Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

غير الغازية قياس بصري من الأيض الدماغي وديناميكا الدم في الأطفال الرضع

doi: 10.3791/4379 Published: March 14, 2013

Summary

نحن الجمع بين التردد الطيفي المجال تدابير الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأوكسجين الهيموجلوبين الدماغي المنتشر مع التدابير الطيفي ارتباط تدفق الدم في الدماغ مؤشر لتقدير مؤشر التمثيل الغذائي الأكسجين. نحن اختبار مدى فائدة هذا الإجراء كأداة فحص لتقييم السرير الصحة والتنمية من الدماغ حديثي الولادة.

Abstract

إصابات الدماغ قبل الولادة لا يزال سببا هاما من أسباب وفيات الرضع ومعدلات المراضة، ولكن ليس هناك حتى الآن أداة فعالة يمكن أن السرير فحص دقيق لإصابات الدماغ، ورصد تطور الإصابة، أو تقييم الاستجابة للعلاج. ويستمد الطاقة المستخدمة من قبل الخلايا العصبية بشكل كبير من عملية التمثيل الغذائي التأكسدي الأنسجة، وفرط النشاط العصبي وترد وموت الخلايا بسبب التغيرات في التمثيل الغذائي المقابلة الأكسجين الدماغي (CMRO 2). وهكذا، تدابير CMRO 2 هي انعكاس للبقاء الخلايا العصبية وتقديم معلومات تشخيصية حرجة، مما يجعل CMRO 2 هدفا مثاليا لقياس السرير من صحة الدماغ.

تقنيات تصوير الدماغ مثل التصوير المقطعي بوزيترون الانبعاثات (PET) واحدة الفوتون التصوير المقطعي المحوسب التدابير العائد (SPECT) من الجلوكوز واستقلاب الأكسجين الدماغي، ولكن هذه التقنيات تتطلب إدارة radionucleotides، بحيث يتم استخدامها في الحالات الأكثر حدة فقط.

استمرار الموجة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة من (CWNIRS) على تدابير من الإشعاع غير المؤين وغير الغازية، من تشبع الأكسجين الهيموغلوبين (2 SO) كبديل للاستهلاك الأكسجين الدماغي. ومع ذلك، 2 SO أقل من مثالية كبديل لعملية التمثيل الغذائي الأكسجين الدماغي كما أنه يتأثر كل من وصول الأكسجين والاستهلاك. وعلاوة على ذلك، والقياسات من 2 SO ليست حساسة بما يكفي للكشف إصابات الدماغ ساعات بعد 1،2 إهانة، لأن استهلاك الأوكسجين والتسليم وصول إلى التوازن بعد العابرين الحاد 3. نحن التحقيق في إمكانية استخدام أساليب أكثر تطورا تقارير قوائم الجرد الوطنية الضوئية لقياس الأكسجين الدماغي الأيض في السرير في الأطفال حديثي الولادة المصابين صحية والدماغ. وبشكل أكثر تحديدا، جنبا إلى جنب نحن تقارير قوائم الجرد الوطنية التردد المجال (FDNIRS) قياس 2 SO مع التحليل الطيفي الارتباط منتشر (DCS) مقياس مؤشر تدفق الدم (CBF ط) yielد فهرس CMRO 2 (CMRO 2I) 4،5.

مع FDNIRS مجتمعة / نظام DCS ونحن قادرون على تحديد الأيض الدماغي وديناميكا الدم. هذا يمثل تحسنا عن CWNIRS للكشف عن صحة الدماغ، نمو الدماغ، واستجابة للعلاج عند الولدان. وعلاوة على ذلك، تلتزم هذه الطريقة لجميع الأطفال حديثي الولادة سياسات العناية المركزة (NICU) وحدة مكافحة العدوى وعلى السياسات المؤسسية بشأن السلامة الليزر. وسوف تسعى إلى العمل في المستقبل دمج الأداتين للحد من اكتساب الوقت في السرير وتنفيذ في الوقت الحقيقي معلومات عن جودة البيانات لخفض معدل الرفض البيانات.

Introduction

الجهاز FDNIRS هو التردد المخصص للنطاق النظام من شركة ISS مع مجموعتين مماثلة من الثنائيات الليزر التي ينبعث منها 8 في ثمانية موجات تتراوح 660 حتي 830 نانومتر، واثنين من أجهزة إنذار للأنبوب مضخم (PMT). مصادر وكشف عن والتضمين في 110 و MHz 110 كيلوهرتز بالإضافة إلى 5، على التوالي، للتمكن من الكشف مغايرة 6. يتم تشغيل كل ليزر ديود لمدة 10 ميللي ثانية على التوالي، لفترة 160 ميللي ثانية اكتساب الإجمالية لكل دورة. تترافق المصادر وكشف عن أن الألياف البصرية ومرتبة في صف واحد في التحقيق البصرية. ترتيب ألياف على التحقيق هو من النوع الذي ينتج الأربعة المختلفة للكشف عن المصدر فصل. عن طريق قياس الضوء المرسل (توهين السعة ومرحلة التحول) على مسافات متعددة، يمكننا قياس الامتصاص (ميكروأمبير) ونثر ('ميكرو ثانية) معاملات الأنسجة تحت الملاحظة. من معاملات امتصاص موجات متعددة في، ثم نقدر القيم المطلقة من الاوكسيجين (HBO) وتركيزات الهيموغلوبين امؤكسج (HBR) حجم الدم الدماغي (CBV) والهيموجلوبين تشبع الأكسجين (2 SO).

الجهاز DCS هو منزل - نظام مدمج مماثلة لتلك التي وضعت من قبل الدكاترة. أرجون يود في وDurduran تورغوت في جامعة ولاية بنسلفانيا 8،9. نظام DCS التي تتكون من مادة صلبة - دولة، ليزر التماسك طويلة عند 785 نانومتر، وأربعة الثنائي الضوئي أفالانش الفوتون العد والفرز (APD) للكشف عن (EG & G بيركن إلمر SPCM-AQRH) يضم التهم الظلام منخفضة (<50 تهمة / ثانية) وعالية العائد الكم (> 40٪ عند 785 نانومتر)، والقناة الرابعة، 256-بن متعددة تاو خاسسرح، مع قرار NSEC 200. مع DCS نقيس تدفق الدم في الاوعية الدموية الدقيقة قشرة الدماغ عن طريق قياس كثافة التقلبات الزمانية الضوء المتناثرة تتضاعف الذي يطرح نفسه من التحولات التي تنتجها دوبلر تتحرك خلايا الدم الحمراء. هذه التقنية، على غرار flowmetry الليزر دوبلر الدم (أي أنها فورييه تجارةansform النظير)، وتدابير وظيفة الارتباط الذاتي من شدة التقلبات كل قناة كاشف حسابها من قبل خاسسرح الرقمية عبر تأخير النطاق الزمني من 200 NSEC - 0.5 ثانية. ويحسب كثافة خاسسرح الزمنية لصناعة السيارات في الارتباط من ضوء إعادة الخارجة من الأنسجة. نحن تناسب ثم المعادلة ارتباط انتشارها إلى وظيفة الارتباط الذاتي يقاس، حصلت بالتتابع، مرة واحدة في الثانية تقريبا، للحصول على مؤشر تدفق الدم (CBF ط) 10،11. وقد تم اتخاذ تدابير DCS التغيرات تدفق الدم التحقق من صحة على نطاق واسع 12،13. من خلال الجمع بين التدابير FDNIRS من 2 SO مع التدابير DCS من CBF الأول، أن نحقق تقدير الأيض الدماغي الأكسجين (CMRO 2I).

Protocol

1. إعداد لتدابير السرير

  1. وFDNIRS ونظم DCS هي مدمجة الحجم وسهلة للتحرك على عربة صغيرة لجوار سرير الرضيع في المستشفى (الشكل 1).
  2. بعد تحريك عربة مع الأجهزة إلى السرير، قم بتشغيل أنظمة الاتصال والتحقيق البصرية إلى FDNIRS والأجهزة DCS. ضمان أن اثنين من المجربون موجودة لكل قياس: واحدة لإدارة الصكوك والكمبيوتر، واحدة لعقد التحقيق.
  3. اختيار المناسب التحقيق وفقا للسن الرضيع التالي للحيض (PMA). يتم استخدام يستخدم المجس الضوئي مع فصل المصدر كاشف FDNIRS من 1 سم، 1.5، 2 و 2.5 للرضع <37 أسبوعا PMA والتحقيق مع فصل FDNIRS 1.5، 2، 2.5 و 3 سم لكبار السن الرضع (الشكل 2-A ). وأملت اختيار أقصر فصل المصدر كاشف حسب الحجم الخدج "الصغيرة والكبيرة انحناء الرأس. عند استخدام أكبر التحقيق مع الرضع الخدج، وتعصبحجم أصغر من ively رأس الطفل وانحناء الهام الذي يعيق الاتصال الفعال بين معا رأس الرضيع وجميع أجهزة الكشف عن مصادر و. لهذا السبب، فإن التحقيق مع فصل المصدر كاشف FDNIRS من 1 سم، 1.5، 2 و 2.5 من المناسب للاستخدام مع الخدج. وقد تحققت أبحاثنا أن اختيار المصدر للكشف عن فصل كافية لقياس الخصائص البصرية من القشرة المخية قبل الأوان من 14 على حد سواء والطويل. يتم ترتيب DCS المصدر وكشف الألياف على التوالي بالتوازي مع الألياف FDNIRS مع المصدر كشف مسافات 1.5 (واحد كاشف) و 2 سم (ثلاثة أجهزة الكشف عن) في كلا تحقيقات الأطفال الخدج والطويل.
  4. تطهير التحقيقات البصرية مع ساني من القماش تطهير القضاء والتحقيق وإدراج ألياف البولي بروبلين في الأكمام البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد.

2. إعدادات كسب FDNIRS والمعايرة

  1. فتح FDNIRS واجهة المستخدم الرسومية (GUI) وحدد ملف إعدادات البرنامجتستخدم كتلة الموافق التحقيق والمعايرة.
  2. لضبط المكاسب كاشف، ضع بلطف التحقيق على مساحة الرأس هذا الموضوع دون الشعر (ويفضل الجانب الأيسر من الجبهة) والحفاظ عليه في نفس الموقف دون تطبيق أي ضغط. بدوره على مصادر وكشف عن ضبط والجهد PMT حتى السعة أي من أجهزة الليزر مصدر تصل 20000 التهم. 32000 التهم هي الحد الأقصى لرقمنة التناظرية إلى الرقمية اقتناء بطاقة، والمكاسب تحتاج إلى تعيين دون ذلك لتجنب التشبع عتبة خلال الحصول على البيانات. يجب تعيين المكاسب في المنطقة الأمامية لهذه المنطقة عموما أقل امتصاص ضوء الليزر، وبالتالي الأكثر عرضة للتشبع.
  3. إيقاف المصادر وكشف عن والعودة إلى التحقيق كتلة المعايرة. الليزر يجب أن يتم إيقاف التحقيق عند الانتقال لسلامة العين، وأجهزة الكشف عن تحتاج إلى إيقاف لفرق إدارة المشاريع PMT حساسة للغاية والتعرض لضوء ساطع أي طncreases الضوضاء الخلفية، وربما ضرر دائم لهم.
  4. مع التحقيق مرة أخرى على كتلة المعايرة، استخدم محايدة الكثافة (ND) تصفية الزوج التشبع إن وجدت المصدر كاشف. ويمكن اختيار مرشحات ND مختلفة بسبب المكاسب عند الرضع مع تحسين لون البشرة المختلفة أمسك التحقيق لا يزال لمدة 16 ثانية أثناء تشغيل إجراء المعايرة. لأننا لا تتحرك فعليا مصدر واحد لمسافات مختلفة من جهاز الكشف عن واحدة من أجل تحقيق مخطط متعدد المسافة، ولكن بدلا من استخدام أربع مجموعات من اثنين واثنين من مصادر مستقلة للكشف عن مستقلة، ونحن بحاجة لمعايرة للسلطة مختلفة من مصادر اثنين و المكاسب مختلفة من أجهزة الكشف عن اثنين. عن طريق قياس كتلة معايرة الخصائص البصرية المعروفة، ونحن تقدير السعة والعوامل اللازمة لتصحيح المرحلة استرداد معاملات الامتصاص والتشتت للكتلة المعايرة.
  5. بعد المعايرة، واكتساب بزيادة 16 ثانية من البيانات على الكتلة وتقييم مدى كفاية بصريا من الالمعايرة ه مع واجهة المستخدم الرسومية MATLAB في المنزل. يجب أن تقاس ميكروأمبير و "ميكرو ثانية مطابقة معاملات الفعلي للكتلة المعايرة في جميع الأطوال الموجية. إذا كان مناسبا إعادة تقويم رديئة.
  6. إذا كشف المكاسب تحتاج إلى تغيير، أو المصدر وكشف الألياف تحتاج إلى قطع خلال القياسات، كرر الإجراء معايرة الجهاز FDNIRS.
  7. في نهاية الدورة القياس، والحصول على آخر ثانية 16 من بيانات عن كتلة المعايرة للتحقق ما إذا كان الحفاظ على معايرة القياسات أثناء حول هذا الموضوع. إذا لم يتم معايرة المحافظة، واتخاذ المعايرة الثانية في نهاية القياس وتنطبق على البيانات المكتسبة.

3. DCS إعدادات

  1. فتح في المنزل DCS الحصول على البيانات وتحميل GUI ملف الإعدادات المقابلة لتحقيق البصرية المستخدمة.
  2. قبل البدء القياسات، تحقق من أن قوة الليزر لمصدر DCS مناسب لتعرض الجلد عن طريق قياس رانه قوة الليزر لمصدر DCS مع السلطة متر والتحقق من حجم البقعة مع بطاقة عرض IR (ليزر تنبعث عند 785 نانومتر، والتي هي غير مرئية). قوة الليزر DCS هو ~ 60 ميغاواط وبالإضافة إلى الألياف قطر صغير نسبيا (400-600 ميكرون). لتلبية معايير ANSI لتعرض الجلد، يجب أن الضوء في التحقيق يكون الموهن والموزعة عبر منطقة واسعة. ويتحقق هذا من خلال تغطية غيض من الألياف التي يبلغ قطرها 3 مم ورقة بيضاء تفلون (الشكل 2-A). وتفلون ونثر ينشر على نطاق واسع للغاية وشعاع الليزر. في السرير، تأكد من أن قوة الليزر في التحقيق هو أقل من 25 ميغاواط وحجم البقعة أكبر من 3 مم في القطر. أما بالنسبة للFDNIRS، قم دائما بإيقاف المصادر وكشف عن التحقيق عند الانتقال البصرية.
  3. DCS كشف الفوتون هو العد وليس هناك ضبط الربح APD كما هو مطلوب لجهاز FDNIRS. إشارة في برنامج اكتساب يشير إلى ما إذا تم الكشف عن الكثير من الضوء، وفي هذه الحالة الضوء اقتران تمر اقتصاداتها بمرحلة انتقاليةمصدر لها أو الألياف كاشف يحتاج إلى تخفيض من خلال تحويل موصلات الألياف. كشف الضوء الكافي على مجموعة من الفوتونات الكشف عن 200،000-4،000،000 (-26 ديسيبل الموافق 0 ~ على شاشة الكمبيوتر). تجنب الإفراط في ضوء الغرفة للحد من الضوضاء في الخلفية.
  4. وDCS لا يتطلب معايرة لقياس CBF ط. تدفق الدم يتناسب مع الوقت الذي يستغرقه لتفقد الارتباط. كتلة صلبة لا يكفي للتحقق من جودة الإشارة لأنه لا توجد جسيمات تتحرك لنثر تسبب تسوس. ذراع مجرب ويظهر بدلا تسوس - زادت سرعة تدفق الدم، واضمحلال حاد.

4. الحصول على البيانات

  1. في حين يمكن أن يتم FDNIRS والقياسات DCS بسرعة في التسلسل، أول إجراء جميع المواقع مع جهاز واحد ثم كرر نفس الشيء مع تطور الجهاز الآخر، وذلك باستخدام البرمجيات المستقلين اكتساب المقابلة لكل.
  2. قياس تغطي سبعة مواقع الأمامية والزمنية وparietالمناطق القاعدة، وفقا لنظام 10-20 (FP1، FPZ، FP2، C3، C4، P3، P4)، في التسلسل (الشكل 2-B). جزء من الشعر على طول الخط للكشف عن المصدر ووضع دقق في تلك المنطقة من الرأس.
  3. بدوره على الليزر وأجهزة الكشف عن FDNIRS والتحقق من جودة الإشارة: ينبغي أن تكون السعة التهم بين 2،000 و 20،000 وتحولات المرحلة SNR <2 درجة. إذا خارج هذه النطاقات، أعد التحقيق، وضمان مفترق الشعر وجميع أجهزة الكشف عن مصادر وعلى اتصال مع الجلد.
  4. الحصول على البيانات لمدة 16 ثانية. تكرار القياسات تصل إلى ثلاث مرات في كل موقع (الشكل 2-C)، فراق الشعر وتغيير وضعيتها التحقيق في بقعة مختلفة قليلا عن كل الاستحواذ. يتم ذلك للحد من تأثير عدم تجانس المحلية مثل الشعر والسفن الكبيرة والسطحية لتوفير القيم ممثل منطقة، بدلا من نقطة واحدة.
  5. بدوره على الليزر وأجهزة الكشف عن DCS والحصول على بيانات عن 10 ثانية. إعادة التحقيق ومندوبأكل الاستحواذ (كما هو الحال مع التدابير FDNIRS).
  6. إيقاف تشغيل كافة أجهزة الليزر عند الانتقال بين المواقع التحقيق. جمع البيانات في جميع المواقع السبعة ليس من الممكن دائما. وقف قياسات إذا كان الموضوع يظهر أي دلالة على الشدة أو الحركة. محاولة اكتساب إذا كان ذلك ممكنا. قد الأقطاب الكهربائية EEG أو معدات الجهاز التنفسي يحول دون أيضا القياسات في بعض المواقع.

5. مقياس لمعلمات الجهازية

  1. لحساب 2I CMRO، معلمتين النظامية، الأوكسجين الشرياني (ساو 2) والهيموجلوبين في الدم (HGB)، لا بد من الحصول عليها. وهناك حاجة أيضا لحساب HGB CBV. بينما التقليدية قياس التأكسج نبض توفر تدابير باولو يقاس تقليديا HGB مع اختبار الدم. A نبض oximeter الجديدة، التي وضعتها شركة Masimo، قادر على قياس HGB غير جراحية باستخدام موجات متعددة. الجهاز هو وافقت عليها الهيئة للرضع> 3 كجم، ويسمح لالاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف السرير السريعلدى عودتهم من 2 باولو كل من وHGB.
  2. سجل باولو 2 و HGB باستخدام مقياس التأكسج نبض Masimo (برونتو بقعة تحقق نبض مقياس التأكسج المشترك). لهذه القياسات، ونعلق لاصقة تستخدم مرة واحدة لاستشعار إصبع القدم الكبير للقدم الطفل. سيتم عرض HGB على الشاشة في غضون ثوان قليلة.
  3. عندما لا يكون من الممكن استخدام Masimo نبض مقياس التأكسج المشترك، وقياس 2 مع ساو أخرى oximeters نبض وافقت عليها الهيئة. يمكن استردادها إما HGB من المخططات المرضى السريرية أو المقدرة باستخدام قيم المعيارية.

6. تحليل البيانات

  1. فتح في المنزل تحليل البيانات مرحلة ما بعد المعالجة باستخدام MATLAB GUI. هذا البرنامج ليس فقط تقدر جميع المعلمات الدورة الدموية، ولكن أيضا يستخدم التكرار من البيانات لتقييم جودة تلقائيا قياس وتقييد النتائج.
  2. معايير موضوعية التلقائي لمراقبة الجودة تتكون من تجاهل البيانات لFDNIRS إذا: R2 <0،98 لصالح نموذج من البيانات التجريبية، ف قيمة> 00.02 لمعامل ارتباط بيرسون المنتج لحظة بين 8 معاملات امتصاص قياس الهيموجلوبين وصالح (الشكل 3-A)، ف قيمة> 0.02 للتناسب خطي من معاملات مقابل انخفاض الطول الموجي نثر (الشكل 3-B) 15. إذا كان أكثر من 33 في المائة من التخلص مزايا البيانات، يتم تجاهل مجموعة كاملة. لDCS، يتم تجاهل البيانات إذا: ذيل المنحنى المناسب يختلف من 1 بأكثر من 0.02 في الاختلاف بين التراكمي 3 نقاط الأولى من منحنى أكثر من 0.1، أو متوسط ​​قيمة النقاط 3 الأولى أكثر من 1.6 (الشكل 4). إذا يتم تجاهل أكثر من 50 في المئة من المنحنيات، أو القيم مناسبا لها معامل التباين في المئة 15>، يتم تجاهل مجموعة كاملة 15.
  3. حساب قناة HBO المطلقة وتركيزات HBR من المناسب معاملات الامتصاص في جميع الأطوال الموجية، وذلك باستخدام القيم الأدب لخضاب الدم الانقراض معاملات 16 وتركيز 75 في المائة من المياه في الأنسجة 17. تستمد مجموع تركيز الهيموغلوبين (HBT = + HBO HBR) و 2 SO (HBO / HBT) من تركيزات HBO وHBR.
  4. ويقدر حجم الدم الدماغي باستخدام المعادلة المذكورة في Ijichi وآخرون 18. CBV = (MW × HBT الهيموغلوبين) / (HGB × D BT)، حيث هب MW = 64500 [ز / مول] هو الوزن الجزيئي للخضاب الدم، وD = 1،05 BT ز / مل هو كثافة أنسجة المخ.
  5. حساب CBF لي تركيب قياس وظائف الارتباط الذاتي الزمني لنشر المعادلة الارتباط. الإطار النظري مفصلة لحساب CBF أنا وآخرون في بواس آل بواس و. ويود في 10،11. في المعادلات، استخدام معاملات امتصاص الفرد يقاس من FDNIRS وبمعدل معاملات عبر نثر السكان.
  6. حساب مؤشر استهلاك الأوكسجين الدماغي باستخدام مقياس FDNIRS من SO 2I = (HGB × × CBFi (ساو 2-2 SO)) / (4 × × β هب MW) 15، حيث يعكس العامل 4 الأربعة جزيئات O 2 منضمة إلى كل الهيموجلوبين وβ هي المساهمة في المئة من حجرة إلى الهيموجلوبين وريدي قياس الأكسجة 19.

Representative Results

في السنوات الخمس الماضية أثبتنا إمكانية وجدوى السريرية للطريقة المقترحة. على وجه الخصوص، وقد أظهرنا CMRO 2 إلى تكون أكثر تمثيلا للصحة الدماغ والتنمية من 2 SO.

في دراسة مستعرضة على أكثر من 50 الرضع الأصحاء، وجدنا أنه في حين CBV هو أكثر من ضعف خلال السنة الأولى من العمر، لا تزال مستمرة SO 2 4 (الشكل 5). في دراسة على 70 حديثي الولادة صحي وجدنا أيضا أن 2 SO ثابت عبر مناطق الدماغ بينما CMRO 2I، وCBV CBF أعلى في المناطق الزمنية والجداري مما كانت عليه في المنطقة الأمامية (الشكل 6) 20، وهو ما يتسق مع امتصاص الجلوكوز PET النتائج 21. في كل من دراساتنا، ثابت SO ضمن نطاق 60-70٪ تشير إلى أن وصول الأكسجين عن كثب مباريات استهلاك المحلي، في حين CBV، وCBF CMRO 2 هي موإعادة المقرونة بإحكام مع التنمية العصبية.

للتحقق من أن CMRO 2I هو أداة أفضل الفرز من 2 SO حديثي الولادة في الكشف عن إصابات الدماغ، قمنا بقياس الرضع المصابين الدماغ أثناء المرحلة الحادة و (في الرضع قليلة) خلال المرحلة المزمنة بعد عدة أشهر من الإصابة. النتائج تظهر في الشكل 7 كيف SO 2 هو لم يتغير بشكل ملحوظ من إصابات الدماغ في كل المراحل (أشهر بعد الإصابة) في وقت مبكر (1-15 أيام بعد إهانة) والمزمنة، في حين CMRO 2I يختلف كثيرا من المعتاد خلال المراحل الحادة والمزمنة على حد سواء . على وجه التحديد، هو ارتفاع CMRO 2I خلال المرحلة الحادة بسبب النشاط الاستيلاء بعد إصابات الدماغ، وأقل من المعدل الطبيعي خلال المرحلة المزمنة بسبب فقدان الخلايا العصبية.

يتم التعامل مع الإصابات حاليا الرضع نتيجة نقص الأوكسجين مع انخفاض حرارة الجسم العلاجية (TH) لعملية التمثيل الغذائي أقل الدماغ والحد من الأضرار الإضافية بعد نقص الأوكسجينULT. انخفاض حرارة الجسم العلاجية يتم الاحتفاظ لمدة ثلاثة أيام، وكنا قادرين على مراقبة 11 رضيعا خلال فترة العلاج (الشكل 8). وجدنا أن CMRO 2I يقلل بشكل ملحوظ إلى مستويات اقل من العادي خلال TH، وهذا الانخفاض يبدو أن لهما صلة الاستجابة للعلاج ونتائجها التنموية. هذه النتائج الأولية تشير إلى أن طريقة FDNIRS-DCS قد تكون قادرة على توجيه وتحسين العلاج انخفاض حرارة الجسم.

الشكل 1
الشكل 1. صورة للعربة مع FDNIRS والأجهزة DCS. وثائق هما المدمجة بما يكفي لتناسب على عربة صغيرة يمكن تحريكها إلى السرير الرضيع في NICU.

الشكل 2
الشكل 2 (A) التكوين التحقيق البصرية. (C) صورة لقياس FDNIRS-DCS نموذجية على الرضع.

الشكل 3
الشكل 3. أمثلة ممثل مناسبا الجيدة والسيئة من قياس (A) معاملات الامتصاص والتشتت صالح الهيموجلوبين معاملات (B) وصالح الخطية. P القيمة> 0،02 يشير إلى نوبة سيئة. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 4
الشكل 4. مثال ممثل مناسبا الجيدة والسيئة وظيفة الارتباط الذاتي من تقلبات شدة حسابهاقبل أكثر من خاسسرح تأخير النطاق الزمني من 200 NSEC - 0.5 ثانية. في الشكل مناسبا سيئة ذيل المنحنى المناسب يختلف من 1 بأكثر من 0.02 والاختلاف من 3 نقاط الأولى هي أكثر من 0.1. اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .

الشكل 5
الشكل 5. التغيرات في CBV و2 SO عبر المناطق القشرية الأمامية والزمنية والجداري عند الرضع منذ الولادة وحتى السنة الأولى من العمر.

الشكل 6
الشكل 6. CBF، 2 SO، وCBV CMRO 2I من الشركة المصرية للاتصالات، الجبهيmporal والجداري المناطق في 70 حديثي الولادة بصحة جيدة.

الشكل 7
الشكل 7. أمثلة على استهلاك الأوكسجين غير طبيعية وعادية 2 SO بعد إصابات الدماغ عند الرضع. تم وضع علامة إصابة الدماغ عن طريق التغييرات في CMRO 2 مع الاحترام إلى وضعها الطبيعي في حين 2 SO لا تختلف كثيرا عن المعتاد. يرجى ملاحظة أنه في هذين الرقمين، تم حساب CMRO 2 باستخدام العلاقة Grubb، لأن التدبير DCS لم تكن متوفرة في ذلك الوقت من تلك القياسات.

الرقم 8
الشكل 8. rCMRO 2 من 11 الرضع خلال انخفاض حرارة الجسم العلاجية مقابل العمر المتطابقة ضوابط صحية. يتم تقليل عملية التمثيل الغذائي بقوة الأوكسجين في جميع الاطفال الذين يعانون من انخفاض حرارة الجسم العلاج.

Discussion

أثبتنا قياس الكمي من الدورة الدموية الدماغية والتمثيل الغذائي مع FDNIRS وDCS في عدد السكان حديثي الولادة. هو الأمثل التكوين التحقيق لقياس قشرة الدماغ حديثي الولادة 14. تم تغيير تدفق الدم يقاس على نطاق واسع ضد DCS التحقق من صحة تقنيات أخرى في الحيوان والدراسات الإنسانية 22،23. باستخدام مقياس DCS مباشرة من تدفق الدم، ونحن قادرون على الحد من التباين في حساب 2I CMRO 24. كان التباين من التدابير كما كرر أصغر من التغييرات بين مناطق الدماغ مع التقدم في السن و20.

من نتائجنا السابقة، أظهرت CBFi و2I CMRO تغييرات كبيرة مع سلطة النقد الفلسطينية في خدج صحية. مقياس 2I CMRO هو أكثر قدرة على الكشف عن تلف في الدماغ من قياس 2 SO. هذا يشير إلى أن التدابير المشتركة للمعلمات الأوعية الدموية والتمثيل الغذائي كما تخدم ب أكثر قوةiomarkers من صحة الدماغ حديثي الولادة والتنمية من تشبع الأكسجين وحدها. وسوف تركز التحسينات التقنية على دمج أداتين للحد من الوقت اقتناء 35-40٪ لكل دورة وتنفيذ في الوقت الحقيقي معلومات عن جودة البيانات للحد من وتيرة التدابير التخلص منها. في المستقبل القريب، يمكن تسليمها هذا النظام للمستخدمين النهائيين السريرية كشاشة السرير رواية تغير استقلاب الأكسجين الدماغي. من خلال قياس المسارات قد CMRO من أكثر من 2 مرة أيضا زيادة الأهمية السريرية والتنبؤ بالنتائج. يمكن جعل هذه الأداة في نهاية المطاف مساهمة كبيرة نحو تحسين إدارة إصابات الدماغ الولدان.

Disclosures

ماريا أنجيلا فرانشيسني وزوجها ديفيد بواس، وبنيامينو باربييري (ISS المؤتمر الوطني العراقي) تملك براءات اختراع هذه التكنولوجيا.

Acknowledgments

الكتاب أشكر جميع الأسر للمشاركة في هذه الدراسة والممرضات، والأطباء، والعاملين في وحدة العناية المركزة حديثي الولادة، والحضانة الرعاية الخاصة، الأمراض العصبية لدى الأطفال، ووحدات الأمومة في مستشفى ماساتشوستس العام، بريجهام ومستشفى النساء ومستشفى بوسطن للأطفال لمساعدتهم ودعمهم. ولا سيما نشكر ليندا فان Marter J.، M. روبرت Insoft، جوناثان كرونين H.، جوليان مزاوي، وستيفن A. قارع الأجراس. ونشكر أيضا من الكتاب مارسيا Kocienski-فيليب، شيلدون ايفون، Aggarwall Alpna، Artunguada مادي وناف جينيفيف على مساعدتهم خلال القياسات. هذا المشروع يتم بدعم من قبل المعاهد الوطنية للصحة R01-HD042908، R21 HD058725، P41 RR14075 وR43 HD071761. ويدعم مارسيا Kocienski-فيليب وشيلدون ايفون من قبل جائزة العلوم السريرية بالحركة UL1RR025758 لجامعة هارفارد وبريجهام ومستشفى النساء من المركز الوطني للبحوث الموارد. المحتوى هو فقط من مسؤولية علىuthors ولا تعبر بالضرورة عن وجهات النظر الرسمية للمركز الوطني لبحوث الموارد أو المعاهد الوطنية للصحة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Imagent ISS FDNIRS
DCS laser fibers Thorlabs FT400 DCS component
DCS detector fiber Thorlabs 780HP DCS component
DCS laser CrystaLaser DL785-070-S DCS component
DCS detector Pacer International SPCM-AQRH-14-FC DCS component
DCS Correlator Correlator.com Flex05-8ch DCS component
Pronto co-oximeter Masimo HGB and SaO2 monitor
NOVA OPHIR 7Z01500 Laser power meter
Sensor card Newport F-IRC1-S IR viewer
Neutral Density filter Kodak NT54-453

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Cite this Article

Lin, P. Y., Roche-Labarbe, N., Dehaes, M., Carp, S., Fenoglio, A., Barbieri, B., Hagan, K., Grant, P. E., Franceschini, M. A. Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants. J. Vis. Exp. (73), e4379, doi:10.3791/4379 (2013).More

Lin, P. Y., Roche-Labarbe, N., Dehaes, M., Carp, S., Fenoglio, A., Barbieri, B., Hagan, K., Grant, P. E., Franceschini, M. A. Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants. J. Vis. Exp. (73), e4379, doi:10.3791/4379 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter