Name: Monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-11-19T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
Description: Poznaj nieinwazyjny protokół monitorowania hemodynamiki mózgu u pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej. Ta metoda umożliwia ciągłą ocenę natlenowania, przepływu krwi i metabolizmu przy łóżku pacjenta.

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

Dziękujemy za wsparcie ze strony Fundacji Badawczej São Paulo (FAPESP) poprzez Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) i 2013/07559-3. Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badania, gromadzeniu i analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu.

Protokół został zatwierdzony przez lokalny komitet Uniwersytetu w Campinas (numer protokołu 56602516.2.0000.5404). Przed pomiarami uzyskano pisemną świadomą zgodę pacjenta lub przedstawiciela prawnego. Monitorowaliśmy pacjentów, którzy zostali przyjęci do szpitala klinicznego na Uniwersytecie w Campinas z rozpoznaniem udaru niedokrwiennego lub krwotoku podpajęczynówkowego wpływającego na krążenie przednie. Z protokołu badania wykluczono pacjentów z udarami niedokrwiennymi wpływającymi na krążenie tylne, pacjentów z kraniektomią dekompresyjną z powodu podwyższonego ciśnienia śródczaszkowego oraz pacjentów z innymi chorobami neurodegeneracyjnymi (demencja, choroba Parkinsona lub jakakolwiek inna choroba, która może być związana z zanikiem kory mózgowej).
1. Przygotowania przed przeniesieniem systemu na OIOM
<ol>
	<li>Podłącz wszystkie włókna do odpowiednich laserów i detektorów i upewnij się, że są prawidłowo podłączone do sondy optycznej (<silna klasa="xfig">Rysunek 1B).</li>
	<li>Sprawdź, czy sonda optyczna jest pokryta czarną szmatką, aby lasery nie świeciły w pomieszczeniu.</li>
	<li>Ustaw przełącznik zasilania systemu w pozycji "ON". Po włączeniu zasilania systemu odczekaj 30 sekund, a następnie przekręć przełącznik laserowy DCS do pozycji "ON". Lasery FD-DOS włączają się automatycznie, gdy system jest zasilany.</li>
	<li>W trakcie przygotowywania systemu należy uzyskać zgodę uczestnika lub jego przedstawiciela prawnego. Po uzyskaniu zgody należy przywieźć wózek do pokoju pacjenta. 
	UWAGA: Ponieważ system hybrydowy ma wbudowany akumulator, który wystarcza na 45 minut, nie trzeba go wyłączać na czas transportu.</li>
</ol>
2. Ustawienia kalibracji i wzmocnienia systemu DOS
<ol>
	<li>Po przybyciu na OIOM wyłącz laser DCS, przełączając kluczyk w pozycję "OFF".</li>
	<li>Zaczynając od stałego fantomu oznaczonego "Kalibruj", uruchom proces kalibracji w oprogramowaniu FD-DOS (BOXY, ISS), wykonując poniższe czynności.
	<ol>
		<li>W menu "Plik" załaduj odpowiedni plik ustawień dla używanej sondy, klikając opcję "Załaduj plik ustawień".</li>
		<li>Umieść sondę po zakrzywionej stronie fantomu, zapewniając dobry kontakt z powierzchnią, a następnie zoptymalizuj napięcie polaryzacji PMT, klikając przycisk "Optymalizuj wszystkie detektory" w oprogramowaniu FD-DOS.</li>
		<li>Uruchom kalibrację dla wielu separacji źródło-detektor, klikając opcję "Oblicz przebieg Calib. Wartości dla rekwizytów optycznych. i Wiele odległości" z menu "Kalibruj".</li>
		<li>Otwórz opcję "Obliczenia zdefiniowane przez użytkownika" z menu "Text-Mon", aby sprawdzić, czy zmierzone właściwości optyczne są zgodne z wstępnie określonymi wartościami (zapisanymi w bryle fantomowej) i czy łącznik R2 jest bliski jedności.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Powtórzyć powyższe kroki (z wyjątkiem kroku 2.2.3) w celu zmierzenia właściwości optycznych fantomu oznaczonego jako "Kontrola" w celu upewnienia się, że kalibracja była odpowiednia. Zmierzone właściwości optyczne powinny odpowiadać, z dokładnością do 10%, wartościom określonym w fantomach. 
	UWAGA: Pamiętaj, aby wyłączyć PMT (klikając przycisk "Wszystkie detektory wyłączone") za każdym razem, gdy sonda jest poruszana, aby uniknąć uszkodzenia PMT z powodu bezpośredniego oświetlenia światłem otoczenia.</li>
	<li>Jeśli kalibracja nie jest odpowiednia, ponownie uruchom proces kalibracji (kroki 2.2 i 2.3). Zapewnienie prawidłowej kalibracji systemu FD-DOS ma zasadnicze znaczenie dla ważności pomiarów FD-DOS.</li>
</ol>
3. Przygotowanie uczestnika przy łóżku pacjenta
<ol>
	<li>Użyj chusteczek odkażających, aby wyczyścić zarówno sondę, jak i czoło pacjenta.</li>
	<li>Umieść taśmę dwustronną na sondzie (<klasa silna = "xfig" >Rysunek 1B), upewniając się, że taśma nie styka się bezpośrednio z końcówkami światłowodu.</li>
	<li>Umieść laserowe gogle bezpieczeństwa na obiekcie.</li>
	<li>Umieść sondy nad obszarem zainteresowania (ROI) i owiń elastyczne paski wokół głowy fotografowanej osoby. Chociaż nie jest to absolutnie konieczne w przypadku FD-DOS i DCS, zaleca się przykrycie sondy optycznej czarną szmatką lub czarnym bandażem w celu zmniejszenia szumów spowodowanych światłem otoczenia. 
	UWAGA: Ważne jest, aby upewnić się, że elastyczny pasek nie jest ani za ciasny, ani za luźny. Jeśli pasek jest zbyt ciasny, może to powodować znaczny dyskomfort u pacjenta, a jeśli pasek jest zbyt luźny, może to prowadzić do złej jakości danych, ponieważ taśma dwustronna nie jest wystarczająco mocna, aby utrzymać sondy na miejscu.</li>
	<li>Po prawidłowym przymocowaniu sondy do czoła pacjenta, włącz laser DCS, przełączając kluczyk w pozycję "ON". 
	UWAGA: System DCS wykorzystuje laser klasy 3B, który jest niebezpieczny dla oczu. Bardzo ważne jest, aby włączać lasery tylko wtedy, gdy sonda jest prawidłowo przymocowana do czoła pacjenta.</li>
</ol>
4. Ocena jakości danych
<ol>
	<li>Przed rozpoczęciem pobierania danych za pomocą graficznego interfejsu użytkownika zapisz separacje między źródłem a detektorem DCS w zakładce "Ustawienia" w graficznym interfejsie użytkownika. 
	UWAGA: System DCS nie wymaga etapu kalibracji, ale do analizy w czasie rzeczywistym niezbędne jest odpowiednie wprowadzenie separacji między źródłem a detektorem (szczegółowe informacje można znaleźć w materiałach dodatkowych).</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie do akwizycji, naciskając przycisk "Start" w graficznym interfejsie użytkownika i sprawdź sygnał DOS w oprogramowaniu FD-DOS:
	<ol>
		<li>Kliknij przycisk "Optymalizuj wszystkie detektory" w oprogramowaniu FD-DOS, aby zoptymalizować napięcie polaryzacji PMT.</li>
		<li>Sprawdź właściwości optyczne i R2 dopasowania DOS w opcji "Obliczenia zdefiniowane przez użytkownika" z menu "Text-Mon". Współczynnik R2 powinien być bliski jedności i z reguły współczynnik absorpcji u ludzi powinien mieścić się w granicach od 0,05 do 0,2 cm-1, natomiast współczynnik rozpraszania powinien mieścić się w granicach 6 i 13 cm-113.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sprawdź sygnał DCS w zakładce "Krzywe korelacji" w graficznym interfejsie użytkownika.
	<ol>
		<li>Włącz detektory DCS, przekręcając przełączniki do pozycji "ON".</li>
		<li>Upewnij się, że każdy detektor DCS mierzy odpowiednie natężenie światła. Z reguły wymagane jest więcej niż 10 kHz.</li>
		<li>Jeśli zmierzona intensywność jest wyższa niż 800 kHz, użyj filtra o neutralnej gęstości, aby zmniejszyć liczbę fotonów, aby uniknąć uszkodzenia detektorów. Jest to zazwyczaj problem w przypadku krótszych (< 1 cm) odległości między źródłem a detektorem. 
		UWAGA: Oprócz potencjalnego uszkodzenia detektorów DCS, liczba fotonów wyższa niż 800 kHz może również powodować błędy wynikające z efektów nieliniowych w detektorze.</li>
		<li>Sprawdź krzywe autokorelacji, aby zapewnić dobre sprzężenie skóry (patrz reprezentatywne wyniki i rysunek 2) i w razie potrzeby zmień położenie sondy optycznej.</li>
		<li>Jeśli zmiana położenia sondy była konieczna w poprzednim kroku, powtórz kroki 4.2 i 4.3. Te kroki mogą wymagać wielokrotnego powtórzenia. 
		UWAGA: Detektory DCS i FD-DOS muszą być wyłączane za każdym razem, gdy sonda jest poruszana. Aby wyłączyć czujniki DCS, ręcznie przesuń przełączniki do pozycji "OFF". Detektor FD-DOS wyłącza się po kliknięciu przycisku "Wszystkie detektory wyłączone" w oprogramowaniu FD-DOS.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po osiągnięciu dobrego kontaktu między sondą a skórą przerwij zbieranie danych, klikając przycisk "Zatrzymaj" w graficznym interfejsie użytkownika. Następnie ustaw identyfikatory eksperymentu i pacjenta w polu tekstowym "Folder" i wpisz nazwę ROI w polu tekstowym "Nazwa pliku".</li>
	<li>Rozpocznij pobieranie danych, naciskając przycisk "Start" w graficznym interfejsie użytkownika.</li>
	<li>Zbieraj dane w pierwszym ROI tak długo, jak jest to wymagane przez protokół. W razie potrzeby przenieś sondę do innych ROI i powtórz pomiar. 
	UWAGA: Okres monitorowania może się różnić w zależności od celów badania.</li>
</ol>
5. Uwagi dla eksperymentatora podczas pomiaru
<ol>
	<li>Po rozpoczęciu pomiaru wpisz w zakładce "Informacje o eksperymencie" w graficznym interfejsie użytkownika odpowiednie informacje o pacjencie (np. rodzaj i miejsce urazu, podawane leki, wiek, płeć itp.).</li>
	<li>Upewnij się, że każde istotne zdarzenie, które miało miejsce w okresie monitorowania, jest oznaczone, klikając przycisk "Oznacz" w graficznym interfejsie użytkownika. Po każdym znaku pamiętaj, aby wpisać opis wydarzenia w zakładce "Informacje o eksperymencie" w graficznym interfejsie użytkownika.</li>
</ol>
6. Zatrzymaj zbieranie danych
<ol>
	<li>Zatrzymaj zbieranie danych, naciskając przycisk "Stop" w graficznym interfejsie użytkownika.</li>
	<li>Zatrzymaj oprogramowanie FD-DOS, naciskając przycisk zatrzymania pobierania i nagrywania danych reprezentowany przez dwa czerwone kwadraty w oprogramowaniu FD-DOS.</li>
	<li>Wyłącz detektory DCS, przestawiając przełączniki do pozycji "OFF" i wyłącz laser DCS, przekręcając kluczyk do pozycji "OFF".</li>
	<li>Wyłącz PMT modułu FD-DOS, klikając przycisk "Wszystkie detektory wyłączone".</li>
	<li>Zdejmij sondę z głowy pacjenta i usuń taśmę dwustronną z sondy. Następnie wyczyść sondę chusteczkami odkażającymi.</li>
	<li>Powtórzyć pomiar właściwości optycznych każdego stałego fantomu tak szybko, jak to możliwe, aby upewnić się, że kalibracja pozostała odpowiednia przez cały czas trwania sesji monitorowania (patrz krok 4.2.2). 
	UWAGA: Idealnie byłoby, gdyby etap kalibracji został wykonany zaraz po zdjęciu sond optycznych z głowy pacjenta (krok 6.6). Jednak ze względu na problemy z czasem, w przykładach przedstawionych w następnej sekcji zostało to wykonane w magazynie.</li>
	<li>Wyczyść system i jego akcesoria chusteczkami odkażającymi.</li>
	<li>Przewróć wózek z powrotem do schowka.</li>
</ol>

Autor (autorzy) zadeklarował następujące potencjalne konflikty interesów w odniesieniu do badań, autorstwa i/lub publikacji tego artykułu: RC Mesquita ma jedno oczekujące zgłoszenie patentowe i dwa inne patenty związane z tą pracą (patenty Stanów Zjednoczonych 10,342,488 i 10,064,554). Żaden autor nie otrzymuje obecnie tantiem ani płatności z tytułu tych patentów.

W artykule przedstawiono hybrydowy układ optyczny, który może dostarczać w czasie rzeczywistym informacji o przepływie krwi w mózgu, natlenieniu mózgu i metabolizmie tlenu w mózgu u pacjentów w stanie neurokrytycznym. Zastosowanie rozproszonych technik optycznych było wcześniej rozważane jako potencjalny marker do nieinwazyjnego monitorowania przy łóżku pacjenta w scenariuszach klinicznych. Poprzednie badanie koncentrowało się na aspektach klinicznych i wykonalności monitorowania optycznego podczas hospitalizacji na OIT ...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated from:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
Li Min Li2,5 
Rickson C. Mesquita1,2 
1Institute of Physics, University of Campinas 
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology 
3Clinical Hospital, University of Campinas 
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine 
5School of Medical Sciences, University of Campinas
to:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Giovani Grisotti Martins1 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
Li Min Li2,5 
Rickson C. Mesquita1,2 
1Institute of Physics, University of Campinas 
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology 
3Clinical Hospital, University of Campinas 
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine 
5School of Medical Sciences, University of Campinas

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated.

Erratum: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

Większość powikłań, które prowadzą do złych wyników dla krytycznie chorych pacjentów neurologicznych, jest związana z wtórnymi urazami spowodowanymi upośledzeniem hemodynamicznym mózgu. W związku z tym monitorowanie fizjologii mózgu tych pacjentów może bezpośrednio wpływać na wskaźniki zachorowalności i śmiertelności1,2,3,4,5,6,7. Obecnie jednak nie ma ustalonego narzędzia klinicznego do ciągłego, nieinwazyjnego monitorowania fizjologii mózgu w czasie rzeczywistym u pacjentów neurokrytycznych przy łóżku pacjenta. Wśród potencjalnych kandydatów zaproponowano ostatnio techniki optyki dyfuzyjnej jako obiecujące narzędzie do wypełnienia tej luki8,9,10,11. Mierząc powolne zmiany (tj. rzędu dziesiątek do setek ms) rozproszonego światła bliskiej podczerwieni (~650-900 nm) ze skóry głowy, dyfuzyjna spektroskopia optyczna (DOS) może mierzyć stężenia głównych chromoforów w mózgu, takich jak tleno-(HbO) i deoksyhemoglobina (HbR) w mózgu12,13. Dodatkowo możliwe jest zmierzenie przepływu krwi w mózgu (CBF) za pomocą spektroskopii korelacji rozproszonej (DCS)10,14,15,16,17 poprzez ilościowe określenie gwałtownych wahań natężenia światła (tj. od kilku μs do kilku ms). W połączeniu DOS i DCS mogą również dostarczyć oszacowanie tempa metabolizmu tlenu w mózgu (CMRO2)18,19,20.
Połączenie DOS i DCS zostało zbadane w celu monitorowania pacjentów w kilku scenariuszach przedklinicznych i klinicznych. Na przykład wykazano, że optyka dyfuzyjna dostarcza istotnych informacji klinicznych dla krytycznie chorych noworodków21,22,23,24, w tym podczas operacji kardiochirurgicznych w leczeniu wad serca23,25,26,27,28. Ponadto, kilku autorów badało wykorzystanie optyki rozproszonej do oceny hemodynamiki mózgu podczas różnych interwencji naczyniowo-mózgowych, takich jak endarterektomia tętnicy szyjnej29,30,31, trombolityczne leczenie udaru mózgu32, manipulacje u wezgłowia łóżka33,34,35, resuscytacja krążeniowo-oddechowa36, i inne37,38,39. Gdy dostępne jest również ciągłe monitorowanie ciśnienia krwi, optyka dyfuzyjna może być używana do monitorowania autoregulacji mózgu, zarówno u osób zdrowych, jak i krytycznie chorych11,40,41,42, a także do oceny krytycznego ciśnienia zamykającego krążenie mózgowe43. Kilku autorów zweryfikowało pomiary CBF za pomocą DCS w porównaniu z różnymi złotymi standardami pomiarów CBF18, podczas gdy CMRO2 mierzone za pomocą optyki dyfuzyjnej okazało się użytecznym parametrem do monitorowania neurokrytycznego8,18,23,24,28,43,44,45. Ponadto poprzednie badania potwierdziły optycznie wyprowadzone parametry hemodynamiczne mózgu do długoterminowego monitorowania pacjentów neurokrytycznych8,9,10,11, w tym do przewidywania hipoksycji46,47,48 i zdarzenia niedokrwienne8.
Niezawodność technik optycznych dyfuzyjnych w dostarczaniu cennych informacji w czasie rzeczywistym podczas pomiarów podłużnych, jak również podczas interwencji klinicznych, pozostaje w dużej mierze nieuwzględniona. Użycie samodzielnego systemu DOS było wcześniej porównywane z inwazyjnymi monitorami napięcia tlenu w tkance mózgowej i uznano, że DOS nie ma wystarczającej czułości, aby zastąpić monitory inwazyjne. Jednak oprócz wykorzystania stosunkowo małych populacji, bezpośrednie porównanie monitorów inwazyjnych i nieinwazyjnych może być błędne, ponieważ każda technika bada różne objętości zawierające różne części naczyń krwionośnych mózgu. Mimo że badania te ostatecznie wykazały, że optyka dyfuzyjna nie zastępuje monitorów inwazyjnych, w obu badaniach DOS osiągnął umiarkowaną lub dobrą dokładność, która może być wystarczająca w przypadkach i/lub miejscach, w których monitory inwazyjne nie są dostępne.
W porównaniu z innymi podejściami, kluczową zaletą optyki dyfuzyjnej jest jej zdolność do jednoczesnego pomiaru przepływu krwi i natlenienia krwi w tkankach nieinwazyjnie (i ciągle) przy łóżku pacjenta za pomocą przenośnego oprzyrządowania. W porównaniu z przezczaszkowym USG Dopplerowskim (TCD), DCS ma dodatkową zaletę: mierzy perfuzję na poziomie tkankowym, podczas gdy TCD mierzy prędkość przepływu krwi w mózgu w dużych tętnicach u podstawy mózgu. Rozróżnienie to może być szczególnie istotne przy ocenie chorób stenookluzyjnych, w których zarówno proksymalny przepływ dużej tętnicy, jak i boczne opony mózgowo-rdzeniowe przyczyniają się do perfuzji. Techniki optyczne mają również zalety w porównaniu z innymi tradycyjnymi metodami obrazowania, takimi jak pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Oprócz jednoczesnego dostarczania bezpośrednich pomiarów zarówno stężeń CBF, jak i HbO/HbR, co nie jest możliwe w przypadku samego rezonansu magnetycznego lub PET, monitorowanie optyczne zapewnia również znacznie lepszą rozdzielczość czasową, umożliwiając na przykład ocenę dynamicznej autoregulacji mózgu40,41,42 oraz ocena dynamicznie ewoluujących zmian hemodynamicznych. Co więcej, rozproszone oprzyrządowanie optyczne jest niedrogie i przenośne w porównaniu z PET i MRI, co jest kluczową zaletą, biorąc pod uwagę wysokie obciążenie chorobami naczyniowymi w krajach o niższych i średnich dochodach.
Proponowany tutaj protokół to środowisko do neuromonitoringu pacjentów na oddziale intensywnej terapii (OIOM) w czasie rzeczywistym. Protokół wykorzystuje hybrydowe urządzenie optyczne wraz z klinicznie przyjaznym graficznym interfejsem użytkownika (GUI) i dostosowanymi czujnikami optycznymi do sondowania pacjentów (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1). System hybrydowy zastosowany do zaprezentowania tego protokołu łączy dwie dyfuzyjne spektroskopie optyczne z niezależnych modułów: komercyjny moduł DOS w dziedzinie częstotliwości (FD-) i domowy moduł DCS (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A). Moduł FD-DOS49,50 składa się z 4 fotopowielaczy (PMT) i 32 diod laserowych emitujących na czterech różnych długościach fal (690, 704, 750 i 850 nm). Moduł DCS składa się z lasera o długiej koherencji emitującego energię o długości fali 785 nm, 16 liczników jednofotonowych jako detektorów oraz płytki korelatora. Częstotliwość próbkowania dla modułu FD-DOS wynosi 10 Hz, a maksymalna częstotliwość próbkowania dla modułu DCS wynosi 3 Hz. Aby zintegrować moduły FD-DOS i DCS, w naszym oprogramowaniu sterującym zaprogramowano mikrokontroler, który automatycznie przełącza się między każdym modułem. Mikrokontroler jest odpowiedzialny za włączanie i wyłączanie laserów FD-DOS i DCS, a także detektorów FD-DOS, aby umożliwić pomiary z przeplotem każdego modułu. W sumie proponowany system może pobierać jedną połączoną próbkę FD-DOS i DCS co 0,5 do 5 sekund, w zależności od wymagań dotyczących stosunku sygnału do szumu (SNR) (dłuższy czas zbierania prowadzi do lepszego SNR). Aby sprzęgnąć światło z czołem, opracowaliśmy wydrukowaną w 3D sondę optyczną, którą można dostosować do każdego pacjenta (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1B), z odległościami między źródłem a detektorem wynoszącymi od 0,8 do 4,0 cm. Standardowe separacje między źródłem a detektorem stosowane w przedstawionych tutaj przykładach wynoszą 2,5 cm dla DCS oraz 1,5, 2,0, 2,5 i 3,0 cm dla FD-DOS.
Główną cechą protokołu przedstawionego w tym badaniu jest opracowanie interfejsu czasu rzeczywistego, który może zarówno sterować sprzętem za pomocą przyjaznego graficznego interfejsu użytkownika, jak i wyświetlać główne parametry fizjologii mózgu w czasie rzeczywistym w różnych oknach czasowych (<silna klasa="xfig">Rysunek 1C). Potok analizy w czasie rzeczywistym opracowany w ramach proponowanego graficznego interfejsu użytkownika jest szybki i zajmuje mniej niż 50 ms do obliczenia parametrów optycznych (więcej informacji można znaleźć w materiale dodatkowym). Graficzny interfejs użytkownika został zainspirowany aktualnymi instrumentami klinicznymi dostępnymi już na oddziale intensywnej terapii neurologicznej i został dostosowany dzięki obszernym informacjom zwrotnym od użytkowników klinicznych podczas translacji systemu na oddział neuro-intensywnej terapii. W związku z tym graficzny interfejs użytkownika w czasie rzeczywistym może ułatwić przyjęcie systemu optycznego przez zwykły personel szpitalny, taki jak neurointensywiści i pielęgniarki. Szerokie zastosowanie optyki dyfuzyjnej jako narzędzia badań klinicznych może potencjalnie zwiększyć jej zdolność do monitorowania danych o znaczeniu fizjologicznym i ostatecznie może wykazać, że optyka dyfuzyjna jest dobrą opcją do nieinwazyjnego monitorowania pacjentów neurokrytycznych w czasie rzeczywistym.

<table><tbody><tr><td>Drukarka 3D</td><td>SethiDrukarka 3D 3D</td><td>S2</td><td>służąca do drukowania konfigurowalnych sond</td></tr><tr><td>Arduino UNO</td><td>Arduino</td><td>UNO REV3</td><td>Mikrokontroler odpowiedzialny za przeplatanie pomiarów DCS i FD-DOS</td></tr><tr><td>Korelator DCS</td><td>Correlator.com</td><td>Flex11-16ch</td><td>Komponent modułu DCS</td></tr><tr><td>Dectectors IO Płytki</td><td>Excelitas Technology</td><td>SPCM-AQ4C-IO</td><td>Element modułu DCS</td></tr><tr><td>Detektory</td><td>DCS Excelitas Technology</td><td>SPCM-AQ4C</td><td>Element modułu DCS</td></tr><tr><td>Laser</td><td>DCS CrystaLaser</td><td>DL785-120-SO</td><td>Element modułu DCS</td></tr><tr><td>Zasilacz DCS</td><td>Artesyn</td><td>UMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-A</td><td>Element modułu DCS (zasilanie detekcji DCS; 2, 5 i 30V)</td></tr><tr><td>Włókna FD-DOS</td><td>ISS</td><td>Imagent materiały eksploatacyjne</td><td>Włókna używane do wykrywania i oświetlenia FD-DOS są dostarczane przez ISS</td></tr><tr><td>Elastyczny materiał drukarki 3D</td><td>Sethi3D</td><td>NinjaFlex</td><td>Materiał używany do drukowania elastycznych, konfigurowalnych sond</td></tr><tr><td>Imagent</td><td>ISS</td><td>Moduł Imagent</td><td>FD-DOS</td></tr><tr><td>Laserowe gogle bezpieczeństwa</td><td>Thorlabs</td><td>LG9</td><td></td></tr><tr><td>Światłowód wielomodowy</td><td>Thorlabs</td><td>FT400EMT</td><td>Światłowód wielomodowy używany do oświetlenia DCS</td></tr><tr><td>Filtr o neutralnej gęstości 1,0 OD</td><td>Edmund Optics</td><td>53-705</td><td>Filtr o neutralnej gęstości do separacji detektorów z krótkim źródłem</td></tr><tr><td>Światłowód jednomodowy</td><td>Thorlabs</td><td>780HP</td><td>Światłowód jednomodowy używany do detektorów DCS</td></tr><tr><td>Bateria systemowa</td><td>SMS</td><td>NET4</td><td>Bateria systemowa używana do transportu</td></tr></tbody></table>

monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej

Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

Monitorowanie neurofizjologiczne jest ważnym celem w leczeniu pacjentów neurokrytycznych, ponieważ może zapobiec wtórnym uszkodzeniom i bezpośrednio wpływać na wskaźniki zachorowalności i śmiertelności. Obecnie jednak brakuje odpowiednich nieinwazyjnych technologii działających w czasie rzeczywistym do ciągłego monitorowania fizjologii mózgu przy łóżku pacjenta. Rozproszone techniki optyczne zostały zaproponowane jako potencjalne narzędzie do pomiarów przepływu krwi w mózgu i utlenowania mózgu przy łóżku pacjenta w przypadku pacjentów w stanie neurokrytycznym. Rozlana spektroskopia optyczna była wcześniej badana w celu monitorowania pacjentów w kilku scenariuszach klinicznych, od monitorowania noworodków po interwencje naczyniowo-mózgowe u dorosłych. Jednak wykonalność tej techniki w zakresie pomocy lekarzom poprzez dostarczanie informacji w czasie rzeczywistym przy łóżku pacjenta pozostaje w dużej mierze nierozwiązana. W tym miejscu przedstawiamy translację rozproszonego systemu optycznego do ciągłego monitorowania w czasie rzeczywistym przepływu krwi w mózgu, natlenienia mózgu i metabolizmu tlenu w mózgu podczas intensywnej terapii. Funkcja czasu rzeczywistego w instrumencie może umożliwić strategie leczenia oparte na specyficznej dla pacjenta fizjologii mózgu, zamiast polegać na wskaźnikach zastępczych, takich jak ciśnienie tętnicze krwi. Dostarczając w czasie rzeczywistym informacji o krążeniu mózgowym w różnych skalach czasowych za pomocą stosunkowo taniego i przenośnego oprzyrządowania, podejście to może być szczególnie przydatne w niskobudżetowych szpitalach, w odległych obszarach i do monitorowania na otwartych terenach (np. obrona i sport).

W idealnym przypadku znormalizowane krzywe autokorelacji uzyskane za pomocą modułu DCS powinny wynosić około 1,5 przy ekstrapolacji dla zerowego czasu opóźnienia (przy zastosowaniu światłowodów jednomodowych14), a krzywe powinny zanikać do wartości 1 przy dłuższych czasach opóźnienia. Krzywa powinna być gładka i wykazywać szybszy spadek dla większych odległości między źródłem a detektorem. Przykład prawidłowej autokorelacji przedstawiono na Rysunku 2A. <strong class="...

Prezentowany tutaj jest protokół do nieinwazyjnego monitorowania hemodynamiki mózgu pacjentów neurokrytycznych w czasie rzeczywistym i przy łóżku pacjenta przy użyciu optyki dyfuzyjnej. W szczególności proponowany protokół wykorzystuje hybrydowe rozproszone systemy optyczne do wykrywania i wyświetlania w czasie rzeczywistym informacji na temat natlenienia mózgu, przepływu krwi w mózgu i metabolizmu mózgowego.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej

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

Nieinwazyjne monitorowanie fizjologii mózgu w czasie rzeczywistym podczas leczenia pacjentów w stanie krytycznym może zmniejszyć mobilność i śmiertelność, co jest szczególnie ważne w odległych obszarach i na otwartych polach. Wraz z rozwojem przenośnego i stosunkowo taniego oprzyrządowania, optyka dyfuzyjna może być używana do jednoczesnego pomiaru przepływu krwi i natlenienia, z wysoką rozdzielczością czasową i bez krytycznych zakłóceń opieki. Funkcja czasu rzeczywistego może potencjalnie ukierunkować strategie leczenia urazów mózgu na oddziale intensywnej terapii neurologicznej w oparciu o specyficzną dla pacjenta fizjologię mózgu, a nie powszechnie stosowane standardowe protokoły lub wskaźniki zastępcze.Przed przeniesieniem systemu na OIOM należy podłączyć wszystkie światłowody do odpowiednich laserów i detektorów oraz upewnić się, że są one prawidłowo podłączone do sondy optycznej. Następnie należy uzyskać zgodę pacjenta lub pełnomocnika ustawowego i przynieść wózek do pokoju pacjenta. Po przybyciu na miejsce wyłącz laser DCS.W menu Plik kliknij polecenie Załaduj plik ustawień, aby załadować odpowiedni plik ustawień sondy. Umieść sondę po zakrzywionej stronie fantomu kalibracyjnego, zapewniając dobry kontakt z powierzchnią, a następnie kliknij Optymalizuj wszystkie detektory, aby zoptymalizować napięcie polaryzacji PMT. W menu Kalibruj kliknij opcję Oblicz wartości kalibracji kształtu fali dla rekwizytów optycznych i wielu odległości, aby uruchomić kalibrację dla separacji detektorów z wieloma źródłami.W menu Text-Mon otwórz opcję zdefiniowaną przez użytkownika, aby sprawdzić, czy zmierzone właściwości optyczne są zgodne z wstępnie określonymi wartościami i czy dopasowanie R-kwadrat jest bliskie jedności. Następnie ponownie zbadaj fantom, aby zmierzyć właściwości optyczne fantomu oznaczonego jako check, aby upewnić się, że kalibracja była odpowiednia. Zmierzone właściwości optyczne powinny mieścić się w granicach 10% wartości określonych w fantomach.Aby przygotować pacjenta do analizy, najpierw użyj chusteczek odkażających, aby oczyścić zarówno sondę, jak i czoło pacjenta. Umieść taśmę dwustronną na sondzie, uważając, aby taśma nie stykała się bezpośrednio z końcówkami światłowodu, a następnie umieść laserowe okulary ochronne na pacjencie. Umieść sondy nad obszarem zainteresowania i owiń elastyczne paski wokół głowy pacjenta.Następnie włącz laser DCS. Przed przystąpieniem do akwizycji danych należy wprowadzić separacje detektorów źródłowych DCS w zakładce Ustawienia graficznego interfejsu użytkownika. Aby rozpocząć pobieranie, naciśnij przycisk Start w oprogramowaniu systemowym.Kliknij przycisk Optymalizuj wszystkie detektory, aby zoptymalizować napięcie polaryzacji PMT dla pacjenta, a następnie sprawdź właściwości optyczne i R-kwadrat dopasowania DOS, jak pokazano. Włącz detektory DCS i sprawdź, czy każdy detektor DCS mierzy odpowiednie natężenie światła. Zazwyczaj wymagane jest więcej niż 10 kiloherców.Jeśli zmierzona intensywność przekracza 800 kiloherców, użyj filtra o neutralnej gęstości, aby zmniejszyć liczbę fotonów, aby uniknąć uszkodzenia detektorów. Sprawdź krzywe automatycznej korelacji na karcie Krzywe korelacji w graficznym interfejsie użytkownika, aby zapewnić prawidłowe sprzężenie powłoki, i w razie potrzeby zmień położenie sondy optycznej. Po osiągnięciu dobrego kontaktu między sondą a skórą kliknij przycisk Zatrzymaj, aby zatrzymać zbieranie danych i ustawić identyfikatory eksperymentu i pacjenta w polu tekstowym Folder oraz nazwę regionu zainteresowania w polu tekstowym Nazwa pliku.Następnie naciśnij Start, aby rozpocząć pobieranie danych. Po rozpoczęciu pomiaru wprowadź odpowiednie informacje o pacjencie w zakładce Informacje o eksperymencie i kliknij przycisk Oznacz, aby upewnić się, że każde istotne zdarzenie, które wystąpi w okresie monitorowania, zostanie oznaczone. Po każdym znaczniku wprowadź opis wydarzenia na karcie Informacje o eksperymencie.Na końcu oceny naciśnij przycisk Zatrzymaj w graficznym interfejsie użytkownika, aby zatrzymać zbieranie danych. Wyłącz przełącznik detektora DCS i przekręć lasera DCS do pozycji wyłączonej. Kliknij wszystkie detektory wyłączone, aby wyłączyć PMT i zdjąć sondę z głowy pacjenta oraz taśmę dwustronną z sondy.Następnie wyczyść sondę, system i akcesoria chusteczkami dezynfekującymi. Znormalizowane krzywe autokorelacji uzyskane za pomocą modułu DCS powinny wynosić około 1,5 przy ekstrapolacji czasu zerowego opóźnienia i powinny zanikać do jednego przy dłuższych czasach opóźnienia. W tym przykładzie złej krzywej automatycznej korelacji nie jest możliwe rozróżnienie krzywych dla różnych separacji detektorów źródłowych.W tym przykładzie ogon krzywej nie był zgodny z użytym modelem. W tym miejscu można zaobserwować szeregi czasowe z sesji monitorowania pacjenta z udarem mózgu w sedacji, podczas której pacjentowi odessano wydzielinę oskrzelową i ustną. Ruch pacjenta wywołany interwencją wyraźnie zaburzał sygnał optyczny, prowadząc do niefizjologicznych skoków parametrów optycznych.Wkrótce po interwencji parametry hemodynamiczne powróciły do mniej więcej takich samych wartości jak przed interwencją, zgodnie z oczekiwaniami dla stabilnego pacjenta. Podczas tej sesji monitorowania, 13 dni po hospitalizacji z powodu udaru niedokrwiennego, mózgowy przepływ krwi i tempo metabolizmu tlenu w mózgu w czole było znacznie niższe niż ich parametry przeciwstawne w obszarze symetrycznym, podczas gdy w obu półkulach zaobserwowano wysoką frakcję ekstrakcji tlenu. Dokładna analiza tych reprezentatywnych danych dotyczących wskaźnika lateralizacji u innego pacjenta ujawniła jeden istotny okres upośledzenia między pierwszym a trzecim dniem po hospitalizacji oraz drugi okres rozpoczynający się po trzecim dniu hospitalizacji.Korzystając z ciągłych ciśnieniomierzy tętniczych, nasz protokół może być nieznacznie zmodyfikowany, aby ocenić regulację mózgową u pacjentów w stanie neurokrytycznym, dostarczając istotnych danych klinicznych. Możliwość oceny neurofizjologii każdego pacjenta przy łóżku pacjenta może pomóc nam lepiej zrozumieć postęp różnych urazów i wpływ różnych sposobów opieki.

real-time-monitoring-neurocritical-patients-with-diffuse-optical

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Przedstawiamy procedurę eksperymentalną pomiaru ciśnienia parcjalnego tlenu (pO2) w naczyniach krwionośnych mózgu, opartą na zależnym od tlenu wygaszaniu fosforescencji. Opisano procedury przygotowania zwierząt oraz obrazowania zarówno dla obrazowania pO2 w szerokim polu widzenia z wykorzystaniem detektora CCD u szczurów, jak i obrazowania pO2 opartego na dwufotonowym wzbudzeniu u myszy.

Pomiar utlenowania krwi mózgowej oparty na zależnym od tlenu wygaszaniu fosforescencji

Połączyliśmy pomiary utlenowania hemoglobiny mózgowej wykonane za pomocą spektroskopii bliskiej podczerwieni w dziedzinie częstotliwości z pomiarami wskaźnika przepływu krwi mózgowej za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii korelacyjnej, aby oszacować wskaźnik metabolizmu tlenu. Przebadaliśmy przydatność tego pomiaru jako narzędzia do przesiewowej oceny przy łóżku pacjenta w celu ewaluacji stanu zdrowia i rozwoju mózgu noworodka.

Nieinwazyjny pomiar optyczny metabolizmu mózgowego i hemodynamiki u niemowląt

W tym filmie demonstrujemy technikę spektroskopii korelacji rozproszonej do pomiaru przepływu krwi w mózgu w mysim modelu łagodnego urazowego uszkodzenia mózgu.

Spektroskopia korelacji rozproszonej do oceny przepływu krwi w mózgu w modelu mysim

Źródło: Menezes Forti, R. et al. Monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą rozproszonych spektroskopii optycznych. J. Vis. Exp. (2020)Ten film demonstruje zastosowanie spektroskopii korelacji rozproszonej (DCS) do pomiaru przepływu krwi w mózgu u ludzi. Przedstawiono w nim etapy przygotowania systemu, kalibracji sondy, umieszczenia jej na czole uczestnika, pozyskiwania danych dotyczących rozproszonego światła i analizowania wahań intensywności w celu...

Spektroskopia korelacji rozproszonej do pomiaru przepływu krwi w mózgu u człowieka

Jednoczesna ocena hemodynamiki mózgu mózgu i właściwości rozpraszania światła w tkance mózgowej szczura in vivo jest demonstrowana przy użyciu konwencjonalnego wielospektralnego systemu obrazowania odbicia rozproszonego.

Jednoczesna ocena właściwości hemodynamiki mózgu i rozpraszania światła w mózgu szczura in vivo za pomocą wielospektralnego obrazowania odbicia rozproszonego

Ten protokół pokazuje, jak mierzyć funkcjonalną łączność w stanie spoczynku w ludzkiej korze przedczołowej za pomocą specjalnie zaprojektowanego instrumentu do spektroskopii korelacji dyfuzyjnej. W raporcie omówiono również praktyczne aspekty eksperymentu, a także szczegółowe kroki analizy danych.

Funkcjonalna łączność ludzkiego mózgu w stanie spoczynku oparta na przepływie krwi w mózgu przy użyciu optycznej spektroskopii korelacji rozproszonej

Ten protokół ma na celu pomóc klinicystom w pomiarze regionalnego natlenienia tkanek w różnych miejscach ciała u niemowląt i dzieci. Może być stosowany w sytuacjach, w których utlenowanie tkanek jest potencjalnie zagrożone, szczególnie podczas krążenia pozaustrojowego, podczas korzystania z niepulsacyjnych urządzeń wspomagających pracę serca oraz u krytycznie chorych noworodków, niemowląt i dzieci.

Jak wykonywać spektroskopię w bliskiej podczerwieni u krytycznie chorych noworodków, niemowląt i dzieci

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.

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

Trenowanie nieprawidłowych wzorców ruchowych po kontuzji lub chorobie jest kluczowym elementem rehabilitacji fizycznej. Ostatnie postępy technologiczne umożliwiły dokładną ocenę ruchu podczas różnych zadań, z niemal natychmiastową kwantyfikacją wyników. Daje to nowe możliwości modyfikacji błędnych wzorców ruchowych w czasie rzeczywistym.

Przekwalifikowanie ruchu z wykorzystaniem informacji zwrotnej o wydajności w czasie rzeczywistym

Opisujemy protokół PCR w czasie rzeczywistym do profilowania mikroRNA w płynie mózgowo-rdzeniowym (CSF). Z wyjątkiem protokołów ekstrakcji RNA, procedura może zostać rozszerzona na RNA wyekstrahowane z innych płynów ustrojowych, hodowanych komórek lub próbek tkanek.

Profilowanie mikroRNA płynu mózgowo-rdzeniowego za pomocą ilościowego PCR w czasie rzeczywistym

Poznaj nieinwazyjny protokół monitorowania hemodynamiki mózgu u pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej. Ta metoda umożliwia ciągłą ocenę natlenowania, przepływu krwi i metabolizmu przy łóżku pacjenta.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym pacjentów w stanie neurokrytycznym za pomocą dyfuzyjnej spektroskopii optycznej

Przeglądaj więcej filmów