Artykuł metodologiczny

Nieinwazyjne monitorowanie utlenowania mikrokrążenia i reaktywnego przekrwienia przy użyciu hybrydowej, rozproszonej spektroskopii optycznej w bliskiej podczerwieni do intensywnej terapii

3.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/66062

⸱

10 maja 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, 2Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, 3Critical Care Department, Parc Taulí Hospital Universitari, 4Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, Politecnico di Milano, 5ASPHALION s.l., 6Splendo, 7BioPixS-Biophotonics Standards, IPIC, Tyndall National Institute, 8Hemophotonics s.l., 9PIONIRS s.r.l., 10Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, 11Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Opisujemy protokół do nieinwazyjnego i ciągłego pomiaru bezwzględnego wskaźnika przepływu krwi w mikronaczyniach krwionośnych i nasycenia krwi tlenem za pomocą multimodalnego urządzenia opartego na optyce dyfuzyjnej bliskiej podczerwieni. Następnie oceniamy tempo metabolizmu zużycia tlenu i reaktywnego przekrwienia za pomocą testu okluzji naczyniowej.

Streszczenie

Wykrywanie poziomów upośledzenia zużycia tlenu w mikronaczyniach krwionośnych i reaktywnej hiperemii jest niezbędne w intensywnej terapii. Nie ma jednak praktycznych środków umożliwiających przeprowadzenie rzetelnej i ilościowej oceny. W artykule opisano protokół oceny tych zaburzeń przy użyciu hybrydowego urządzenia optycznego dyfuzyjnego w bliskiej podczerwieni. Urządzenie zawiera moduły do spektroskopii czasowo-rozdzielczej i korelacji dyfuzyjnej w bliskiej podczerwieni oraz pulsoksymetrii. Moduły te umożliwiają nieinwazyjny, ciągły i w czasie rzeczywistym pomiar bezwzględnego, mikronaczyniowego wysycenia krwi / tkanek tlenem (StO2) i wskaźnika przepływu krwi (BFI) wraz z nasyceniem tlenem tętnic obwodowych (SpO2). To urządzenie wykorzystuje zintegrowany, sterowany komputerowo system opasek uciskowych do wykonywania ustandaryzowanego protokołu z optyczną akwizycją danych z mięśnia ramienno-promieniowego. Standaryzowany test okluzji naczyniowej (VOT) uwzględnia różnice w czasie trwania okluzji i ciśnieniu podawane w literaturze, podczas gdy automatyzacja minimalizuje różnice między operatorami. Opisany przez nas protokół koncentruje się na 3-minutowym okresie okluzji, ale szczegóły opisane w tym artykule można łatwo dostosować do innych czasów trwania i nacisków na mankiet, a także do innych mięśni. Włączenie rozszerzonego pomiaru wartości wyjściowej i okresu rekonwalescencji po okluzji pozwala na ilościowe określenie wartości wyjściowych dla wszystkich parametrów i szybkości odtleniania krwi/tkanek, która odpowiada szybkości metabolicznej zużycia tlenu. Po zwolnieniu mankietu charakteryzujemy szybkość reoksygenacji tkanek, wielkość i czas trwania odpowiedzi przekrwiennej w BFI i StO2. Te ostatnie parametry odpowiadają kwantyfikacji przekrwienia reaktywnego, która dostarcza informacji o funkcji śródbłonka. Co więcej, wyżej wymienione pomiary bezwzględnego stężenia natlenionej i odtlenionej hemoglobiny, BFI, pochodnej szybkości metabolicznej zużycia tlenu, StO2 i SpO2 zapewniają jeszcze niezbadany, bogaty zestaw danych, który może wykazywać nasilenie choroby, spersonalizowane terapie i interwencje w zarządzaniu.

Wprowadzenie

Pacjenci w stanie krytycznym, szczególnie ci z sepsą i innymi podobnymi schorzeniami, często wykazują upośledzoną hiperemię reaktywną oraz utlenowanie mikro naczyniowe1,2,3. Podczas pierwszych fal pandemii COVID-19 nieprzewidziana liczba pacjentów wymagała opieki intensywnej, podczas której wpływ wirusa na śródbłonek stał się oczywisty, lecz brakowało jasnej strategii jego oceny i leczenia4,5,6. W rezultacie w opiece krytycznej, tj. w populacjach oddziałów intensywnej terapii (OIT), wzrosło uznanie dla znaczenia wykrywania dysfunkcji śródbłonka, którą można pośrednio ocenić za pomocą hiperemii reaktywnej7. Oczekuje się, że praktyczna, solidna i powszechnie dostępna ocena dostarczania i zużycia tlenu przez tkanki będzie miała kluczowe znaczenie w optymalizacji strategii reanimacyjnych i bezpośrednim rozwiązywaniu problemów mikrokrążenia. Badania konsekwentnie wykazywały, że trwałe zmiany mikrokrążenia i brak spójności między makrokrążeniem a mikrokrążeniem w pewnym stopniu pozwalają przewidzieć niewydolność narządową i niekorzystne wyniki u pacjentów dotkniętych wstrząsem septycznym lub wstrząsem krwotocznym, wśród innych stanów krytycznych, nawet gdy parametry systemowe uznaje się za prawidłowe8,9,10. Stało się oczywiste, że poleganie wyłącznie na parametrach makrokrążenia jest niewystarczające, ponieważ mikrokrążenie odgrywa krytyczną rolę w utlenowaniu tkanek i funkcjonowaniu narządów11,12,13. Niniejsza praca opisuje protokół wykorzystujący nowe urządzenie multimodalne oparte na technologiach bliskiej podczerwieni i optyki dyfuzyjnej, opracowane w ramach międzynarodowego konsorcjum koncentrującego się na pacjentach OIT. Projekt VASCOVID (https://vascovid.eu), zainspirowany pandemią COVID-19, miał na celu ocenę stanu mikro naczyniowego w mięśniach obwodowych w warunkach intensywnej terapii. Opracowaliśmy protokół z wykorzystaniem urządzenia VASCOVID, który ma na celu pogłębienie naszej wiedzy na temat tych parametrów oraz sposobu, w jaki mogą one być przydatne w prowadzeniu pacjentów w stanie krytycznym w znacznie szerszym zakresie niż tylko w przypadku pacjentów z COVID-19.

Spektroskopia bliskiej podczerwieni (NIRS) jest od dziesięcioleci wykorzystywana do nieinwazyjnej oceny mikrokrążenia w szerokim zakresie zastosowań klinicznych, w tym u pacjentów na oddziałach intensywnej terapii14,15,16,17. Należy zauważyć, że najprostsza aplikacja NIRS, czyli NIRS z falą ciągłą (CW-NIRS), jest zaimplementowana w powszechnie stosowanych i zatwierdzonych klinicznie urządzeniach17,18, służących do pomiaru bezwzględnych stężeń oksy- (HbO) i deoksyhemoglobiny (HbR) w celu obliczenia saturacji tlenowej krwi/tkanki (StO2) w mikrokrążeniu. Chociaż urządzenia te znalazły niszowe zastosowania w opiece klinicznej, na przykład podczas operacji kardiochirurgicznych, posiadają one wyraźne ograniczenia wynikające z fizyki propagacji fotonów w tkankach. Oznacza to, że ich dokładność, precyzja i powtarzalność są dyskusyjne, dlatego często są one wykorzystywane jako monitory trendów19,20. Co więcej, ich wyniki są w dużym stopniu zależne od tkanek powierzchownych, takich jak nadkładające warstwy tkanki tłuszczowej i skóry.

Spektroskopia bliskiej podczerwieni w dziedzinie czasu (TRS) wykorzystuje krótkie impulsy laserowe w zakresie pikosekund o wielu długościach fali, aby ocenić ich opóźnienie i poszerzenie po przejściu przez tkankę21. Pozwala to metodzie TRS oddzielić efekty absorpcji od rozpraszania w celu uzyskania wiarygodnych, dokładnych i precyzyjnych szacunków, a także obliczyć całkowite stężenie hemoglobiny (HbT). Ponieważ TRS pozwala również na określenie długości drogi optycznej, może być wykorzystywana do lepszego oddzielenia sygnałów powierzchniowych od interesujących badacza sygnałów głębokich18,21. Odbywa się to jednak kosztem zwiększonej złożoności, ceny i gabarytów. Niemniej jednak w ostatnich latach systemy TRS stały się mniej złożone i tańsze, co zaowocowało powstaniem urządzeń bardziej dostępnych i łatwiejszych w obsłudze. Niniejszy artykuł opisuje urządzenie wykorzystujące kompaktowy komercyjny moduł TRS od oryginalnego producenta sprzętu (OEM)22,23.

Dyfuzyjna spektroskopia korelacyjna (DCS) to kolejna technologia bliskiej podczerwieni, która wykorzystuje statystykę czasową dyfuzyjnych plamek (speckles) do ilościowego określenia ruchu cząstek rozpraszających światło, którymi w tkankach są głównie erytrocyty16,24. Jest to powszechnie znany wskaźnik mikrokrążenia krwi, który określamy mianem indeksu przepływu krwi (BFI)25. Jednoczesne zastosowanie TRS i DCS w hybrydowym urządzeniu optycznym pozwala na uzyskanie informacji o metabolizmie tlenu poprzez wykorzystanie wspólnych modeli do wyznaczenia lokalnej frakcji ekstrakcji tlenu i pomnożenie jej przez przepływ krwi15,26,27.

W celu oceny mikrokrążenia na oddziale intensywnej terapii często wykorzystuje się NIRS wraz z testem okluzji naczyniowej (VOT), który jest wyzwaniem niedokrwiennym polegającym na zablokowaniu dopływu krwi do badanego mięśnia obwodowego przez określony czas (kilka minut)28,29,30,31,32. Najczęściej wykonuje się go poprzez napompowanie opaski uciskowej zawiązanej wokół ramienia powyżej ciśnienia skurczowego33. Podczas VOT klinicyści oceniają odpowiedź utlenowania krwi mikro naczyniowej na zmiany przepływu krwi, aby wyznaczyć metabolizm tlenu w spoczynku oraz hiperemię reaktywną34. Przyjmuje się, że podczas VOT, przy mankiecie napompowanym znacznie powyżej ciśnienia okluzji kończyny, nie występuje dopływ ani odpływ krwi. W związku z tym początek VOT objawia się spadkiem StO2, czyli deoksygenacją (DeO2), ponieważ tlen jest zużywany przez tkankę, co pozwala na oszacowanie metabolicznej szybkości zużycia tlenu. Po zakończeniu VOT i spuszczeniu powietrza z mankietu, krew gwałtownie napływa, aby zrekompensować jej niedobór, co prowadzi do odpowiedzi hiperemicznej. Ten gwałtowny napływ powoduje szybki wzrost StO2, czyli reoksygenację (ReO2). Odpowiedź hiperemiczna, która objawia się wzrostem powyżej początkowej wartości bazowej z powolnym powrotem do tej wartości, pozwala oszacować hiperemię reaktywną. Połączenie NIRS z VOT budzi coraz większe zainteresowanie w intensywnej terapii ze względu na łatwość zastosowania oraz potencjał w przewidywaniu niekorzystnych wyników, a nawet śmiertelności w stanach krytycznych, takich jak sepsa35,36,37.

Podczas pandemii COVID-19 nasze grupy zainicjowały światowe konsorcjum i niedawno zakończyły tzw. badanie HEMOCOVID-19, wykazując związek między zmianami w obwodowym mikrokrążeniu a ciężkością zespołu ostrej niewydolności oddechowej u pacjentów z COVID-196. Zostało to potwierdzone również w innych pracach7,38. Wszystkie te badania zostały przeprowadzone z użyciem wspomnianych wcześniej systemów CW-NIRS, a zatem obarczone były ich wadami. Ponadto wykonanie VOT nie było zestandaryzowane w różnych badaniach i zależy od wielu parametrów, takich jak czas okluzji, ciśnienie opaski uciskowej oraz różnice wynikające z pracy operatora29,39,40. Przegląd literatury wyraźnie wskazuje, że aby VOT i NIRS zyskały uznanie w praktyce klinicznej, ważne jest mierzenie przepływu krwi, posiadanie zestandaryzowanych protokołów oraz niezawodnego systemu NIRS11. W związku z tym zaproponowaliśmy, że wykorzystując bardziej zaawansowaną formę NIRS (TRS), mierząc przepływ krwi i standaryzując kontrolę mankietu podczas VOT, można osiągnąć lepsze rozróżnienie stanów patologicznych od zdrowych. W tym celu opracowaliśmy to hybrydowe urządzenie do optyki rozproszonej, które integruje wiele modułów, w tym dwa moduły optyki rozproszonej w bliskiej podczerwieni: TRS i DCS, pulsoksymetrię oraz zautomatyzowaną opaskę uciskową. Moduł pulsoksymetryczny dostarcza informacji o częstotliwości akcji serca (HR), indeksie perfuzji oraz procencie wysycenia krwi tętniczej tlenem (SpO2). W urządzeniu zastosowano szybką opaskę uciskową, która jest kluczowa dla przeprowadzenia VOT. Urządzenie posiada opcjonalne pudełko z akcesoriami, które umożliwia pozyskiwanie dodatkowych informacji podczas użytkowania w celu rozszerzonej i ciągłej kontroli jakości, takich jak rutynowy i praktyczny pomiar funkcji odpowiedzi instrumentu (IRF) dla TRS oraz pomiar na fantomie imitującym tkankę w celu oceny stabilności podłużnej. Urządzenie podczas użytkowania na OIOM przedstawiono na Ryc. 1.

Układ medyczny z urządzeniem VASCOVID i sprzętem monitorującym; stosowany do analizy absorpcji optycznej.
Rysunek 1: Rozmieszczenie przenośnego urządzenia przy łóżku pacjenta na oddziale intensywnej terapii z przymocowanymi do pacjenta sondami i mankietem. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Multimodalna inteligentna sonda zawiera światłowody źródłowe i detekcyjne dla obu technik TRS i DCS, a filtry optyczne wewnątrz urządzenia zapobiegają interferencji między DCS a TRS. Odległość między źródłem a detektorem zastosowana w tym systemie wynosi 25 mm. Ponadto sonda jest wyposażona w pojemnościowy czujnik dotyku, który stanowi istotny element bezpieczeństwa zapobiegający zagrożeniom laserowym zgodnie z normą bezpieczeństwa laserowego (IEC 60601-2-22:2019)41. System bezpieczeństwa laserowego w urządzeniu gwarantuje, że emisja lasera następuje tylko wtedy, gdy sonda styka się z tkanką. W przypadku wykrycia odłączenia sondy lasery są natychmiast wyłączane, co zapewnia bezpieczeństwo zarówno pacjentów, jak i operatorów. Ponadto sonda jest zintegrowana z akcelerometrem, czujnikiem obciążenia oraz czujnikiem światła w celu zapewnienia dodatkowej funkcjonalności i zbierania danych.

Niniejszy artykuł opisuje zautomatyzowany protokół, w którym badamy mięsień ramienno-promieniowy jednocześnie z VOT przy użyciu opracowanego urządzenia. Harmonogram protokołu przedstawiono na Rysunku 2. Protokół jest w pełni zautomatyzowany i nie wymaga interwencji operatora podczas jego realizacji. Wykorzystując możliwości tego nowatorskiego urządzenia, dążymy do uzyskania cennych informacji, które pozwolą lekarzom lepiej zrozumieć fizjopatologię obwodowego zużycia tlenu, a także ocenić stosunek zużycia do dostawy tlenu, pomagając im w tym으로써 w sposób kompleksowy i efektywny poprawić opiekę nad pacjentem.

Wykres ciśnienia stazy: poziom bazowy, test okluzji naczyniowej, regeneracja; diagram czasu względem ciśnienia.
Rysunek 2: Harmonogram protokołu. Pacjent pozostaje w spoczynku przez cały czas trwania procedury, przy ciśnieniu 0 mmHg w początkowej fazie bazowej i w okresie regeneracji. VOT jest przeprowadzany przy użyciu stazy napompowanej do ciśnienia o 50 mmHg wyższego niż skurczowe ciśnienie krwi pacjenta. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Protokół

Badanie zostało zatwierdzone przez lokalną komisję etyczną w Parc Tauli Hospital Universitari. Od pacjentów lub ich najbliższych członków rodziny uzyskano pisemną i świadomą zgodę. Bezwzględnymi przeciwwskazaniami do włączenia do protokołu były: kliniczne podejrzenie lub echograficzne potwierdzenie zakrzepicy żył w badanej kończynie górnej, inne urazy naczyniowe lub urazy mechaniczne w badanej kończynie górnej, utrata ciągłości skóry lub zmiany skórne, które mogłyby utrudnić przyłożenie głowicy.

1. Autotest urządzenia

  1. Włącz urządzenie. Urządzenie uruchamia się z oprogramowaniem opracowanym wewnętrznie.
  2. Przekręć klucz zabezpieczający do pozycji ON, umieść sondę całkowicie wewnątrz obudowy funkcji odpowiedzi instrumentu (IRF) i naciśnij przycisk Reset na sondzie, jeśli świeci ona światłem.
  3. Naciśnij przycisk OK w wyświetlonym oknie dialogowym i poczekaj, aż urządzenie będzie gotowe.
    UWAGA: Urządzenie przeprowadza autotesty w celu zapewnienia stabilnej pracy. Użytkownik zostanie powiadomiony za pomocą komunikatu w oknie pop-up, gdy urządzenie będzie gotowe.

2. Opcjonalny pomiar IRF i fantomu

  1. Naciśnij OK, gdy urządzenie będzie gotowe.
  2. Naciśnij Yes, gdy pojawi się prośba o pomiar IRF. Urządzenie automatycznie dostosuje intensywność lasera, aby osiągnąć pożądaną liczbę zliczeń na poziomie 1 miliona.
  3. Naciśnij przycisk Stop, gdy zaobserwowany zostanie stabilny poziom zliczeń i DTOF. Ta funkcja odpowiedzi impulsowej (IRF) jest zapisywana w plikach oraz ładowana do oprogramowania w celu wykorzystania w obliczeniach w czasie rzeczywistym.
  4. Włóż sondę prawidłowo do pudełka z fantomem, tak aby zapalił się wskaźnik podłączenia sondy.
  5. Naciśnij przycisk Phantom, aby uruchomić protokół dla fantomu.
    UWAGA: Test kontroli jakości weryfikuje, czy detektory DCS i TRS odbierają wystarczającą liczbę fotonów, a także sprawdza, czy prąd ciemny mieści się w pożądanych granicach.
  6. Kontynuuj rejestrację przez co najmniej 30 s po zakończeniu kontroli jakości, aby zapisać wystarczającą ilość danych do dalszej analizy offline.

3. Przygotowanie do pomiaru przy łóżku pacjenta

  1. Załóż stazę na ramieniu powyżej łokcia, tak jak podczas pomiaru ciśnienia tętniczego. Mankiet nie powinien być owinięty zbyt luźno ani zbyt ciasno wokół ramienia.
    UWAGA: Luźne założenie stazy wymaga wpompowania większej ilości powietrza w celu osiągnięcia pożądanego ciśnienia. Powolna inflacja pozwala organizmowi na ponowną adaptację fizjologiczną.
  2. Przymocuj pulsoksymetr do palca wskazującego tej samej ręki. Jeśli nie jest możliwe przymocowanie go do palca wskazującego, przymocuj go do dowolnego innego palca.
  3. Zlokalizuj mięsień ramienno-promieniowy, który będzie badany; znajduje się on w bocznej części przedramienia, tuż poniżej łokcia. Poproś pacjenta o zaciskanie i otwieranie pięści, aby wyczuć mięsień, kładąc palce na przedramieniu. W przypadku pacjentów poddanych sedacji lub takich, którzy nie mogą się poruszać, wyznacz przebieg mięśnia, lekko obracając ramię jedną ręką. Wyczuj mięsień między kciukiem a palcami drugiej ręki.
  4. Zmierz obwód ramienia w miejscu zlokalizowanego mięśnia za pomocą miękkiej miary krawieckiej, jak pokazano na Rysunku 3.
  5. Zmierz przybliżoną grubość tkanki tłuszczowej nad mięśniem, używając cyfrowego sidelinesa do pomiaru fałdu skórnego, jak pokazano na Rysunku 4.
  6. Przymocuj głowicę sondy do mięśnia tak, aby włókna optyczne i kable były skierowane w stronę dłoni, jak pokazano na Rysunku 5.
    UWAGA: Nie przymocowuj sondy zbyt ciasno, ponieważ może to wpłynąć na fizjologię tkanek. Upewnij się, że włókna nie dotykają ruchomych obiektów, co mogłoby spowodować powstanie artefaktów w danych.
  7. Przykryj sondę czarną tkaniną, aby zablokować światło zewnętrzne.
    UWAGA: Jeśli pacjent jest przytomny, poinformuj go, że VOT może wywołać uczucie mrowienia i że nie powinien poruszać ramieniem.

Pomiar obwodu ramienia, metoda kliniczna, ocena medyczna, warunki szpitalne.
Rycina 3: Pomiar obwodu ramienia w obrębie mięśnia ramienno-promieniowego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Pomiar gęstości kości, przedramię, urządzenie DEXA, warunki kliniczne, procedura diagnostyki medycznej.
Rysunek 4: Pomiar grubości tkanki tłuszczowej nad mięśniem przy użyciu kalipera do pomiaru tkanki tłuszczowej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Układ medyczny z liniami do infuzji i sprzętem monitorującym na ramieniu pacjenta, proces opieki szpitalnej.
Rysunek 5: Sonda przymocowana do mięśnia z włóknami i kablami biegnącymi w stronę dłoni. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

4. Pozyskiwanie danych

  1. Upewnij się, że wskaźnik LED podłączenia sondy na przednim panelu urządzenia świeci, a ikona dotykowa w oprogramowaniu jest zielona, co oznacza, że sonda jest podłączona.
  2. Naciśnij przycisk Protocol timed . Upewnij się, że otwiera on nowe okno dialogowe, jak pokazano na Rysunku 6. Wprowadź identyfikator pacjenta (subject ID), identyfikator operatora oraz ciśnienie docelowe wyższe o 50 mmHg od skurczowego ciśnienia tętniczego.
  3. Naciśnij OK , aby uruchomić zautomatyzowany protokół. Dane w czasie rzeczywistym są wyświetlane na wykresach. Protokół rozpoczyna się od kontroli jakości, która automatycznie dostosowuje moc lasera oraz sprawdza liczbę fotonów i interferencje między modalnościami. Kontrola jakości kończy się w ciągu 2 min. Obserwuj okrągłe ikony oznaczone jako TRS i DCS, które po zakończeniu kontroli jakości danych muszą zmienić kolor na zielony.
    UWAGA: Zielone ikony wskazują, że szybkość zliczania fotonów mieści się w pożądanym zakresie, do sondy nie dostaje się światło zewnętrzne i nie występuje przesłuch (crosstalk) między modalnościami. W związku z tym pomiar może zostać kontynuowany. Wykresy są resetowane po zakończeniu fazy jakości, a sygnały reprezentujące dane pacjenta są kreślone w czasie rzeczywistym.
  4. Jeśli ikony TRS i DCS nie zmienią koloru na zielony i pozostaną czerwone po zakończeniu kontroli jakości, przejdź do kroku 2.6. Naciśnij przycisk Stop , aby przerwać protokół, jeśli stan pacjenta jest niestabilny lub wymaga nagłej interwencji klinicznej w dowolnym momencie trwania procedury.
  5. Naciśnij przycisk Extend , aby dodać 30 s do czasu trwania fazy przedokluzyjnej, jeśli pacjent poruszy ramieniem i sygnały bazowe nie są stabilne.
    UWAGA: Operator może nacisnąć przycisk Extend dowolną liczbę razy i w dowolnej fazie w zależności od potrzeb; każde naciśnięcie przycisku doda 30 s.
  6. Upewnij się, że staza automatycznie napompowuje się do pożądanego ciśnienia, aby rozpocząć VOT. Naciśnij przyciski + lub -, aby zwiększyć lub zmniejszyć pożądane ciśnienie okluzji w krokach co 5 mmHg, jeśli ciśnienie tętnicze pacjenta zmieni się po uruchomieniu protokołu. Początek i koniec VOT są automatycznie zaznaczone żółtymi liniami pionowymi.
    UWAGA: Oprogramowanie jest ustawione na ciągłe pozyskiwanie danych i automatyczne wykonanie 3 min VOT po 3 min pomiaru bazowego. Zdefiniowany standardowy protokół trwa jeszcze sześć minut po zakończeniu VOT, aby ocenić regenerację po ustąpieniu odpowiedzi hiperemicznej pacjenta i uzyskaniu stabilnego stanu.
  7. Naciśnij OK , gdy operator zostanie powiadomiony o zakończeniu protokołu za pomocą komunikatu wyskakującego, który sygnalizuje pomyślne ukończenie procedury.
  8. Zdejmij sondy i mankiet z pacjenta, a następnie oczyść je za pomocą gazika nasączonego alkoholem lub odpowiednika.
  9. Wpisz ręcznie do formularza danych pacjenta informacje kliniczne i demograficzne (zgodnie z zdefiniowanymi protokołami badania) wraz z obwodem ramienia w miejscu przyłożenia sondy oraz grubością nadkładającej tkanki tłuszczowej.

Wykres monitorowania hemodynamicznego z oknem wprowadzania parametrów; konfiguracja śledzenia tlenu we krwi i tętna.
Rycina 6: Zrzut ekranu parametrów protokołu użytych do automatycznego wykonania całego protokołu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

5. Analiza danych

  1. Należy użyć skryptu/programu napisanego w preferowanym języku (np. Python lub MATLAB), aby otworzyć i zwizualizować zarejestrowane dane binarne.
  2. Obliczyć wskaźnik zużycia tlenu reprezentujący metabolizm tkanek, który definiuje się jako:
    Równanie tempa metabolicznego, schemat, MRO2 ≈ Hb × (SpO2 - StO2) × BFI, analiza wskaźnika przepływu krwi.
    gdzie Hb to hematokryt, który jest odczytywany z kart klinicznych pacjenta w formularzu danych pacjenta.
  3. Obliczyć tempo DeO2 (nachylenie StO2 od rozpoczęcia VOT do 1 min), amplitudę DeO2 (bazowy poziom StO2 minus minimalny poziom StO2), tempo ReO2 (nachylenie StO2 od zakończenia VOT do osiągnięcia wartości szczytowej), amplitudę szczytu hiperemicznego StO2 i BFI (wartości szczytowe) oraz pole pod krzywą (AUC) odpowiedzi reaktywnej po VOT zarówno dla StO2, jak i BFI.
    UWAGA: Obliczanie bezwzględnych wartości w czasie rzeczywistym dla HbO, HbR, HbT oraz StO2 jest realizowane za pomocą algorytmu dopasowania wykorzystującego krzywe rozkładu czasu przelotu (DTOF) z TRS dla obu długości fal. Szczegóły teoretyczne można znaleźć w pracach Torricelli et al. oraz Contini et al.18,21. Obliczanie BFI w czasie rzeczywistym odbywa się za pomocą algorytmu dopasowania wykorzystującego krzywe autokorelacji z DCS. Szczegóły teoretyczne można znaleźć w pracy Durduran and Yodh16.

Wyniki

W toku aktualnych badań klinicznych urządzenie było wykorzystywane przez ponad 300 h przez kilku przeszkolonych użytkowników do wykonywania pomiarów u pacjentów na oddziałach intensywnej terapii oraz u zdrowych osób kontrolnych, w celu uzyskania klinicznie istotnych wyników i charakterystyki działania systemu in vivo w rzeczywistych warunkach. Poniżej przedstawiamy przykładowe przebiegi czasowe danych z jednego badanego, które są widoczne dla użytkownika. Wstępne wyniki protokołu są mierzone i wyświetlane w czasie rzeczywistym, takie jak HbO, HbR, HbT, StO2, SpO2 oraz BFI. Opisano również różne parametry pochodne, takie jak MRO2, DeO2, ReO2 oraz AUC.

Rycina 7 przedstawia monitor urządzenia podczas kroku 3.3, który pokazuje jakość danych, w tym automatycznie testowane dostrajanie mocy laserów, liczbę fotonów oraz przesłuchy między modalnościami. Monitor urządzenia wyświetla dwie krzywe autokorelacji intensywności (g2), ponieważ urządzenie posiada dwa włókna detektora DCS sprzężone z modułami zliczania pojedynczych fotonów oraz DTOF dla obu długości fal urządzenia TRS. Długość fali lasera wykorzystywanego w DCS wynosi 785 nm, podczas gdy moduł OEM TRS emituje lasery o długościach fal 685 nm i 830 nm. Krzywe autokorelacji na górnym wykresie wydają się być zaszumione przy krótszych czasach opóźnienia. Może to wynikać częściowo z niskiej intensywności światła w tym konkretnym przykładzie. W celu zwiększenia stosunku sygnału do szumu dla DCS zalecano zwiększenie intensywności światła oraz zastosowanie niezależnych/równoległych włókien detekcyjnych42,43. W związku z tym planowane jest uśrednianie dwóch kanałów DCS, aby zredukować wpływ szumów i w konsekwencji obliczyć dokładniejszy wskaźnik BFI.

Wykresy korelacji i danych DTOF; analiza spektroskopowa; wyniki pomiarów emisji.
Rycina 7: Zrzut ekranu trybu monitorowania urządzenia w oprogramowaniu podczas fazy sprawdzania jakości danych. Górny wykres przedstawia krzywe autokorelacji z dwóch kanałów DCS. Środkowy wykres przedstawia DTOF dla długości fal TRS. Dolny wykres przedstawia liczbę zliczeń fotonów dla DCS i TRS. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Wstępny okres bazowy z monitorem klinicznym, przedstawiony na Rysunku 8, zawiera zielone ikony dla DCS i TRS, co wskazuje na pomyślny wynik testów jakości. Wyświetlone sygnały wydają się bardzo stabilne, w związku z czym w tym przypadku funkcja Extend, opisana w kroku 3.5, nie była wymagana. Jeśli wstępna linia bazowa wygląda tak, jak pokazano na Rysunku 9, konieczne jest skorzystanie z funkcji Extend. Funkcja ta przedłuża pozyskiwanie danych bazowych w celu uzyskania 3 min stabilnych danych, które mogą zostać wykorzystane do obliczenia dokładnych wartości bazowych dla wszystkich parametrów.

Wykresy parametrów hemodynamicznych, natlenienia krwi i wskaźnika przepływu; analiza danych monitorowania klinicznego.
Rysunek 8: Zrzut ekranu trybu monitorowania klinicznego oprogramowania podczas początkowej fazy bazowej, przedstawiający stabilne sygnały bazowe. Górny wykres przedstawia wartości bezwzględne parametrów hemodynamicznych mierzonych za pomocą TRS, środkowy wykres pokazuje sygnały wysycenia tlenem oraz wartość tętna mierzone przez TRS i pulsoksymetr, a dolny wykres przedstawia BFI mierzone za pomocą DCS. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Wykres parametrów hemodynamicznych; natlenienie krwi, indeks przepływu; analiza niestabilności ruchu.
Rysunek 9: Zrzut ekranu pokazujący skoki w sygnałach spowodowane ruchem sondy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Początek i koniec etapu okluzji mankietem są zaznaczone żółtymi liniami pionowymi, jak pokazano na Rysunku 10. Kształt tętna oraz wartości SpO2 nie mają w tej fazie znaczenia klinicznego ani fizjologicznego, ponieważ do pulsoksymetrii wykorzystano palec z tej samej ręki, która jest poddana okluzji. Wskazuje na to czerwona ikona OXY, oznaczająca niewiarygodne dane z pulsoksymetru. Aby uniknąć tej sytuacji, moglibyśmy przymocować pulsoksymetr do zdrowej dłoni pacjenta, która nie jest objęta stazą i pozostaje niezakłócona. Chcemy jednak uzyskać indeks perfuzji badanej ręki za pomocą pulsoksymetru dla początkowej fazy bazowej oraz końcowej fazy regeneracji, aby przeanalizować efekty VOT. Dlatego zdecydowaliśmy się na zastosowanie pulsoksymetru na tej samej ręce, na której znajduje się staza.

Wykresy danych hemodynamicznych, natlenienia krwi i indeksu przepływu krwi; parametry monitorowania fizjologicznego.
Rycina 10: Zrzut ekranu oprogramowania pokazujący żółte pionowe linie wyznaczające momenty rozpoczęcia i zakończenia VOT. Wartości SpO2 oraz tętna są nieistotne, ponieważ przepływ krwi jest ograniczony. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 11 przedstawia kompletny harmonogram protokołu, zgodnie z opisem w kroku 3.6, wliczając końcową fazę rekonwalescencji, co ilustruje odpowiedź hiperemiczną oraz powrót parametrów klinicznych do początkowych wartości bazowych. Górny wykres na Rysunku 11 przedstawia absolutne parametry hemodynamiczne. Rozpoczęcie VOT wyznacza trend spadkowy HbO i trend wzrostowy HbR, ponieważ zarówno dopływ, jak i odpływ krwi są blokowane przez ucisk mankietu. Trend ten odwraca się w momencie zakończenia VOT, przekracza początkowe wartości bazowe, a następnie powraca do wartości bazowych w fazie rekonwalescencji. Środkowy i dolny wykres pokazują, że sygnał BFI jest nieco bardziej zaszumiony niż StO2. Wynika to immanentnie z faktu, że DCS wykazuje tendencję do wyższego stosunku kontrastu do szumu, co jest widoczne w postaci silnej odpowiedzi hiperemicznej w BFI42,44. Wykorzystując bogaty zbiór danych z tego nowatorskiego urządzenia, oscylacje BFI zostały użyte jako potencjalne biomarkery do diagnozowania pacjentów z sepsą45.

Analiza hemodynamiczna; wykres parametrów; obejmuje dane o utlenowaniu i przepływie krwi; monitorowanie kliniczne.
Rysunek 11: Zrzut ekranu z monitora klinicznego przedstawiający sygnały w trakcie osi czasu protokołu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Dzięki temu protokołowi możliwe jest monitorowanie tlenu wykorzystywanego przez mięsień w izolacji podczas VOT. Nachylenie DeO2 podczas próby niedokrwiennej wskazuje, w jaki sposób tkanka zużywa tlen. Wczesny spadek StO2 podczas VOT odzwierciedla tempo zużycia tlenu w tkance. Szczyt hiperemiczny i następujące po nim trendy spadkowe StO2 oraz BFI są bezpośrednio powiązane z reaktywnością hiperemiczną i mikronaczyniową. Poza tymi oczywistymi wynikami możemy wykorzystać kilka potencjalnych biomarkerów do klasyfikacji konkretnej grupy pacjentów OIOM. Istniejące biomarkery to tempo deoksygenacji, minimalna wartość StO2 podczas VOT, tempo reoksygenacji, wartość szczytu hiperemicznego oraz pole pod krzywą dla StO2 i BFI. Biomarkery te mogą być wykorzystane do identyfikacji populacji pacjentów oraz stopnia zaawansowania ich chorób. Wyniki uzyskane z przykładowego zestawu danych pacjenta przedstawiono na Rysunku 12. Termin „DATA QC” oznacza wstępną kontrolę jakości, która nie odnosi się do danych pacjenta, dlatego nie jest ona wyświetlana w reprezentacji. Średnie wartości StO2, BFI i MRO2 dla okresu bazowego są obliczane w celu porównania z fazami VOT i rekonwalescencji po VOT. Wyniki uzyskane podczas tego protokołu mogą różnić się od danych z tego przykładu. Wartości bazowe wszystkich parametrów mogą być wyższe lub niższe, a tempo DeO2 może być szybsze lub wolniejsze. Odpowiedź hiperemiczna może charakteryzować się wyższym lub niższym tempem ReO2 i wartościami szczytowymi, lub szczyt może być nieobecny. Faza rekonwalescencji może wykazywać szybszą lub wolniejszą normalizację wartości. Zróżnicowania te są reprezentatywne dla stanu pacjenta cierpiącego na konkretną chorobę lub zestaw chorób.

Wykres równowagi statycznej z formułami; przedstawia natlenienie, wskaźniki przepływu krwi, zmiany ciśnienia w mankiecie.
Rycina 12: Podsumowanie wyników opracowanych w trybie offline. Czarna przerywana linia oznacza początek trzy minutowego okresu bazowego, natomiast czerwona przerywana linia oznacza zdarzenia pompowania i spuszczania powietrza. Górny wykres przedstawia sygnał StO2 z zaznaczonymi obszarami do obliczania DeO2 oraz ReO2. Środkowy wykres przedstawia BFI, a dolny wykres ciśnienie opaski uciskowej. Wartości bazowe oraz AUC są zaznaczone na niebiesko w odpowiednich fazach. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Dyskusja

Zademonstrowaliśmy w pełni zautomatyzowane, solidne, nieinwazyjne urządzenie do ciągłego pomiaru i monitorowania mięśni szkieletowych przy użyciu hybrydowej optyki rozproszonej do oceny natlenienia mikronaczyniowego, perfuzji krwi i reaktywnej przekrwienia. Korzystając z tego protokołu z urządzeniem VASCOVID, możemy jednocześnie mierzyć bezwzględne parametry hemodynamiczne HbO, HbR i HbT; nasycenie tlenem z StO2 i SpO2; DeO2 i ReO2; oraz BFI. Wyświetlane w czasie rzeczywistym StO2 i BFI są uzyskiwane z surowych danych z poprzedniej sekundy odpowiednio z modułów TRS i DCS. Procedura dopasowania nie jest czasochłonna, ponieważ nowoczesne procesory wykorzystują standardowe modele półnieskończonego, jednorodnego nośnika. Uzyskane parametry nie dają pełnego obrazu funkcji śródbłonka. Jednak mierzone przekrwienie reaktywne wykazało wartość prognostyczną, w kilku ostrych stanach, w których upośledzenie śródbłonka odgrywa główną rolę, takich jak wstrząs septyczny lub COVID-19. 6,28 Protokół obejmuje również automatyczną kontrolę jakości, która rejestruje parametry urządzenia, które są przydatne w protokole badawczym w przypadku późniejszego wykrycia niewyjaśnionej anomalii w danych pacjenta.

Kwantyfikacja nakładającej się warstwy tłuszczowej i obwodu ramienia jest ważna podczas pomiaru mięśnia ramienno-promieniowego w tym protokole, ponieważ fotony przechodzą głównie przez nakładające się tkanki po wstrzyknięciu i wykryciu. W optyce dyfuzyjnej dobrze wiadomo, że występuje związany z tym efekt częściowej objętości. W związku z tym powierzchowne informacje powinny być rejestrowane i wykorzystywane podczas analizy danych w celu uwzględnienia wpływu zmian w tkance tłuszczowej46,47. Jest to dodatkowo wzmocnione w tych populacjach pacjentów, ponieważ u pacjentów OIOM często rozwija się obrzęk, w którym kończyny są spuchnięte, gdy woda jest uwięziona z powodu unieruchomienia i innych przyczyn48. U takich pacjentów zmiana obwodu podczas pobytu na OIT może dostarczyć informacji o nasileniu obrzęku. Droga źródła światła docierającego do detektorów musi przejść przez wszystkie warstwy powierzchniowe.

Mankiet powinien być wygodnie owinięty wokół ramienia, zapewniając ścisłe dopasowanie. Jednak ważne jest, aby unikać nadmiernego ucisku, który mógłby wywierać nadmierny nacisk na ramię wyłącznie poprzez owijanie mankietu49. Celem jest uzyskanie bezpiecznego i wygodnego dopasowania bez powodowania niepotrzebnej kompresji, która może zmienić podstawowe parametry hemodynamiczne. Jeśli ściska ramię, jakość danych dla całego protokołu zostanie zagrożona, a wywierane ciśnienie zostanie skutecznie dodane do docelowego ciśnienia VOT. W przypadku, gdy mankiet jest luźno owinięty na ramieniu, do osiągnięcia docelowego ciśnienia potrzeba więcej powietrza, a tym samym zajmie to więcej czasu. Może to dać tkankom czas na dostosowanie fizjologii, ponieważ dopływ tlenu jest powoli zmniejszany, czego należy unikać50.

Ważne jest, aby zamocować inteligentną sondę w taki sposób, aby utrzymywała prawidłowy kontakt bez wywierania nadmiernego nacisku na tkankę. Pozwala to na wiarygodne pomiary przy jednoczesnym uniknięciu ryzyka miejscowego niedokrwienia. Miejscowe niedokrwienie występuje, gdy przepływ krwi do tego obszaru jest ograniczony, co prowadzi do upośledzenia krążenia i potencjalnie zniekształcenia pomiarów51.

Pojemnościowy czujnik dotykowy na sondzie jest używany przez laserowy system bezpieczeństwa, aby zapewnić, że laser świeci tylko wtedy, gdy sonda jest przymocowana do tkanki. Jeśli pacjent ma dużą gęstość włosów na ramieniu, czułość czujnika dotykowego może być zagrożona. Zastosowanie cienkiej przezroczystej podwójnej taśmy po stronie czujnika sondy może skutecznie złagodzić problem z czujnikiem dotykowym. Gdy sonda jest przymocowana do owłosionego ramienia razem z tą taśmą, zapewnia niezawodny i stabilny sygnał dotykowy. Dla inteligentnej sondy dostępne są predefiniowane nacięcia tej taśmy z separacją między źródłami światła a detektorami. Separacja jest niezbędna, aby zapobiec tworzeniu się bezpośredniego kanału świetlnego między okienkiem źródła a czujnikiem, co może mieć wpływ na jakość pomiarów. Zastosowanie przezroczystej podwójnej taśmy służy jako praktyczne rozwiązanie zwiększające niezawodność wykrywania dotyku w takich okolicznościach. Jeśli wykrywanie dotyku zostanie utracone podczas protokołu, wyłączy lasery, a pomiar zostanie utracony. Sonda jest również wyposażona w czujnik obciążenia, który w przyszłości może być wykorzystany jako zapasowy środek bezpieczeństwa.

Jeśli pacjent porusza ramieniem lub niewielka interwencja kliniczna zakłóca stabilność uzyskanych sygnałów w fazie wyjściowej, powodując ostre szczyty, zaleca się skorzystanie z funkcji wydłużania. Ta funkcja pozwala na uzyskanie stabilnej linii bazowej przez trzy minuty, zapewniając spójny i wiarygodny pomiar sygnału.

Ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że ciśnienie krwi pacjenta może ulec znacznym zmianom po zainicjowaniu protokołu, co może wpłynąć na zdolność do osiągnięcia docelowego ciśnienia o 50 mmHg wyższego niż skurczowe ciśnienie krwi dla VOT. Na te wahania ciśnienia krwi mogą mieć wpływ różne czynniki, takie jak reakcja fizjologiczna pacjenta, działanie leków lub inne stany kliniczne52. Dlatego ciśnienie docelowe należy regulować, naciskając przyciski "+" lub "-", jeśli to konieczne, aby zapewnić spójne podawanie VOT.

Typowe wykonywanie VOT ma ograniczenia wynikające ze zmienności operatora, która jest rozwiązywana w tym protokole przez automatyczne VOT. Używamy strategii, aby ustawić ciśnienie okluzji o 50 mmHg powyżej poziomu skurczowego ciśnienia krwi. Ta metoda zatrzymuje przepływ krwi i została opisana w poprzednich badaniach dotyczących wykonywania VOT53,54. Zindywidualizowane ciśnienie docelowe dla VOT w tym protokole pomaga w uniknięciu zwężenia naczyń krwionośnych, które może wystąpić poprzez ustalenie ogólnego ciśnienia docelowego dla VOT. Ból spowodowany niepotrzebnie wysokim ciśnieniem może wpływać na pomiar powodując zwężenie naczyń krwionośnych, np. u pacjenta z ciśnieniem skurczowym 120 mmHg i ciśnieniem docelowym 200 mmHg lub 250 mmHg29. Zauważamy, że pacjenci przyjmowani na oddziały intensywnej terapii są narażeni na zwiększone ryzyko zakrzepicy, głównie z powodu takich czynników, jak przedłużone unieruchomienie i sedacja55. Oznacza to, że aby uniknąć ryzyka, protokół ten nie może być stosowany u pacjentów cierpiących na zakrzepicę lub zakrzepowe zapalenie żył.

Zastosowanie tego protokołu może być przydatne w populacji OIT, gdzie upośledzone reaktywne przekrwienie jest częstą cechą i może przyczyniać się do nieprawidłowości mikrokrążenia 3,56. Parametry uzyskane w tym protokole, bez interwencji operatora podczas pomiaru, były wcześniej stosowane w literaturze pojedynczo lub w małej kombinacji dla sepsy, raka, udaru mózgu itp. w celu rozróżnienia stanów patologicznych 1,11,15,31. Dlatego uważamy, że połączenie tych istotnych parametrów jest korzystne dla kilku zastosowań klinicznych. Dane zarejestrowane przez ten protokół mogą pomóc w doborze odpowiednich strategii terapeutycznych w celu poprawy zdrowia naczyń krwionośnych57. Cenne informacje na temat natlenienia tkanek i dynamiki przepływu krwi podczas okluzji i reperfuzji pozwalają nam ocenić adekwatność dopływu krwi do ważnych narządów. Może pomóc w identyfikacji niedotlenienia tkanek i kierowaniu interwencjami w celu optymalizacji perfuzji narządów58. Wykorzystując informacje w czasie rzeczywistym na temat natlenienia mikronaczyniowego i reaktywnej przekrwienia, pomaga jako dodatkowe narzędzie w kierowaniu postępowaniem hemodynamicznym, resuscytacją płynów i terapią wazopresorową59,60. Dzięki temu interwencje są dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjenta, optymalizując dotlenienie i perfuzję tkanek61,62. Ponadto u pacjentów wentylowanych mechanicznie ewolucyjne zmiany w utlenowaniu mikronaczyniowym i przepływie krwi w ramach próby oddychania spontanicznego mogą mieć ogromne znaczenie przy ocenie tolerancji sercowo-naczyniowej na sprostanie i przezwyciężenie zwiększonego obciążenia metabolicznego wynikającego z pracy oddechowej bez pomocy2. W związku z tym codzienną krytyczną i trudną decyzją dla pacjentów OIOM-u korzystających z wentylacji mechanicznej jest proces odzwyczajania, który kończy się, gdy pacjent jest uznawany za zdolnego do samodzielnego oddychania, a rurka dotchawicza jest usuwana. Podłużne zastosowanie tego protokołu może być wykorzystane do oceny skuteczności interwencji, śledzenia postępu choroby i kierowania strategiami leczenia.

Oświadczenia

Rola wszystkich zaangażowanych firm i ich pracowników w projekt została zdefiniowana przez cele, zadania i pakiety robocze projektu i została zweryfikowana przez Komisję Europejską. MB, ML, DC, Alberto Tosi i Alessandro Toricelli są współzałożycielami PIONIRS s.r.l., spółki spin-off z Politecnico di Milano (Włochy). ICFO posiada udziały w spółce spin-off HemoPhotonics s.l. Potencjalne finansowe konflikty interesów i obiektywizm badań są monitorowane przez Departament Transferu Wiedzy i Technologii ICFO. UMW jest dyrektorem generalnym, posiada udziały w HemoPhotonics s.l. i jest pracownikiem wraz z SP w spółce.

Podziękowania

To badanie zostało sfinansowane przez Fundació CELLEX Barcelona, Fundació Mir-Puig, Ajuntament de Barcelona, Agencia Estatal de Investigación (PHOTOMETABO, PID2019-106481RB-C31/10.13039/501100011033), Program "Severo Ochoa" dla Centrów Doskonałości w dziedzinie Badań i Rozwoju (CEX2019-000910-S), , Generalitat de Catalunya (CERCA, AGAUR-2017-SGR-1380, RIS3CAT-001-P-001682 CECH), FEDER EC, Fundación Joan Ribas Araquistain, l'FCRI (Convocatòria Joan Oró 2023), Horyzont 2020 Komisji Europejskiej (granty nr 101016087 (VASCOVID), 101017113(TinyBrains), 871124 (LASERLAB-EUROPE V), 101062306 (Maria Skłodowska-Curie)), Fundació La Marató de TV3 (2017,2020) oraz programy specjalne LUX4MED/MEDLUX.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Waciki nasączone alkoholemBrak specyficzneNie dotyczyDo czyszczenia sond i mankietu po pomiarze
ściereczkaBrak konkretnejNie dotyczy Doblokowania światła otoczenia 
CiśnieniomierzOMRONN/ASprzęt OIOM Hopital lub produkt z półki
Tkanka tłuszczowa SuwmiarkaHealifty3257040-6108-1618385551Do pomiaru warstwy tłuszczu
Rękawice do badańBrak określonejNie dotyczyDo stosowania w kontaktach z pacjentami
Taśma KintexBrak określonejNieDo mocowania sondy na ramieniu
Owijka KobanBrak konkretnejNie dotyczyDo mocowania sondy na ramieniu
Taśma mierniczaYDM Industries25-SB-30-150V3-19-1Do pomiaru obwodu ramienia
NożyczkiBrak specjalnejwersji Niedotyczy do cięcia taśm
Prototyp przedkomercyjny VASCOVIDKonsorcjum VASCOVIDNie dotyczyZintegrowane w ICFO
dotyczy

Bibliografia

  1. Mesquida, J., Masip, J., Gili, G., Artigas, A., Baigorri, F. Thenar oxygen saturation measured by near infrared spectroscopy as a noninvasive predictor of low central venous oxygen saturation in septic patients. Intensive Care Medicine. 35, 1106-1109 (2009).
  2. Mesquida, J., et al. Thenar oxygen saturation (StO2) alterations during a spontaneous breathing trial predict extubation failure. Annals of Intensive Care. 10 (1), 1-7 (2020).
  3. Mikacenic, C., et al. Biomarkers of endothelial activation are associated with poor outcome in critical illness. PloS One. 10 (10), e0141251(2015).
  4. Varga, Z., et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. The Lancet. 395 (10234), 1417-1418 (2020).
  5. Castro, P., et al. Is the endothelium the missing link in the pathophysiology and treatment of COVID-19 complications. Cardiovascular Drugs and Therapy. 36 (3), 547-560 (2022).
  6. Mesquida, J., et al. Peripheral microcirculatory alterations are associated with the severity of acute respiratory distress syndrome in COVID-19 patients admitted to intermediate respiratory and intensive care units. Critical Care. 25, 1-10 (2021).
  7. Fernández, S., et al. Distinctive biomarker features in the endotheliopathy of COVID-19 and septic syndromes. Shock (Augusta, Ga). 57 (1), 95(2022).
  8. Sakr, Y., Dubois, M. J., De Backer, D., Creteur, J., Vincent, J. L. Persistent microcirculatory alterations are associated with organ failure and death in patients with septic shock). Critical Care Medicine. 32 (9), 1825-1831 (2004).
  9. Trzeciak, S., et al. Early microcirculatory perfusion derangements in patients with severe sepsis and septic shock: relationship to hemodynamics, oxygen transport, and survival. Annals of Emergency Medicine. 49 (1), 88-98 (2007).
  10. Tachon, G., et al. Microcirculatory alterations in traumatic hemorrhagic shock. Critical Care Medicine. 42 (6), 1433-1441 (2014).
  11. Duranteau, J., et al. The future of intensive care: the study of the microcirculation will help to guide our therapies. Critical Care. 27 (1), 1-13 (2023).
  12. Mason McClatchey, P., et al. Impaired tissue oxygenation in metabolic syndrome requires increased microvascular perfusion heterogeneity. Journal of Cardiovascular Translational Research. 10 (1), 69-81 (2017).
  13. Gurley, K., Shang, Y., Yu, G. Noninvasive optical quantification of absolute blood flow, blood oxygenation, and oxygen consumption rate in exercising skeletal muscle. Journal of Biomedical Optics. 17 (7), 075010(2012).
  14. Lin, P. Y., et al. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. Journal of Visualized Experiments. (73), e4379(2013).
  15. Cortese, L., et al. The LUCA device: a multi-modal platform combining diffuse optics and ultrasound imaging for thyroid cancer screening. Biomedical Optics Express. 6 (6), 3392-3409 (2021).
  16. Durduran, T., Yodh, A. G. Diffuse correlation spectroscopy for non-invasive, micro-vascular cerebral blood flow measurement. Neuroimage. 85, 51-63 (2014).
  17. Hong, K. S., Yaqub, M. A. Application of functional near-infrared spectroscopy in the healthcare industry: A review. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 12 (06), 1930012(2019).
  18. Torricelli, A., et al. Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping. Neuroimage. 85, 28-50 (2014).
  19. Tremblay, J. C., King, T. J. Near-infrared spectroscopy: can it measure endothelial function. Experimental Physiology. 101 (11), 1443-1444 (2016).
  20. Cortese, L., et al. Performance assessment of a commercial continuous-wave near-infrared spectroscopy tissue oximeter for suitability for use in an international, multi-center clinical trial. Sensors. 21 (21), 6957(2021).
  21. Contini, D., et al. Multi-channel time-resolved system for functional near infrared spectroscopy. Optics Express. 14 (12), 5418-5432 (2006).
  22. Lacerenza, M., et al. Wearable and wireless time-domain near-infrared spectroscopy system for brain and muscle hemodynamic monitoring. Biomedical Optics Express. 11 (10), 5934-5949 (2020).
  23. Lacerenza, M., et al. Performance and reproducibility assessment across multiple time-domain near-infrared spectroscopy device replicas. Design and Quality for Biomedical Technologies XV - SPIE. 11951, 43-48 (2022).
  24. Durduran, T., Choe, R., Baker, W. B., Yodh, A. G. Diffuse optics for tissue monitoring and tomography. Reports on Progress in Physics. 73 (7), 076701(2010).
  25. Boas, D. A., Campbell, L. E., Yodh, A. G. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations. Physical Review Letters. 75 (9), 1855(1995).
  26. Giovannella, M., et al. BabyLux device: a diffuse optical system integrating diffuse correlation spectroscopy and time-resolved near-infrared spectroscopy for the neuromonitoring of the premature newborn brain. Neurophotonics. 6 (2), 025007-025007 (2019).
  27. Amendola, C., et al. A compact multi-distance DCS and time domain NIRS hybrid system for hemodynamic and metabolic measurements. Sensors. 21 (3), 870(2021).
  28. Mesquida, J., Gruartmoner, G., Espinal, C. Skeletal muscle oxygen saturation (StO2) measured by near-infrared spectroscopy in the critically ill patients. BioMed Research International. (2013), (2013).
  29. Gerovasili, V., Dimopoulos, S., Tzanis, G., Anastasiou-Nana, M., Nanas, S. Utilizing the vascular occlusion technique with NIRS technology. International Journal of Industrial Ergonomics. 40 (2), 218-222 (2010).
  30. Siafaka, A., et al. Acute effects of smoking on skeletal muscle microcirculation monitored by near-infrared spectroscopy. Chest. 131 (5), 1479-1485 (2007).
  31. Donati, A., et al. Near-infrared spectroscopy for assessing tissue oxygenation and microvascular reactivity in critically ill patients: a prospective observational study. Critical Care. 20, 1-10 (2016).
  32. Iannetta, D., et al. Reliability of microvascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy across a variety of ischemic periods in young and older individuals. Microvascular Research. 122, 117-124 (2019).
  33. Niezen, C. K., Massari, D., Vos, J. J., Scheeren, T. W. L. The use of a vascular occlusion test combined with near-infrared spectroscopy in perioperative care: a systematic review. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 36 (4), 933-946 (2022).
  34. Donati, A., et al. Recombinant activated protein C treatment improves tissue perfusion and oxygenation in septic patients measured by near-infrared spectroscopy. Critical Care. 5 (5), 1-7 (2009).
  35. Neto, A. S., et al. Association between static and dynamic thenar near-infrared spectroscopy and mortality in patients with sepsis: a systematic review and meta-analysis. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 76 (1), 226-233 (2014).
  36. Shapiro, N. I., et al. The association of near-infrared spectroscopy-derived tissue oxygenation measurements with sepsis syndromes, organ dysfunction and mortality in emergency department patients with sepsis. Critical Care. 15 (5), 1-10 (2011).
  37. Orbegozo, D., et al. Peripheral muscle near-infrared spectroscopy variables are altered early in septic shock. Shock. 50 (1), 87-95 (2018).
  38. Lu, S., et al. Comparison of COVID-19 induced respiratory failure and typical ARDS: similarities and differences. Frontiers in Medicine. 9, 829771(2022).
  39. Parežnik, R., Knezevic, R., Voga, G., Podbregar, M. Changes in muscle tissue oxygenation during stagnant ischemia in septic patients. Intensive Care Medicine. 32, 87-92 (2006).
  40. Nanas, S., et al. Inotropic agents improve the peripheral microcirculation of patients with end-stage chronic heart failure. Journal of Cardiac Failure. 14 (5), 400-406 (2008).
  41. International electrical equipment - IEC. Medical electrical equipment - Part 2-22: Particular requirements for basic safety and essential performance of surgical, cosmetic, therapeutic and diagnostic laser equipment. International electrical equipment - IEC. , IEC 60601-2-22:2019 (2019).
  42. Cortese, L., et al. Recipes for diffuse correlation spectroscopy instrument design using commonly utilized hardware based on targets for signal-to-noise ratio and precision. Biomedical Optics Express. 12 (6), 3265-3281 (2021).
  43. Zhou, C., et al. Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain. Optics Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).
  44. Selb, J., et al. Sensitivity of near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy to brain hemodynamics: simulations and experimental findings during hypercapnia. Neurophotonics. 1 (1), 015005-015005 (2014).
  45. Amendola, C., et al. Assessment of power spectral density of microvascular hemodynamics in skeletal muscles at very low and low-frequency via near-infrared diffuse optical spectroscopies. Biomedical Optics Express. 14 (11), 5994-6015 (2023).
  46. Craig, J. C., Broxterman, R. M., Wilcox, S. L., Chen, C., Barstow, T. J. Effect of adipose tissue thickness, muscle site, and sex on near-infrared spectroscopy derived total-[hemoglobin+ myoglobin]. Journal of Applied Physiology. 123 (6), 1571-1578 (2017).
  47. Nasseri, N., Kleiser, S., Ostojic, D., Karen, T., Wolf, M. Quantifying the effect of adipose tissue in muscle oximetry by near infrared spectroscopy. Biomedical Optics Express. 7 (11), 4605-4619 (2016).
  48. Ahmadinejad, M., Razban, F., Jahani, Y., Heravi, F. Limb edema in critically ill patients: Comparing intermittent compression and elevation. International Wound Journal. 19 (5), 1085-1091 (2022).
  49. Van Vo, T., Hammer, P. E., Hoimes, M. L., Nadgir, S., Fantini, S. Mathematical model for the hemodynamic response to venous occlusion measured with near-infrared spectroscopy in the human forearm. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54 (4), 573-584 (2007).
  50. Junejo, R. T., Ray, C. J., Marshall, J. M. Cuff inflation time significantly affects blood flow recorded with venous occlusion plethysmography. European Journal of Applied Physiology. 119, 665-674 (2019).
  51. Baker, W. B., et al. Pressure modulation algorithm to separate cerebral hemodynamic signals from extracerebral artifacts. Neurophotonics. 3 (3), 035004-035004 (2015).
  52. Martirosov, A. L., et al. Improving transitions of care for critically ill adult patients on pulmonary arterial hypertension medications. American Journal of Health-System Pharmacy. 77 (12), 958-965 (2020).
  53. Bezemer, R., Lima, A., Klijn, E., Bakker, J., Ince, C. Assessment of tissue oxygen saturation during a vascular occlusion test using near-infrared spectroscopy: Role of the probe spacing and measurement site studied in healthy volunteers. Critical Care. (13), 1-2 (2009).
  54. Futier, E., et al. Use of near-infrared spectroscopy during a vascular occlusion test to assess the microcirculatory response during fluid challenge. Critical Care. (15), 1-10 (2011).
  55. Attia, J. R., et al. Deep vein thrombosis and its prevention in critically ill adults. Archives of Internal Medicine. 161 (10), 1268-1279 (2001).
  56. Reinhart, K., Bayer, O., Brunkhorst, F., Meisner, M. Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis. Critical Care Medicine. 30 (5), S302-S312 (2002).
  57. Georger, J. F., et al. Restoring arterial pressure with norepinephrine improves muscle tissue oxygenation assessed by near-infrared spectroscopy in severely hypotensive septic patients. Intensive Care Medicine. 36, 1882-1889 (2010).
  58. Lipcsey, M., Woinarski, N. C., Bellomo, R. Near infrared spectroscopy (NIRS) of the thenar eminence in anesthesia and intensive care. Annals of Intensive Care. 2 (1), 1-9 (2012).
  59. Kazune, S., Caica, A., Luksevics, E., Volceka, K., Grabovskis, A. Impact of increased mean arterial pressure on skin microcirculatory oxygenation in vasopressor-requiring septic patients: an interventional study. Annals of Intensive Care. 9 (1), 1-10 (2019).
  60. Lima, A., van Bommel, J., Jansen, T. C., Ince, C., Bakker, J. Low tissue oxygen saturation at the end of early goal-directed therapy is associated with worse outcome in critically ill patients. Critical Care. 13 (5), 1-7 (2009).
  61. Rogers, C. A., et al. Randomized trial of near-infrared spectroscopy for personalized optimization of cerebral tissue oxygenation during cardiac surgery. BJA: British Journal of Anaesthesia. 119 (3), 384-393 (2017).
  62. Jozwiak, M., Chambaz, M., Sentenac, P., Monnet, X., Teboul, J. L. Assessment of tissue oxygenation to personalize mean arterial pressure target in patients with septic shock. Microvascular Research. 132, 104068(2020).

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów

Spektroskopia w bliskiej podczerwienitest okluzji naczyniowejwskaźnik przepływu krwinasycenie tkanek tlenempulsoksymetriafunkcja śródbłonkametaboliczny pobór tlenu
Nieinwazyjne monitorowanie utlenowania mikrokrążenia i reaktywnego przekrwienia przy użyciu hybrydowej, rozproszonej spektroskopii optycznej w bliskiej podczerwieni do intensywnej terapii
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.