Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Hvordan administrere nær-infrarød spektroskopi i kritisk syke nyfødte, spedbarn og barn

Published: August 19, 2020 doi: 10.3791/61533
Automatic Translation
1, 2, 3, 1, 4, 3, 2, 1, 4
1Department of Pediatrics I - Neonatology, Pediatric Intensive Care, Pediatric Neurology, University Hospital Essen, University of Duisburg-Essen, 2Department of Pediatric Cardiology, University Hospital Erlangen, University of Erlangen-Nürnberg, 3Department of Pediatric Cardiac Surgery, University Hospital Erlangen, University of Erlangen-Nürnberg, 4Division of Neonatology and Pediatric Intensive Care, Department of Pediatrics, University Hospital Erlangen, University of Erlangen-Nürnberg

Summary

Denne protokollen er utformet for å hjelpe klinikere til å måle regional vev oksygenering på forskjellige kroppssteder hos spedbarn og barn. Den kan brukes i situasjoner der vev oksygenering er potensielt kompromittert, spesielt under kardiopulmonal bypass, når du bruker ikke-pulsatile hjerte-assist enheter, og i kritisk syke nyfødte, spedbarn og barn.

Abstract

Nær infrarød spektroskopi (NIRS) beregner regional vev oksygenering (rSO2) ved hjelp av de forskjellige absorpsjonspektra av oksygenerte og deoksygenerte hemoglobinmolekyler. En sonde plassert på huden avgir lys som absorberes, spres og reflekteres av det underliggende vevet. Detektorer i sonden registrerer mengden reflektert lys: Dette gjenspeiler det organspesifikke forholdet mellom oksygentilførsel og forbruk - uavhengig av pulsatile strømning. Moderne enheter muliggjør samtidig overvåking på forskjellige kroppssteder. En økning eller dukkert i rSO2-kurven visualiserer endringer i oksygentilførsel eller etterspørsel før vitale tegn indikerer dem. Utviklingen av rSO2-verdier i forhold til utgangspunktet er viktigere for tolkning enn absolutte verdier.

En rutinemessig klinisk anvendelse av NIRS er overvåking av somatisk og cerebral oksygenering under og etter hjertekirurgi. Det administreres også hos premature spedbarn med risiko for nekrotiserende enterocolitt, nyfødte med hypoksisk iskemisk encefalopati og en potensiell risiko for nedsatt vev oksygenering. I fremtiden kan NIRS i økende grad brukes i multimodal nevroovervåking, eller brukes til å overvåke pasienter med andre tilstander (f.eks. etter gjenoppliving eller traumatisk hjerneskade).

Introduction

Nær-infrarød spektroskopi (NIRS) måler ikke-invasivt den regionale vev oksygenmetning (rSO2) i hjernen, muskel, nyrer, lever eller tarm1,2,3,4,5,6,7,8,9. Det påføres i intensivbehandling og hjertekirurgi for å overvåke "sanntid" oksygenforbruk og somatisk vevmetning10.

En sonde på huden avgir nær-infrarødt lys (700 - 1000 nm)11 som trenger inn i vev og bein opp til en dybde på ca 1-3 cm, og dermed blir spredt, absorbert ogreflektert 12. Detektorer i sonden registrerer mengden reflektert lys – som representerer den relative mengden deoksygenert hemoglobin – og beregner en numerisk verdi som indikerer den regionale oksygeneringsmetningen i prosent (%)2. I motsetning til pulsoksymetri (som gjenspeiler systemisk oksygentilførsel og krever pulsatile strømning), reflekterer NIRS venøs oksygenmetning og krever ikke pulsatile strømning, og dermed gjør den egnet for lavstrømssituasjoner som kardiopulmonal bypass7.

RSO2 gjenspeiler balansen mellom oksygentilførsel og forbruk i vevet – endringer i enten blir synlige selv før endringer blir ellers klinisk tydelige. Endringer i forhold til grunnlinjen er viktigere enn de absolutt målte verdieneselv 10,13,14,15,16. Måling av rSO2 hjelper klinikere med å overvåke pasienter under hjertekirurgi, kardiopulmonal bypass og på intensivavdelingen; det kan også hjelpe i guiding oksygenbehandling i premature spedbarn og overvåke nyre, splanchnic, og systemisk perfusjon12,17,18,19,20,21.

NIRS er en trygg, gjennomførbar22, og enkel måte å overvåke vev oksygenering kontinuerlig. Kombinert med andre cerebrale biomarkører og nevroovervåkingsteknikker (f.eks. kontinuerlig eller amplitudeintegrert EEG), vil NIRS sannsynligvis spille en rolle i fremtidig (multimodal) overvåking hos nyfødte og barn23,24. I denne artikkelen viser vi klinikere hvordan man setter opp NIRS-overvåking for ulike organsystemer, forklarer hvordan rSO2-verdier utvikler seg tilsvarende endringer i fysiologi, og presenterer typiske resultater fra ulike kliniske innstillinger.

Protocol

NIRS gjennomføres som en del av sykehusets kliniske rutine. Det anbefales i pediatriske hjertekirurgi intervensjoner innenfor rammen av kvalitetssikring fra Kompetansenettverk for medfødte hjertefeil (http://www.kompetenznetz-ahf.de), Pediatric Cardio Anestesi Working Group og German Society for Cardiovascular Engineering25. Protokollen følger retningslinjene til institusjonens etikkkomité for menneskelig forskning. Vi innhentet skriftlig informert samtykke om filming og publisering av materialet fra begge foreldrene til hvert spedbarn som vises i videoen. Protokollen vi presenterer tilsvarer den kliniske praksisen på sykehuset og gjelder spedbarn og barn i alle aldre. Hvis det er spesielle bekymringer for en bestemt aldersgruppe, indikerer vi dette i et notat i protokollen.

1. Forberedelse

  1. Koble til og slå på NIRS-enheten. Angi pasientens data i henhold til enhetens oppsett.
  2. Velg riktig sonde i henhold til pasientens vekt og tiltenkte brukssted. Vektområdet er gitt på sondens emballasje og avhenger av produsenten (se tabell 1 for en oversikt over vektområder hos vanlige produsenter).
  3. Sørg for at pasientens hud er ren og tørr for optimal vedheft. Tørk huden med en vattpinne om nødvendig. Vær veldig forsiktig eller utelate rengjøring hvis huden er sårbar.

2. Plasser sonden

  1. Etter å ha identifisert riktig probeposisjon, bøy forsiktig midten av sonden mot siden av det hvite dekselet til det begynner å komme av. Skrell forsiktig av dekselet uten å berøre sondens klebrige overflate.
  2. Plasser sensoren på huden fra midten av sonden til sidene. Kontroller at kantene på sonden er godt koblet til huden. Hvis sonden kobles fra, vil feil NIRS-verdier bli oppnådd. Frakobling i et lyst miljø forårsaker falske høye verdier; frakobling i et mørkt miljø forårsaker falske lave verdier.
    MERK: For å unngå hudlesjoner må du ikke plassere sonden på svært umoden eller sårbar hud. Hvis sonden må plasseres på sårbar hud, bruk et lag cellofan mellom huden og sonden, eller la dekselet stå på. Når du fester sonden, må du unngå å legge press på den (f.eks. via en spedbarnsstrømningshette eller hodebånd), da dette kan svekke hudens perfusjon og forårsake feilaktig måling.

3. Velg probeposisjonen

  1. Cerebral: Plasser NIRS-sonden i supra-orbital-regionen på pannen under hårlinjen for å oppnå verdier fra frontal cortex. Ikke plasser sonden over håret, frontal sinus, den timelige muskelen, nevi, den overlegne sagittal sinus, intrakranielle blødninger eller andre anomalier, da det kan endre målingen og verdiene oppnådd vil ikke representere regional vev oksygenering. Plassering av to sonder, en på hver panne tillater selektiv analyse av begge halvkuler hvis den kliniske innstillingen krever dette. Nærliggende sonder avgir og måler signaler vekselvis for å unngå forstyrrelser.
    MERK: RSO2-verdien gjenspeiler bare oksygeneringsstatusen til vevet under sonden – for et stort organ som hjernen reflekterer ikke oppnådde verdier hele organets oksygeneringsstatus.
  2. Somatisk: Velg en posisjon over interesseområdet. Unngå fettavleiringer, hår og bein. Ikke plasser sonden over nevi, hematom og skadet hud. Husk alltid at dybden av NIRS-signalet er ca. 2,5 cm - hvis interesseorganet er lenger unna sonden, kan det ikke analyseres. For nyre- eller lever-NIRS, bruk ultralyd for å sikre riktig plassering.
    1. Nyrer: Finn nyrene via dorsal sagittal sonogram før du plasserer sonden. Pass på at hud-til-organ-avstanden ikke overstiger sondens maksimale dybde.
      MERK: Bruk av ultralyd kan forstyrre minimalhåndteringsprinsippet (f.eks. hos svært premature spedbarn).
    2. Tarm: Plasser sonden i interesseområdet (f.eks. under navlestrengen eller i høyre eller venstre nedre kvadrant).
      MERK: Fri luft eller væske i magen kan gjøre måling av ønsket organs vevs oksygenering umulig.
    3. Lever: Plasser sonden nøyaktig over leveren. Hvis mulig, bekreft posisjonen ved ultralyd. For å unngå å måle feil organ, sørg for at levervevet under sonden er minst like dypt som det avgitte lyset trenger inn (1-3 cm, i henhold til den valgte sonden).
    4. Fot: Plasser sonden på plantardelen av foten. Måling av NIRS i den fjerneste delen av kroppen gir informasjon om perifer perfusjon under hypotermi, hos pasienter med sjokk eller i enhver situasjon der pulsoksymetri ikke virker.
    5. Muskel: Plasser sonden over muskelen av interesse.

4. Angi grunnlinjen

  1. 1-2 minutter etter at sonden er plassert, angir du grunnlinjen ved å trykke på den tilsvarende knappen på enheten. Grunnlinjen gjenspeiler startpunktet for målingen. Utviklingen av vevsperfusjon i hvert overvåkede område kan observeres og tolkes individuelt ved å stole på endringen fra grunnverdien.

5. Se etter problemer med enheten eller kliniske komplikasjoner

  1. Hvis enheten angir at dårlig opptakskvalitet eller verdier er usannsynlige, må du kontrollere at alle de nevnte trinnene er tatt på riktig måte. Skift eventuelt ut sonden og forsterkeren, og kontroller alle kontaktene for stikkontakter.
  2. Se etter eksterne lyskilder som kan påvirke sensoren og kontakten. Dekk sonden lystett hvis forstyrrende lyskilder ikke kan elimineres.
  3. Etter å ha utelukket tekniske problemer, sjekk pasienten for kliniske komplikasjoner.

Representative Results

Den målte rSO2-verdien skyldes forholdet mellom oksygentilførsel og forbruk (figur 1A); forskjellige metabolske egenskaper fører til litt forskjellige normale verdier avhengig av alder og organ (tabell 2). Merk at - med unntak av hjernen - vitenskapelig evaluert referanseverdier eksisterer bare for premature spedbarn og nyfødte26,27,28,29,30,31 og de fleste av protokollen trinnene stole på produsentenes anbefalinger, personlig erfaring, og ekspert mening (Tabell 3). Dette skyldes det faktum at verdiene avhenger av enheten og sensorene som brukes og avslører høy inter-individuell variasjon30,32. Kritisk lave verdier og kritiske endringer i forhold til grunnlinjen stammer fra erfaring og ekspertuttalelser.

Hvis oksygentilførselen og etterspørselen er balansert på fysiologiske verdier, er vevs oksygenering innenfor normalområdet. Endringer i enten oksygentilførsel eller forbruk fører til at rSO2-verdien faller eller stiger (figur 1B,1C). En typisk kurve som avslører normale cerebrale og nyreniRS-verdier vises i figur 2 fra begynnelsen til 14:25.

I det følgende gir vi eksempler for å vise hvordan endringer i underliggende fysiologiske forhold påvirker rSO2. Under hjertekirurgi manipulerer legene sirkulasjonen på en kontrollert måte - derfor er effektene på rSO2 enkle å observere. For eksempel forårsaker klemming av synkende aorta cerebral perfusjon og tilsvarende rSO2 å stige; perfusjon av underkroppen resulterer i en rSO2 reduksjon (figur 2). En annen – ikke-kirurgisk - årsak til økt cerebral blodstrøm ogforhøyet cerebral rSO 2 er hyperdynamisk sjokk i forbindelse med høy hjerteutgang (figur 3).

I kaldt sjokk kan en fallende nyre rSO2 sammen med stabil cerebral rSO2 være det første tegnet; en reduksjon i både nyre og cerebral rSO2 kan forekomme senere i kurset23. Kombinert cerebral og nyreniRS kan bidra til å identifisere tidlige stadier av sjokk der cerebral perfusjon opprettholdes på normalt nivå, men somatisk perfusjon er allerede svekket23.

Ved bruk av to cerebrale NIRS-sonder bør verdier fra høyre og venstre side være like - dissonans mellom høyre og venstre kanal NIRS kan skyldes NIRS-sensorens ufullstendige vedheft (figur 4, rød stjerne) eller indikere en komplikasjon: Under noen hjerteoperasjoner blir hjernen perfundert selektivt via en halspulsåren, og gjør bruk av intracerebral collaterals (sirkelen av Willis) for å levere motsatt side. Gjennom hele denne prosedyren kan dissonans mellom de to cerebrale NIRS-kanalene bidra til å diagnostisere en dysfunksjonell sirkel av Willis (figur 5).

Et annet eksempel på en komplikasjon oppdaget av NIRS er en forstuet vena cava overlegen kanyle under kardiopulmonal bypass som fører til venøs stasis og senket cerebral oksygentilførsel (figur 6). Bruken av NIRS kan bidra til å identifisere nedsatt cerebral perfusjon som ellers ville forbli uoppdaget og føre til alvorlig hjerneskade.

Foruten hjertekirurgi og hjerteintensiv behandling, kan rSO2 målinger også lette "standard" pediatrisk intensivbehandling - komplikasjoner og endringer i terapi kan ledsages av endringer i cerebral rSO2 (Figur 7).

Figure 1
Figur 1: Balansere forholdet mellom oksygentilførsel og etterspørsel.
(A)Under fysiologiske forhold er oksygentilførselen og forbruket balansert, og regional vevs oksygenering er innenfor normalområdet. (B) En avtagende cerebral rSO2 skyldes enten økt oksygenforbruk eller redusert oksygentilførsel. Årsaker til lave eller avtagende cerebrale NIRS-verdier er illustrert i figuren. For eksempel øker feberen cerebralt oksygenforbruk med 10-13% per 1 ° C økning i kroppstemperatur. Cerebrale spasmer kan øke oksygenforbruket med opptil 150-250%. (C) En økning i cerebral rSO2 skyldes redusert oksygenforbruk eller økt oksygentilførsel. Årsaker til høye eller stigende cerebrale NIRS-verdier er gitt i figuren. En cerebral rSO2 over 80%, forårsaket av høy cerebral blodstrøm etter tap av cerebral vaskulær autoregulering, kalles også "luksusperfusjon". Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Utviklingen av cerebral og nyre rSO2 under klemme ut av synkende aorta.
I utgangspunktet er cerebral (blå) rSO2 lavere enn nyre rSO2 (gul), som i fysiologiske forhold. Under clamp-out av synkende aorta øker cerebral blodstrøm mens den nedre halvdelen av kroppen er undersupplied. Dermed stiger cerebral rSO2 og nyre rSO2 dråper. Det røde området indikerer at renal rSO2-verdiene er kritisk lave fordi de ble redusert mer enn 25 % under grunnlinjen. Etter å ha fjernet aortaklemmen og etablert rekonstruksjon av aorta og etablert normal sirkulasjon, normaliserer begge rSO2 kurvene. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Hyperdynamisk sjokk.
Etter å ha kommet til intensivavdelingen etter hjertekirurgi og skiftende åndedrettsrør, opplevde vi alvorlige problemer med mekanisk ventilasjon (og nådde bare lave tidevannsvolumer ved høyt ventilasjonstrykk på grunn av et defekt filter). Pasienten utviklet hyperdynamisk sjokk og respiratorisk acidose med økt sentral venøs metning på 90% og økende cerebral rSO2 opptil 92%. Etter å ha endret filteret, væske gjenoppliving og vasopressorbehandling, stabiliserte pasienten seg raskt og cerebral rSO2 normalisert. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 4
Figur 4: Utviklingen av NIRS-verdier under hypotermi og dyp hypotermisk hjertestans.
Denne figuren illustrerer hvordan cerebral og nyre NIRS verdier endres under hypotermi, justering av kardiopulmonal bypass flyt og i dyp hypotermisk hjertestans (arteriell bryter kirurgi hos en pasient med transponering av de store arteriene og ventrikulær septal defekt). Pasientens baseline rSO2 verdier er 59% (venstre, gul) og 64% (høyre, blå) for hjernen og 32% (grønn) for venstre nyre. Blodtilførselen til nedre halvdel av kroppen avhenger av ductus arteriosus. Intraoperativt indusert hypotermi reduserer oksygenforbruket, noe som fører til stigende NIRS-verdier, spesielt i nyrene. Med økende NIRS-verdier reduserte vi strømningshastigheten for kardiopulmonal bypass. På grunn av fallende NIRS-verdier forårsaket av en endret metabolsk situasjon (f.eks. på grunn av utilstrekkelig dyp anestesi), ble strømmen justert igjen. Under dyp hypotermisk hjertestans falt nyre- og cerebral rSO2 til kritisk lave verdier og steg igjen umiddelbart etter å ha gjenopprettet fysiologisk sirkulasjon. Den røde stjernen med piler viser to dips i høyre cerebral NIRS kurve på grunn av ufullstendig sonde vedheft. Etter forsiktig omsette sensoren på huden, verdiene igjen kjøre parallelt med venstre side. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 5
Figur 5: Dysfunksjonell sirkel av Willis under aortabuekirurgi.
Så snart hjernen er selektivt perfused via høyre halspulsåren (rød pil), rSO2 målt på venstre side (mørk blå) reduseres fordi intracerebral sikkerhet via sirkelen av Willis er utilstrekkelig. Etter å ha plassert en ekstra kanyle i venstre halspulsåren, oppnås tilstrekkelig perfusjon av begge halvkuler og dermed normale NIRS-verdier. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 6
Figur 6: Påvisning av øvre vena cava obstruksjon forårsaket av en forstuet kardiopulmonal bypass kanyle.
Kort tid etter starten av kardiopulmonal bypass (for nedleggelse av en atrie septal defekt), cerebral NIRS verdier falt. Feilsøking viste at den venøse kardiopulmonal bypass kanylen hadde blitt forstuet, noe som førte til okklusjon av den overlegne vena cava og hindret cerebral venøs drenering. Dette forårsaket en cerebral underforsyning av oksygen, som bare ble oppdaget gjennom den lave rSO2-verdien. Etter reposisjonering av den overlegne vena cava kanylen ble venøs flyt gjenopprettet og NIRS-verdiene normalisert. Nr. 6: start kardiopulmonal bypass; Nr. 36 aorta klemt; Nr. 11 slutten av iskemi. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 7
Figur 7: Endringer i cerebral rSO2 hos en pediatrisk pasient.
Etter nesten drukning ble denne pasienten satt på ekstrakorporal membran oksygenering. På grunn av sideforskjeller i arterielle blodgassanalyser, setter vi en annen cerebral NIRS-sensor på plass (gul). Slutten av muskelavslapning (A), endring av ekstrakorporal membran oksygenering system (B), blodtrykksvingninger (A, C), og effekten av en hemothorax (C) gjenspeiles av endringer i NIRS kurver. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 8
Figur 8: Plassere NIRS-sonden over håret.
Dennepasienten har mye hår i pannen. NIRS-sonden ble fortsatt satt på plass. (C) Enheten indikerer at signalintensiteten er suboptimal. (D)NIRS kurve verdier og løpet av kurven følger handlingene under kirurgisk prosedyre (rekonstruksjon kirurgi i Ebstein anomali). Vær oppmerksom på at de absolutte verdiene ikke kan tolkes, selv om de virker normale. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Produsenten Enheten Aldersgruppe
Nyfødte Spedbarn/barn Voksen
Casmed (casmed) Fore-Sight Elite < 8 kg ≥ 3 kg ≥ 40 kg
Masimo Rot med O3 Oksymetri < 40 kg < 40 kg ≥ 40 kg
Medtronic INVOS 5100C Leilighet < 5 kg 5-40 kg > 40 kg
Medtronic INVOS 7100C Leilighet - - > 40 kg
Ikke-in SenSmart Modell X-100 < 40 kg < 40 kg > 40 kg

Tabell 1: NIRS-sonder etter produsent- og vektområde.

Orgel Aldersgruppe Omtrentlige verdier under fysiologiske forhold [%] Kritisk lave verdier Kritisk høye verdier Kritisk relativ endring i opprinnelig plan [%]E
[%] E (andre [%] E (andre
Hjernen Premature spedbarn 60 – 9026,27,30 < 45 > 90 > 25
Nyfødte 60 – 9026,29,E < 45 > 80 > 25
Spedbarn/barn 60 – 8026,E < 45 > 80 > 25
Nyrer Premature spedbarn 70 – 9028,30 < 40 Ikke definert > 25
Nyfødte 80 – 9526,29 < 40 > 25
Spedbarn/barn Ikke definert, har en tendens til å være 5-15 % høyere enncerebrale verdier 26,31,E < 40 > 25
Tarmen Premature spedbarn 18 – 8026,30 Ikke definert Ikke definert Ikke definert
Nyfødte 55 – 8026,29
Spedbarn/barn Ikke definert, har en tendens til å være 5-15 % høyere enncerebrale verdier 26,E
Leveren Ikke definert Ikke definert Ikke definert Ikke definert
Muskel Ikke definert Ikke definert Ikke definert Ikke definert
E (andre Erfaring/ekspertuttalelser
Absolutte verdier avhenger av enheten og sensorene som brukes, på metabolsk tilstand, og viser høy interindividuell variasjon. De bør tolkes med forsiktighet – hvis de er i tvil, er endringen i forhold til grunnlinjen mer meningsfylt.

Tabell 2: Typiske rSO2-verdier etter organer og aldersgruppe.

Trinn Bevisnivå*
Rengjøring av huden før du plasserer NIRS-proben 5
Bruk av NIRS hos nyfødte, spedbarn og barn i ulike aldre 1-5
Bruk av to NIRS-sensorer på pannen 5
Bruk av ultralyd for å sikre riktig plassering av NIRS-prober 5
Plassere NIRS sonde i forskjellige posisjoner (hjerne, lever, tarm, nyre, fot, muskler) (1-)2-5
Tolke NIRS-verdier med hensyn til referanseverdier 2-5
*Ifølge Oxford Center of Evidence Based Medicine Evidence Levels: 1 – Systematiske oversikter over randomiserte kontrollerte studier/randomiserte kontrollerte studier med smalt konfidensintervall; 2 – Systematiske oversikter over kohortstudier/individuell kohortstudie eller randomiserte kontrollerte studier av lav kvalitet; 3 – Systematisk gjennomgang av case-control studier / individuelle case-control studier; 4 – Case-serien og dårlig kvalitet kohort og case-kontroll studier; 5 – Ekspertuttalelser.

Tabell 3: Nivåer av bevis på protokolltrinnene.

Discussion

Denne artikkelen illustrerer hvordan cerebral og somatisk NIRS er satt opp hos spedbarn og barn. Cerebral NIRS brukes til overvåking av formål under prosedyrer som patent ductus arteriosus nedleggelse, overflateaktivt middel administrasjon, hjertekirurgi og kardiopulmonal bypass; det brukes også til å overvåke kritisk syke pasienter i intensivbehandling, for å forutsi nekrotiserende enterocolitt hos premature spedbarn, og for å forutsi utfallet etter hypoksisk iskemisk encefalopati2,5,6,33,34,35,36,37,38,39,40. Videre kan NIRS bistå i guiding oksygenterapi hos premature spedbarn17,18,19. Somatisk NIRS bidrar til å overvåke nyre, splanchnic, og systemisk perfusjon12,20,21 og kan også være verdifull å oppdage komplikasjoner under eller etterlevertransplantasjon 8,41,42. Samtidig bruk av flere prober (multisite NIRS) letter påvisning av systemisk hypoperfusjon23,43.

For at NIRS-målingen skal fungere nøyaktig, er det avgjørende å velge riktig sonde og posisjon. Sårbar hud kan kreve bruk av ikke-klebende sonder (for eksempel ved å forlate dekselet eller feste et lag cellofan til klebrig side). Imidlertid må hele sonden være i fast kontakt med huden; Ellers vil sensorene ikke gi pålitelige verdier (figur 4 og figur 8). Et lyst miljø forårsaker falske høye og mørke miljø falske lave verdier hvis sonden ikke er godt festet til huden. Ved dårlig opptakskvalitet (indikert av enheten) eller usannsynlige verdier, starter feilsøkingen ved å kontrollere om de ovennevnte viktige trinnene er utført. Hvis problemet vedvarer, bør proben og forforsterkeren skiftes ut og alle stikkontaktkontakter kontrolleres. Eksterne lyskilder som virker på sensoren kan også utløse feil verdier; dekker sondene med et lett ugjennomtrengelig deksel vil rette opp dette. Hvis unormale NIRS-verdier vedvarer, må pasienten undersøkes for å utelukke komplikasjoner. Følgende parametere bør vurderes og optimaliseres: arterielt blodtrykk, systemisk oksygenering, pH, hemoglobin, cerebral oksygenretur (når pasienten er på kardiopulmonal bypass)44.

Hvis du vil endre standardbruken, er det ingen grense for mulige programmer. Det er mulig å plassere en NIRS-sonde på et hvilket som helst interessested forutsatt at huden er intakt. Utleding av verdier samtidig fra flere steder muliggjør et stort utvalg av oppsett i henhold til hvert enkelt klinisk eller vitenskapelig spørsmål. For eksempel kan NIRS og multisite NIRS brukes utenfor kritisk omsorg og til og med under trening12.

Til tross for brukervennlighet og bruk har måling av rSO2 noen begrensninger som må vurderes ved tolkning av verdier og kurver. Verdiene som måles avhenger av enheten og sensorene som brukes32. Absolutte verdier bør derfor tolkes med forsiktighet - referanseverdier kan ikke overføres enkelt mellom enheter og oppsett32. rSO2 verdier for andre organer enn hjernen varierer sterkt mellom individer30. Men selv innenfor ett opptak, kan verdiene variere med opptil 6% hvis en sonde blir løsrevet og deretter festet45. I tillegg er NIRS-verdier avhengige av individets metabolske tilstand, som endres av intervensjoner som terapeutisk hypotermi ogmedisinering 24.

Endringer i vevsgrenseforhold – for eksempel inntreden av blod eller luft på grunn av kirurgi – gir også feil NIRS-verdier46. I premature spedbarns første dager av livet endrer overgangen fra mekonium til vanlig avføring fekal absorpsjonsspektra og kan påvirke de målte intestinal rSO2-verdiene 47. Plassere en NIRS sonde over vev enn den tiltenkte plasseringen produserer unøyaktigheter i absolutte verdier, men kan fortsatt være nyttig for overvåking trender7.

Til tross for begrensningene er NIRS et godt middel for ikke-invasivt og kontinuerlig overvåking av oksygeneringen av en bestemt region i sanntid. Alternative metoder for å vurdere global vevperfusjon er invasiv og seponerbar: arterielle blodprøver, serumlaktatkonsentrasjon, sentral venøs metning eller oksygenmetning av halspæren. Disse kan være spesielt problematisk hos premature spedbarn, som ofte utvikler iatrogen anemi på grunn av gjentatte blodprøver og hvis cerebral rSO2 er svekket under arteriell blodprøve48. I tilfeller av lav hjerteeffekt, under ekstrakorporal membran oksygenering eller når ikke-pulsatile hjertehjelp enheter er i bruk, NIRS fortsatt fungerer - i motsetning til pulsoksymetri - som det ikke krever pulsatile flyt og kan selv selektivt overvåke områder i fare for hypoksi7,49. rSO2 endringer i disse regionene kan tjene som tidlige tegn på redusert hjerteproduksjon7. Ved disse funksjonene gir NIRS viktig klinisk informasjon som for tiden ikke kan hentes fra andre tiltak for vevmetning.

Omfanget av å bruke rSO2 overvåking i neonatal og pediatrisk intensivbehandling vil trolig utvide i fremtiden. En potensiell applikasjon overvåker cerebral hemodynamikk etter traumatisk hjerneskade, som allerede undersøkes hos voksne50,51,52,53,54,55. Hos premature spedbarn kan målstyrt oksygentilskudd føre til bedre neurodevelopmental utfall ved å redusere cerebral hypoksemi17,18,19. Kombinasjonen av cerebral NIRS med andre cerebrale biomarkører kan også være lovende. For eksempel kan kombinere amplitudeintegrert EEG og NIRS bidra til å bestemme prognosen i moderat hypoksisk iskemisk encefalopati56. Mulige ytterligere anvendelser for denne kombinasjonen inkluderer kompromittert hemodynamikk eller anfall23.

Oppsummert er NIRS en lovende teknologi med potensial for enda bredere anvendelse. RSO 2-målinger bidrar til åoppdage komplikasjoner eller forverrede kliniske tilstander på et tidlig stadium og veilede behandling i ulike kliniske miljøer. Denne protokollen gir klinikere verktøyene til å sette opp og tolke rSO2-målinger på forskjellige kroppssteder, og for å tolke disse resultatene.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Vi takker Carole Cürten for språkredigering. Ingen finansiering ble mottatt for denne videoen. NB mottok et internt forskningsstipend (IFORES) fra det medisinske fakultetet ved Universitetet i Duisburg-Essen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
cotton swab for skin cleaning
INVOS (Adult Regional Saturation Sensor) Covidien/Medtronic SAFB-SM The adult regional saturation sensor Model SAFB_SM has been designed for cerebral-somatic monitoring of site-specific regional oxygen saturation (rSO2) in adult patients > 40 kg.
INVOS (Pediatric Regional Saturation Sensor) Covidien/Medtronic SPFB The pediatric regional saturation sensor Model SPFB has been designed for cerebral-somatic monitoring of site-specific regional oxygen saturation (rSO2) in pediatric patients < 40 kg.
INVOS (preamplifier with Cable) Covidien/Medtronic 5100C- PA (Ch 1&2) Amplifier connects NIRS sensors (Canal 1&2) to monitor 5100C.
INVOS (preamplifier with Cable) Covidien/Medtronic 5100C- PB (Ch 3&4) Amplifier connects NIRS sensors (Canal 3&4) to monitor 5100C.
INVOS (Reusable Sensor Cable) Covidien/Medtronic RSC-1 - RSC-4 The Reusable Sensor Cables are intended for multiple use. For use with SomaSensor SAFB-SM and SPFB.
INVOS 5100C Monitor (Cerebral/Somatic Oximeter) Covidien/Medtronic 5100C Monitor for displaying and recording NIRS data.
INVOS Analytics Tool Covidien/Medtronic Version 1.2 Evaluation and display of "Real Time" and Case History data.
OxyAlert NIRSensor (Cerebral/somatic -Neonatal) Covidien/Medtronic CNN/SNN OxyAlert NIRSensors disposable sensor has a small adhesive pad with a gentle hydrocolloid adhesive for use with peadiatric, infant an neonatal patientes. Suitable for patients <5kg.
USB Flash Drive Covidien/Medtronic 5100C-USB Collects and transfers Date to INVOS Analytics Tool

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yu, Y., et al. Cerebral near-infrared spectroscopy (NIRS) for perioperative monitoring of brain oxygenation in children and adults. The Cochrane Database of Systematic Reviews. 1 (6), 10947 (2018).
  2. Schat, T. E., et al. Early cerebral and intestinal oxygenation in the risk assessment of necrotizing enterocolitis in preterm infants. Early Human Development. 131, 75-80 (2019).
  3. Ruf, B., et al. Intraoperative renal near-infrared spectroscopy indicates developing acute kidney injury in infants undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass: a case-control study. Critical Care. 19 (1), London, England. 27 (2015).
  4. Kim, M. B., et al. Estimation of jugular venous O2 saturation from cerebral oximetry or arterial O2 saturation during isocapnic hypoxia. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 16 (3), 191-199 (2000).
  5. Ricci, Z., et al. Multisite Near Infrared Spectroscopy During Cardiopulmonary Bypass in Pediatric Patients. Artificial Organs. 39 (7), 584-590 (2015).
  6. Hüning, B. M., Asfour, B., König, S., Hess, N., Roll, C. Cerebral blood volume changes during closure by surgery of patent ductus arteriosus. Archives of Disease in Childhood. Fetal and Neonatal Edition. 93 (4), 261-264 (2008).
  7. Mittnacht, A. J. C. Near infrared spectroscopy in children at high risk of low perfusion. Current Opinion in Anaesthesiology. 23 (3), 342-347 (2010).
  8. Shiba, J., et al. Near-infrared spectroscopy might be a useful tool for predicting the risk of vascular complications after pediatric liver transplants: Two case reports. Pediatric Transplantation. 22 (1), 13089 (2018).
  9. Jöbsis, F. F. Noninvasive, infrared monitoring of cerebral and myocardial oxygen sufficiency and circulatory parameters. Science. 198 (4323), New York, N.Y. 1264-1267 (1977).
  10. Evans, K. M., Rubarth, L. B. Investigating the Role of Near-Infrared Spectroscopy in Neonatal Medicine. Neonatal Network. 36 (4), 189-195 (2017).
  11. Sakudo, A. Near-infrared spectroscopy for medical applications: Current status and future perspectives. Clinica Chimica Acta; International Journal of Clinical Chemistry. 455, 181-188 (2016).
  12. Schröer, S., et al. Multisite measurement of regional oxygen saturation in Fontan patients with and without protein-losing enteropathy at rest and during exercise. Pediatric Research. 85 (6), 777-785 (2019).
  13. Cerbo, R. M., et al. Cerebral and somatic rSO2 in sick preterm infants. The Journal of Maternal-Fetal & Neonatal Medicine. 25, Suppl 4 97-100 (2012).
  14. Koch, H. W., Hansen, T. G. Perioperative use of cerebral and renal near-infrared spectroscopy in neonates: a 24-h observational study. Paediatric Anaesthesia. 26 (2), 190-198 (2016).
  15. Nicklin, S. E., Hassan, I. A. A., Wickramasinghe, Y. A., Spencer, S. A. The light still shines, but not that brightly? The current status of perinatal near infrared spectroscopy. Archives of disease in childhood. Fetal and Neonatal Edition. 88 (4), 263-268 (2003).
  16. Sood, B. G., McLaughlin, K., Cortez, J. Near-infrared spectroscopy: applications in neonates. Seminars in Fetal & Neonatal Medicine. 20 (3), 164-172 (2015).
  17. Hyttel-Sorensen, S., et al. Cerebral near infrared spectroscopy oximetry in extremely preterm infants: phase II randomised clinical trial. BMJ (Clinical research ed). 350, 7635 (2015).
  18. Plomgaard, A. M., et al. Early biomarkers of brain injury and cerebral hypo- and hyperoxia in the SafeBoosC II trial. PloS One. 12 (3), 0173440 (2017).
  19. Pichler, G., et al. Cerebral Oxygen Saturation to Guide Oxygen Delivery in Preterm Neonates for the Immediate Transition after Birth: A 2-Center Randomized Controlled Pilot Feasibility Trial. The Journal of Pediatrics. 170, (2016).
  20. Kaufman, J., Almodovar, M. C., Zuk, J., Friesen, R. H. Correlation of abdominal site near-infrared spectroscopy with gastric tonometry in infants following surgery for congenital heart disease. Pediatric Critical Care Medicine. 9 (1), 62-68 (2008).
  21. DeWitt, A. G., Charpie, J. R., Donohue, J. E., Yu, S., Owens, G. E. Splanchnic near-infrared spectroscopy and risk of necrotizing enterocolitis after neonatal heart surgery. Pediatric Cardiology. 35 (7), 1286-1294 (2014).
  22. Fuchs, H., et al. Brain oxygenation monitoring during neonatal resuscitation of very low birth weight infants. Journal of Perinatology. 32 (5), 356-362 (2012).
  23. Variane, G. F. T., Chock, V. Y., Netto, A., Pietrobom, R. F. R., Van Meurs, K. P. Simultaneous Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) and Amplitude-Integrated Electroencephalography (aEEG): Dual Use of Brain Monitoring Techniques Improves Our Understanding of Physiology. Frontiers in Pediatrics. 7, 560 (2020).
  24. Garvey, A. A., Dempsey, E. M. Applications of near infrared spectroscopy in the neonate. Current Opinion in Pediatrics. 30 (2), 209-215 (2018).
  25. Deutsche Gesellschaft für Anästhesiologie und Intensivmedizin. Neuromonitoring in der Kardioanasthesie. Zeitschrift fur Herz-, Thorax- und Gefaschirurgie. 28 (6), 430-447 (2014).
  26. Alderliesten, T., et al. Reference values of regional cerebral oxygen saturation during the first 3 days of life in preterm neonates. Pediatric Research. 79 (1-1), 55-64 (2016).
  27. Lemmers, P. M. A., Toet, M., van Schelven, L. J., van Bel, F. Cerebral oxygenation and cerebral oxygen extraction in the preterm infant: the impact of respiratory distress syndrome. Experimental Brain Research. 173 (3), 458-467 (2006).
  28. Petrova, A., Mehta, R. Near-infrared spectroscopy in the detection of regional tissue oxygenation during hypoxic events in preterm infants undergoing critical care. Pediatric Critical Care Medicine. 7 (5), 449-454 (2006).
  29. Bernal, N. P., Hoffman, G. M., Ghanayem, N. S., Arca, M. J. Cerebral and somatic near-infrared spectroscopy in normal newborns. Journal of Pediatric Surgery. 45 (6), 1306-1310 (2010).
  30. McNeill, S., Gatenby, J. C., McElroy, S., Engelhardt, B. Normal cerebral, renal and abdominal regional oxygen saturations using near-infrared spectroscopy in preterm infants. Journal of Perinatology. 31 (1), 51-57 (2011).
  31. Dodge-Khatami, J., et al. Prognostic value of perioperative near-infrared spectroscopy during neonatal and infant congenital heart surgery for adverse in-hospital clinical events. World Journal for Pediatric & Congenital Heart Surgery. 3 (2), 221-228 (2012).
  32. Wolf, M., Naulaers, G., van Bel, F., Kleiser, S., Greisen, G. A Review of near Infrared Spectroscopy for Term and Preterm Newborns. Journal of Near Infrared Spectroscopy. 20 (1), 43-55 (2012).
  33. Roll, C., Knief, J., Horsch, S., Hanssler, L. Effect of surfactant administration on cerebral haemodynamics and oxygenation in premature infants--a near infrared spectroscopy study. Neuropediatrics. 31 (1), 16-23 (2000).
  34. Toet, M. C., Lemmers, P. M. A., van Schelven, L. J., van Bel, F. Cerebral oxygenation and electrical activity after birth asphyxia: their relation to outcome. Pediatrics. 117 (2), 333-339 (2006).
  35. Schat, T. E., et al. Near-Infrared Spectroscopy to Predict the Course of Necrotizing Enterocolitis. PloS One. 11 (5), 0154710 (2016).
  36. Schat, T. E., et al. Abdominal near-infrared spectroscopy in preterm infants: a comparison of splanchnic oxygen saturation measurements at two abdominal locations. Early Human Development. 90 (7), 371-375 (2014).
  37. Lemmers, P. M. A., et al. Cerebral oxygenation and brain activity after perinatal asphyxia: does hypothermia change their prognostic value. Pediatric Research. 74 (2), 180-185 (2013).
  38. Peng, S., et al. Does near-infrared spectroscopy identify asphyxiated newborns at risk of developing brain injury during hypothermia treatment. American Journal of Perinatology. 32 (6), 555-564 (2015).
  39. Greisen, G. Cerebral blood flow and oxygenation in infants after birth asphyxia. Clinically useful information. Early Human Development. 90 (10), 703-705 (2014).
  40. Howlett, J. A., et al. Cerebrovascular autoregulation and neurologic injury in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy. Pediatric Research. 74 (5), 525-535 (2013).
  41. Hu, T., et al. Preliminary Experience in Combined Somatic and Cerebral Oximetry Monitoring in Liver Transplantation. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32 (1), 73-84 (2018).
  42. Perez Civantos, D. V., et al. Utility of Basal Regional Oximetry as an Early Predictor of Graft Failure After Liver Transplant. Transplantation Proceedings. 51 (2), 353-358 (2019).
  43. Hanson, S. J., Berens, R. J., Havens, P. L., Kim, M. K., Hoffman, G. M. Effect of volume resuscitation on regional perfusion in dehydrated pediatric patients as measured by two-site near-infrared spectroscopy. Pediatric Emergency Care. 25 (3), 150-153 (2009).
  44. Desmond, F. A., Namachivayam, S. Does near-infrared spectroscopy play a role in paediatric intensive care. BJA Education. 16 (8), 281-285 (2015).
  45. Greisen, G. Is near-infrared spectroscopy living up to its promises. Seminars in Fetal & Neonatal Medicine. 11 (6), 498-502 (2006).
  46. Ajayan, N., Thakkar, K., Lionel, K. R., Hrishi, A. P. Limitations of near infrared spectroscopy (NIRS) in neurosurgical setting: our case experience. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 33 (4), 743-746 (2019).
  47. Isler, H., et al. Absorption spectra of early stool from preterm infants need to be considered in abdominal NIRS oximetry. Biomedical Optics Express. 10 (6), 2784-2794 (2019).
  48. Roll, C., Hüning, B., Käunicke, M., Krug, J., Horsch, S. Umbilical artery catheter blood sampling volume and velocity: impact on cerebral blood volume and oxygenation in very-low-birthweight infants. Acta Paediatrica. 95 (1), Oslo, Norway. 68-73 (2006).
  49. Fenik, J. C., Rais-Bahrami, K. Neonatal cerebral oximetry monitoring during ECMO cannulation. Journal of Perinatology. 29 (5), 376-381 (2009).
  50. Peters, J., Van Wageningen, B., Hoogerwerf, N., Tan, E. Near-Infrared Spectroscopy: A Promising Prehospital Tool for Management of Traumatic Brain Injury. Prehospital and Disaster Medicine. 32 (4), 414-418 (2017).
  51. Adelson, P. D., Nemoto, E., Colak, A., Painter, M. The use of near infrared spectroscopy (NIRS) in children after traumatic brain injury: a preliminary report. Acta Neurochirurgica. Supplement. 71, 250-254 (1998).
  52. Zeiler, F. A., et al. Continuous Autoregulatory Indices Derived from Multi-Modal Monitoring: Each One Is Not Like the Other. Journal of Neurotrauma. 34 (22), 3070-3080 (2017).
  53. Dekker, S. E., et al. Relationship between tissue perfusion and coagulopathy in traumatic brain injury. The Journal of Surgical Research. 205 (1), 147-154 (2016).
  54. Llompart-Pou, J. A., et al. Neuromonitoring in the severe traumatic brain injury. Spanish Trauma ICU Registry (RETRAUCI). Neurocirugia. , Asturias, Spain. (2019).
  55. Trehan, V., Maheshwari, V., Kulkarni, S. V., Kapoor, S., Gupta, A. Evaluation of near infrared spectroscopy as screening tool for detecting intracranial hematomas in patients with traumatic brain injury. Medical Journal, Armed Forces India. 74 (2), 139-142 (2018).
  56. Goeral, K., et al. Prediction of Outcome in Neonates with Hypoxic-Ischemic Encephalopathy II: Role of Amplitude-Integrated Electroencephalography and Cerebral Oxygen Saturation Measured by Near-Infrared Spectroscopy. Neonatology. 112 (3), 193-202 (2017).

Tags

Medisin Utgave 162 NIRS nær-infrarød spektroskopi neonatal pediatrisk soma sensor cerebral somatisk nyre tarm kirurgi intensivbehandling ECMO kardiopulmonal bypass
Hvordan administrere nær-infrarød spektroskopi i kritisk syke nyfødte, spedbarn og barn
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bruns, N., Moosmann, J., Münch, … More

Bruns, N., Moosmann, J., Münch, F., Dohna-Schwake, C., Woelfle, J., Cesnjevar, R., Dittrich, S., Felderhoff-Müser, U., Müller, H. How to Administer Near-Infrared Spectroscopy in Critically ill Neonates, Infants, and Children. J. Vis. Exp. (162), e61533, doi:10.3791/61533 (2020).

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