Espectroscopia de correlação difusa para medir o fluxo sanguíneo cerebral em um sujeito humano

Resumo

Fonte: Menezes Forti, R. et al. Monitoramento em tempo real de pacientes neurocríticos com espectroscopias ópticas difusas. J. Vis. Exp. (2020)

Este vídeo demonstra o uso da Espectroscopia de Correlação Difusa (DCS) para medir o fluxo sanguíneo cerebral em humanos. Ele descreve as etapas para preparar o sistema, calibrar a sonda, posicioná-la na testa do participante, adquirir dados de luz dispersa e analisar as flutuações de intensidade para interpretar a dinâmica do fluxo sanguíneo no cérebro.

Protocolo

Todos os procedimentos envolvendo participantes humanos foram realizados em conformidade com as diretrizes institucionais, nacionais e internacionais para o bem-estar humano e foram revisados pelo conselho de revisão institucional local.

1. Preparativos antes de mover o sistema para a unidade de terapia intensiva (UTI)

1. Conecte todas as fibras aos lasers e detectores relevantes e certifique-se de que estejam devidamente conectados à sonda óptica (Figura 1B).
2. Verifique se a sonda óptica está coberta com um pano preto para evitar que os lasers brilhem na sala.
3. Gire o interruptor de alimentação do sistema para a posição 'ON'. Depois de ligar o sistema, aguarde 30s e, em seguida, gire a chave laser de espectroscopia de correlação difusa (DCS) para a posição 'ON'. Os lasers de espectroscopia óptica difusa no domínio da frequência (FD-DOS) são ligados automaticamente quando o sistema é ligado.
4. Enquanto o sistema estiver sendo preparado, obtenha o consentimento do participante ou de um representante legal. Após obter o consentimento, leve o carrinho até o quarto do paciente.
   OBS: Como o sistema híbrido possui bateria embutida que dura até 45 min, ele não precisa ser desligado durante o transporte.

2. Configurações de calibração e ganho do sistema DOS

1. Ao chegar à UTI, desligue o laser DCS colocando a chave na posição 'OFF'.
2. Começando com o simulador sólido marcado como 'Calibrar', execute o processo de calibração no software FD-DOS (BOXY, ISS) seguindo as etapas abaixo.
   1. No menu 'Arquivo', carregue o arquivo de configurações apropriado para o teste que está sendo usado clicando na opção 'Carregar arquivo de configurações'.
   2. Coloque a sonda no lado curvo do simulador, garantindo um bom contato com a superfície e, em seguida, otimize a tensão de polarização do tubo fotomultiplicador (PMT) clicando no botão 'Otimizar todos os detectores' no software FD-DOS.
   3. Execute a calibração para várias separações fonte-detector clicando na opção 'Calc. Valores para adereços ópticos. e Distâncias múltiplas' no menu 'Calibrar'.
   4. Abra a opção 'Cálculos definidos pelo usuário' no menu 'Text-Mon' para verificar se as propriedades ópticas medidas correspondem aos valores pré-especificados (escritos no simulador sólido) e se o acessório R² está próximo de um.
3. Repita as etapas acima (exceto a etapa 2.2.3) para medir as propriedades ópticas do simulador marcado como 'Verificar' para garantir que a calibração foi adequada. As propriedades ópticas medidas devem corresponder, dentro de 10%, aos valores especificados nos simuladores. cuidado: Certifique-se de desligar os PMTs (clicando no botão 'Todos os detectores DESLIGADOS') toda vez que a sonda for movida para evitar danos aos PMTs devido à iluminação direta da luz ambiente.
4. Se a calibração não for adequada, execute novamente o processo de calibração (etapas 2.2 e 2.3). Garantir uma boa calibração do sistema FD-DOS é essencial para a validade das medições FD-DOS.

3. Preparação do participante à beira do leito

1. Use lenços desinfetantes para limpar a sonda e a testa do paciente.
2. Coloque a fita dupla-face na sonda (Figura 1B), certificando-se de que a fita não esteja em contato direto com as pontas da fibra óptica.
3. Coloque óculos de segurança a laser no assunto.
4. Coloque as sondas sobre a região de interesse (ROI) e enrole as tiras elásticas ao redor da cabeça do sujeito. Embora não seja estritamente necessário para FD-DOS e DCS, é aconselhável cobrir a sonda óptica com um pano preto ou bandagem preta para reduzir o ruído devido à luz ambiente.
   NOTA: É importante garantir que a cinta elástica não esteja nem muito apertada nem muito solta. Se a alça estiver muito apertada, pode causar desconforto significativo ao paciente e, se a alça estiver muito solta, pode levar a uma baixa qualidade dos dados, pois a fita dupla-face não é forte o suficiente para manter as sondas no lugar.
5. Depois que a sonda estiver devidamente presa à testa do paciente, ligue o laser DCS colocando a chave na posição 'ON'.
   CUIDADO: O sistema DCS usa um laser Classe 3B, que é perigoso para a exposição dos olhos. É muito importante ligar os lasers apenas quando a sonda estiver devidamente presa à testa do paciente.

4. Avaliação da qualidade

1. dos dados Antes de começar a adquirir dados com a interface gráfica do usuário (GUI), escreva as separações DCS-source-detector na guia 'Configurações' da GUI.NOTA: O sistema DCS não requer uma etapa de calibração, mas a entrada adequada das separações fonte-detector é necessária para a análise em tempo real.
2. Inicie o software de aquisição pressionando o botão 'Iniciar' na GUI e verifique o sinal DOS no software FD-DOS:
   1. Clique no botão 'Otimizar todos os detectores' no software FD-DOS para otimizar a tensão de polarização PMT.
   2. Verifique as propriedades ópticas e o R² do encaixe do DOS na opção 'Cálculo definido pelo usuário' no menu 'Text-Mon'. O coeficiente R² deve estar próximo da unidade e, como regra geral, o coeficiente de absorção de pacientes humanos deve estar entre 0,05 e 0,2 ^cm-1, enquanto o coeficiente de espalhamento deve estar entre 6 e 13 ^cm-113.
3. Verifique o sinal DCS na guia 'Curvas de correlação' da GUI.
   1. Ligue os detectores DCS girando os interruptores para a posição 'ON'.
   2. Certifique-se de que cada detector DCS esteja medindo uma intensidade de luz adequada. Como regra geral, é necessário mais de 10 kHz.
   3. Se a intensidade medida for superior a 800 kHz, use um filtro de densidade neutra para reduzir a contagem de fótons para evitar danos aos detectores. Isso normalmente é um problema para separações fonte-detector mais curtas (< 1 cm).
      NOTA: Além de potencialmente danificar os detectores DCS, contagens de fótons superiores a 800 kHz também podem trazer erros devido a efeitos não lineares no detector.
   4. Verifique as curvas de autocorrelação para garantir um bom acoplamento da pele (consulte a Figura 2) e reposicione a sonda óptica, se necessário.
   5. Se o reposicionamento da sonda foi necessário na etapa anterior, repita as etapas 4.2 e 4.3. Essas etapas podem precisar ser repetidas várias vezes.
      OBSERVAÇÃO: O DCS e os detectores FD-DOS devem ser desligados sempre que a sonda for movida. Para desligar os detectores DCS, mova manualmente os interruptores para a posição 'OFF'. O detector FD-DOS é desligado clicando no botão 'Todos os detectores DESLIGADOS' no software FD-DOS.
4. Quando um bom contato entre a sonda e a pele for alcançado, interrompa a coleta de dados clicando no botão 'Parar' na GUI. Em seguida, defina os identificadores do experimento e do paciente na caixa de texto 'Pasta' e escreva o nome do ROI na caixa de texto 'Nome do arquivo'.
5. Inicie a aquisição de dados pressionando o botão 'Iniciar' na GUI.
6. Colete dados no primeiro ROI pelo tempo exigido pelo protocolo. Se necessário, mova a sonda para as outras ROIs e repita a medição.
   NOTA: O período de monitoramento pode variar dependendo dos objetivos do estudo.

5. Considerações para o experimentador durante a medição

1. Depois de iniciar a medição, escreva na guia 'Informações do experimento' da GUI as informações relevantes do paciente (por exemplo, tipo e localização da lesão, medicamentos administrados, idade, sexo, etc.).
2. Certifique-se de que qualquer evento relevante ocorrido durante o período de monitoramento seja marcado clicando no botão 'Marcar' na GUI. Após cada marca, certifique-se de escrever a descrição do evento na guia 'Informações do experimento' da GUI.

6. Parar a coleta de dados Pare

1. a coleta de dados pressionando o botão 'Parar' na GUI.
2. Pare o software FD-DOS pressionando o botão de interrupção de aquisição e gravação de dados representado como dois quadrados vermelhos no software FD-DOS.
3. Desligue os detectores DCS girando os interruptores para a posição 'OFF' e desligue o laser DCS girando a chave para a posição 'OFF'.
4. Desligue os PMTs do módulo FD-DOS clicando no botão 'Todos os detectores DESLIGADOS'.
5. Remova a sonda da cabeça do paciente e remova a fita dupla-face da sonda. Em seguida, limpe a sonda com lenços desinfetantes.
6. Repita a medição das propriedades ópticas de cada simulador sólido o mais rápido possível para garantir que a calibração permaneça adequada durante toda a sessão de monitoramento (consulte a etapa 4.2.2).
   NOTA: Idealmente, a etapa de calibração deve ser feita logo após a remoção das sondas ópticas da cabeça do paciente (etapa 6.6). No entanto, devido a problemas de tempo, isso foi feito na instalação de armazenamento nos exemplos apresentados na próxima seção.
7. Limpe o sistema e seus acessórios com lenços desinfetantes.
8. Leve o carrinho de volta para a sala de armazenamento.

Resultados

Figura 1: O ambiente óptico desenvolvido para monitorar pacientes dentro de uma unidade de terapia intensiva. (A) O sistema óptico difuso híbrido combina um módulo de espectroscopia óptica difusa (DOS) no domínio da frequência...

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