stofwisseling wordt sterk verminderd in alle zuigelingen met hypothermie therapie.

We combineerden frequentie-domein nabij-infrarood spectroscopie maatregelen van de cerebrale oxygenatie hemoglobine met diffuse correlatie spectroscopie maatregelen van de cerebrale doorbloeding index om een ​​index van zuurstof metabolisme te schatten. We testten het nut van deze maatregel als een bed screening instrument om de gezondheid en ontwikkeling van de pasgeborene hersenen te evalueren.

Niet-invasieve optische meting van Cerebral Metabolisme en Hemodynamica bij zuigelingen

Perinatale hersenbeschadiging blijft een belangrijke oorzaak van kindersterfte en morbiditeit, maar er is nog geen effectief instrument voor aan het bed dat nauwkeurig kan ...

Het algemene doel van deze procedure is om het cerebrale zuurstofmetabolisme bij pasgeborenen aan het bed te beoordelen. Dit wordt bereikt door eerst de optische probe op het hoofd te plaatsen en met een frequency domain near infrared spectroscopy (FD-NIRS) apparaat de cerebrale hemoglobine-oxygenatieconcentratie in de onderliggende hersenen te meten. Vervolgens wordt met een diffuse correlation spectroscopy (DCS) apparaat een index van de cerebrale bloedstroom gemeten, waarna de FD-NIRS- en DCS-metingen worden herhaald op zes andere locaties die de frontale, temporale en pariëtale gebieden beslaan.Met behulp van een pulse-oximeter worden vervolgens systemische parameters zoals de arteriële oxygenatie en het hemoglobinegehalte in het bloed vastgesteld. Ten slotte worden alle parameters gecombineerd om het zuurstofverbruik of CM RO two te berekenen. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die de cerebrale hemoglobine-oxygenatie, de cerebrale bloedstroom en het cerebrale zuurstofmetabolisme in corticale regio's tonen, om te helpen bij het detecteren van mogelijke hersenbeschadigingen, de respons op therapie of het meten van de hersenontwikkeling.Het belangrijkste voordeel van D CSS ten opzichte van bestaande methoden zoals MI en Path is dat het een bedside-meting van het hersenmetabolisme mogelijk maakt zonder enig risico voor de zuigeling. Wij maken gebruik van onderzoeksapparatuur die enige technische expertise en training vereist om te kunnen bedienen. We werken momenteel samen met Incorporated en andere bedrijven om volledig geïntegreerde FD near DCS-systemen te ontwikkelen die gebruiksvriendelijker zijn.Deze methode heeft de potentie om de hersengezondheid van pasgeborenen te verbeteren door ons in staat te stellen letsel te screenen, behandelingsresponsen te monitoren, uitkomsten te voorspellen en idealiter de individuele zorg te optimaliseren. We kregen dit idee voor deze aanpak toen we beseften dat het netto zuurstofmetabolisme een preciezere en nauwkeurigere maatstaf is voor de neurale functie dan de zuurstofextractiefractie, wat aantoont dat de procedure effectief zal zijn. Lynn, Angela Ollio en Catherine Hagen, leden van ons onderzoeksteam, hebben alle volgende demonstraties gefilmd in de afdeling neonatale intensive care van het Brigham and Women Hospital, met de waardevolle hulp van het personeel van de NICU.Deze opnames zijn goedgekeurd door de Partners Healthcare IRB. Frequentiedomein-nabij-infraroodspectroscopie en diffuse correlatiespectroscopie maken deel uit van een aangepast frequentiedomeinsysteem van ISS Incorporated met twee identieke sets van acht laserdiodes die uitzenden op acht golflengten variërend van 660 tot 830 nanometer, twee fotomultiplicator-detectoren en een DCS-apparaat, dat een zelfgebouwd systeem is bestaande uit een solid-state laser met lange coherentie bij 785 nanometer en vier fotontellende avalanche-fotodiodedetectoren. Kies de juiste probe op basis van de postmenstruale leeftijd of PMA van de zuigeling. Gebruik bijvoorbeeld een optische probe met FD NIRS bron-detectoraafstanden van 1, 1,52 en 2,5 centimeter voor zuigelingen met een PMA van minder dan 37 weken, en de probe met FD NIRS afstanden van 1,52, 2,5 en 3 centimeter voor oudere zuigelingen in beide probes.De afstanden tussen de DCS-bron en detector bedragen 1,5 en twee centimeter; desinfecteer de probes met een desinfecterend doekje en plaats de probe en vezels in een sekaliers polypropylene plastic huls om te voldoen aan de ANSI-normen voor blootstelling van de huid. Het licht bij de probe wordt gedempt en over een groot oppervlak verspreid door een witte Teflon-schijf aan het bed. Controleer met een vermogensmeter of het laservermogen bij de probe minder dan 25 milliwatt is en gebruik een infrarood-zichtkaart om te verifiëren dat de spotgrootte groter is dan drie millimeter in diameter.Open de ER's gooey en selecteer het instellingsbestand voor de probe dat overeenkomt met de probe en het kalibratieblok die worden gebruikt om de detectorversterkingen aan te passen. Plaats de probe voorzichtig op een haarvrij gebied op het hoofd van het subject en houd deze in dezelfde positie zonder druk uit te oefenen. Wij geven de voorkeur aan het instellen van de versterkingen in het frontale gebied, omdat deze regio de laagste absorptie heeft en daarom het meest gevoelig is voor verzadiging.Schakel de bronnen en detectoren in en stel de PMT-spanning in totdat de amplitude van een van de bronlasers 20.000 counts bereikt. Plaats de probe terug op het kalibratieblok en gebruik, indien aanwezig, neutrale dichtheidsfilters.Bron-detectorparen raken verzadigd; houd de probe 16 seconden stil terwijl de kalibratieprocedure wordt uitgevoerd. Door een kalibratieblok met bekende optische eigenschappen te meten, kunnen de koppelingsfactoren voor elk bron-detectorpaar worden geschat. Verwerf na de kalibratie 16 seconden aan gegevens van het blok en gebruik een in-house MATLAB GUI om de adequaatheid van de kalibratie visueel te beoordelen.De gemeten absorptie- en verstrooiingscoëfficiënten moeten volledig overeenstemmen met de werkelijke coëfficiënten van het kalibratieblok bij alle golflengten; kalibreer opnieuw als de fit onvoldoende is. Open voor de voorbereiding van de DCS de intern ontwikkelde MATLAB GUI voor DCS-gegevensacquisitie en laad het instellingsbestand dat hoort bij de gebruikte optische probe.Er is geen gain-aanpassing voor de DCS-detectoren. Wat betreft het FD-nears-apparaat: indien er lage tellingen worden waargenomen, scheid dan het haar en positioneer de probe opnieuw voor een betere lichtdetectie. Vermijd overmatig kamerlicht om achtergrondruis te verminderen.Naast CBFI en SO2, die door de FD nears DCS 2 worden verkregen, zijn twee systemische parameters, arteriële oxygenatie en hemoglobine in het bloed, nodig om het cerebrale zuurstofmetabolisme te berekenen. Gebruik een pulse-oximeter om deze systemische parameters te verkrijgen door een adhesieve wegwerpsensor op de grote teen of voet van de zuigeling te bevestigen. SA O2 en HGB worden binnen enkele seconden op de monitor weergegeven. Meet zeven locaties die de frontale, temporale en pariëtale gebieden beslaan volgens een 10-20 systeem in de hier getoonde volgorde.Begin met het scheiden van het haar van de zuigeling langs de bron-detectorgelijn en plaats de probe op een gebied van het hoofd. Zet vervolgens de FD-nabije lasers en detectoren aan en verzamel gedurende 16 seconden gegevens. Zet daarna de DCS-laser en detectoren aan en verzamel gedurende 10 seconden gegevens.Herhaal de FD-nears-DCS-metingen tot drie keer op elke locatie. Positioneer de probe voor elke acquisitie op een iets andere plek. Dit wordt gedaan om het effect van lokale inhomogeniteit, zoals haar en oppervlakkige grote vaten, te minimaliseren en om waarden te verkrijgen die representatief zijn voor een regio in plaats van voor een enkel punt voor de data-analyse.Open een intern MATLAB-script voor post-processing data-analyse. Deze software schat niet alleen alle hemodynamische parameters, maar gebruikt ook de redundantie van de gegevens om de meetkwaliteit automatisch te beoordelen en de resultaten te begrenzen. Bereken de absolute HBO- en HBR-concentraties door de absorptiecoëfficiënten bij alle golflengten te fitten; gebruik literatuurwaarden voor de HB-extinctiecoëfficiënten en een waterconcentratie van 75% in het weefsel om de totale hemoglobineconcentratie en de hemoglobine-zuurstofsaturatie af te leiden uit de HBO- en HBR-concentraties.Schat het cerebrale bloedvolume in door gebruik te maken van het molecuulgewicht van hemoglobine en de dichtheid van het hersenweefsel. Bereken de bloedstroomindex of CBFI door de gemeten temporele autocorrelatiefuncties te fitten aan de diffusiecorrelatievergelijking. Bereken tot slot de index van cerebrale zuurstofconsumptie door de FD-nears-meting van SO₂ en de DCS-meting van CBFI te gebruiken in de volgende vergelijking.Zoals hier wordt getoond, onthulde een dwarsdoorsnedestudie bij meer dan 50 gezonde zuigelingen dat terwijl het CBV meer dan verdubbelt tijdens het eerste levensjaar, SO two constant blijft. Een studie bij 70 gezonde pasgeborenen toonde ook aan dat C-B-V-C-B-F-I en CMR O2 I hoger zijn in de temporale en pariëtale regio's dan in de frontale regio, wat consistent is met bevindingen over glucoseopname via PET. In beide studies wijst de constante SO two erop dat de zuurstoftoevoer nauw aansluit bij de lokale consumptie, terwijl C-B-V-C-B-F en CM O2 sterker gekoppeld zijn aan de neurale ontwikkeling.Om te verifiëren dat CM RO twee I een betere screeningstool is dan SO twee bij het detecteren van neonatale hersenbeschadiging. Studies bij zuigelingen met hersenbeschadiging tonen aan dat SO twee niet significant wordt beïnvloed door hersenbeschadiging in zowel de vroege als de chronische stadia. Terwijl CMR O2 I tijdens zowel de acute als de chronische stadia significant afwijkt van de normale waarden, dient te worden geverifieerd of hypothermiebehandeling de schade na een hypoxisch insult vermindert door het hersenmetabolisme te verlagen.We hebben 10 zuigelingen tijdens de therapie gemeten en vergeleken met normale controles. Zoals hier getoond, neemt de CMR O2 I bij zuigelingen die behandeld werden met therapeutische hypothermie significant af tot waarden onder het normale niveau. Deze voorlopige resultaten suggereren dat de FD nears DCS-methode, zodra deze onder de knie is, in staat kan zijn om hypothermietherapie te begeleiden en te optimaliseren.Deze techniek kan efficiënt aan het bed worden uitgevoerd zonder de zuigeling te storen. Om een optimale datakwaliteit te garanderen, is het belangrijk om tijdens de acquisitie een goed contact tussen de probe en het hoofd van de zuigeling te behouden. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in het uitvoeren van metingen van het cerebrale metabolisme en de hemodynamiek bij zuigelingen.

non-invasive-optical-measurement-cerebral-metabolism-hemodynamics

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

Hier beschrijven we een dataverzameling en data-analyse methode voor functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), een nieuwe niet-invasieve beeldvorming van de hersenen dat gebruikt wordt in de cognitieve neurowetenschappen, met name in het bestuderen van kind ontwikkeling van de hersenen. Deze methode biedt een universele standaard van de data-acquisitie en-analyse van vitaal belang om gegevens te interpreteren en wetenschappelijke ontdekkingen.

Het verkennen van cognitieve functies bij baby&#39;s, Kinderen &amp; Volwassenen met Near Infrared Spectroscopy

Microcirculatoire beeldvorming (MI) wordt gebruikt om perifere perfusie te bewaken bij kritisch zieke of premature neonaten. Dit manuscript en de video tonen de optimale benadering voor het verkrijgen van hoogwaardige beelden.

Transcutane Microcirculatoire Imaging bij premature pasgeborenen

Hier, laten we het toepassen van amplitude-geïntegreerd elektro-encefalografie voor het controleren van de cerebrale functie bij pasgeborenen.

Toepassing van een Amplitude-geïntegreerd EEG Monitor (cerebrale functie Monitor) voor pasgeborenen

Hemorragische shock is een ernstige complicatie bij ernstig gewonde patiënten, wat leidt tot levensbedreigende zuurstof ondervoeding. We presenteren een gestandaardiseerde methode voor het induceren van hemorragische shock via bloed terugtrekking bij varkens die wordt geleid door hemodynamiek en microcirculatoire cerebrale oxygenatie.

Gestandaardiseerde hemorragische shock inductie geleid door cerebrale Oximetrie en uitgebreide hemodynamische controle bij varkens

Dit protocol laat zien hoe de functionele connectiviteit van de rusttoestand in de menselijke prefrontale cortex kan worden gemeten met behulp van een op maat gemaakt diffuus correlatiespectroscopie-instrument. Het rapport bespreekt ook praktische aspecten van het experiment en gedetailleerde stappen voor het analyseren van de gegevens.

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functionele connectiviteit van het menselijk brein met behulp van optical diffuse correlatie spectroscopie

Dit protocol is ontworpen om artsen te helpen bij het meten van regionale weefsel oxygenatie op verschillende lichaamsplaatsen bij zuigelingen en kinderen. Het kan worden gebruikt in situaties waar weefsel oxygenatie is potentieel gecompromitteerd, met name tijdens cardiopulmonale bypass, bij het gebruik van niet-pulsatiele cardiale-assist apparaten, en in ernstig zieke neonaten, zuigelingen en kinderen.

Hoe near-infrared spectroscopie toedienen in ernstig zieke neonaten, zuigelingen en kinderen

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het niet-invasief monitoren van cerebrale hemodynamiek van neurokritische patiënten in realtime en aan het bed met behulp van diffuse optica. In het bijzonder maakt het voorgestelde protocol gebruik van een hybride diffuus optisch systeem om real-time informatie over cerebrale oxygenatie, cerebrale bloedstroom en cerebrale metabolisme te detecteren en weer te geven.

Real-time monitoring van neurokritische patiënten met diffuse optische spectroscopieën

We presenteren een protocol om regionale zuurstofverzadiging (rSO2) te meten bij hemodialysepatiënten (HD) met behulp van een nabij-infrarood spectroscopiemonitor. De rSO2-waarde is een index van weefseloxygenatie. Deze niet-invasieve en real-time monitoring kan nuttig zijn voor het bevestigen van veranderingen in orgaanoxygenatie tijdens de ZvH.

Meting van weefseloxygenatie met behulp van nabij-infraroodspectroscopie bij patiënten die hemodialyse ondergaan

We presenteren een methode voor het gelijktijdig verzamelen van fMRI- en fNIRS-signalen van dezelfde proefpersonen met fNIRS-dekking van het hele hoofd. Het protocol is getest met drie jongvolwassenen en kan worden aangepast voor gegevensverzameling voor ontwikkelingsstudies en klinische populaties.

Gelijktijdige gegevensverzameling van fMRI- en fNIRS-metingen met behulp van een optode-array voor het hele hoofd en kanalen over korte afstand

We beschrijven een protocol om niet-invasief en continu de absolute microvasculaire bloedstroomindex en zuurstofverzadiging in het bloed te meten met behulp van een multimodaal apparaat op basis van nabij-infrarood diffuse optica. Vervolgens evalueren we de stofwisseling van zuurstofverbruik en reactieve hyperemie met behulp van een vasculaire occlusietest.

Niet-invasieve monitoring van microvasculaire oxygenatie en reactieve hyperemie met behulp van hybride, nabij-infrarood diffuse optische spectroscopie voor kritieke zorg

Leer niet-invasieve optische meting van cerebraal metabolisme en hemodynamica bij zuigelingen met FD-NIRS en DCS. Deze methode biedt een veilige bedzijde screening voor neonatale hersengezondheid en vroege interventie.

Niet-invasieve optische meting van Cerebral Metabolisme en Hemodynamica bij zuigelingen

Meer video's verkennen