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Medicine

如何管理危重新生儿、婴儿和儿童近红外光谱

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

该协议旨在帮助临床医生测量婴儿和儿童不同身体部位的区域组织氧合。它可用于组织氧合可能受损的情况，特别是在心肺旁路期间，使用非肺功能心脏辅助设备时，以及危重的新生儿、婴儿和儿童。

Abstract

近红外光谱 （NIRS） 使用含氧和脱氧血红蛋白分子的不同吸收光谱计算区域组织氧合 （rSO2）。放置在皮肤上的探针发出被底层组织吸收、散射和反射的光。探测器在探测器中感知反射光的量：这反映了器官特异性氧气供应和消耗的比例 - 独立于脉动流。现代设备可在不同的车身站点同时进行监控。rSO2 曲线的上升或下降在生命体征指示之前显示氧气供应或需求的变化。rSO2 值相对于起点的演变对于解释比绝对值更重要。

NIRS的常规临床应用是心脏手术期间和之后对体细胞和脑氧合的监测。它也在早产儿中施用，有坏死性肠结肠炎的风险，新生儿缺氧缺血性脑病和潜在的组织氧合受损风险。将来，NIRS可以越来越多地用于多式联运神经监测，或用于监测其他情况的患者（例如，复苏或创伤性脑损伤后）。

Introduction

近红外光谱（NIRS）非侵入性测量区域组织氧饱和度（rSO2）在大脑，肌肉，肾脏，肝脏或肠道1，2，3，4，5，6，7，8，9。它应用于重症监护和心脏手术，监测"实时"氧气消耗和体细胞组织饱和度10。

皮肤上的探针发出近红外光（700-1000nm）11，穿透组织和骨骼的深度约为1-3厘米，从而分散、吸收和反射12。探测器中的探测器可感应反射光量（表示脱氧血红蛋白的相对量），并计算一个数值，指示区域氧合饱和度（%）2。与脉搏血氧法（反映系统氧气供应，需要脉动流量）不同，NIRS反映静脉氧饱和度，不需要脉动流，因此适合低流量情况，如心肺旁路7。

rSO2反映了组织中的氧气供应与消耗之间的平衡 – 甚至在改变在临床上变得明显之前，两者的变化就变得显而易见。相对于基线的变化比绝对测量值本身更重要 10，13，14，15，16。测量 rSO2帮助临床医生在心脏手术、心肺搭桥和重症监护室中监测患者;它还可以帮助指导早产儿的氧气治疗，并监测肾脏、血吸液和全身灌注12、17、18、19、20、21。

NIRS是一种安全、可行的22，也是持续监测组织氧合的简单方法。结合其他大脑生物标志物和神经监测技术（例如，连续或振幅集成EEG），NIRS将有可能在未来（多式联运）监测新生儿和23，24儿童中发挥作用。在这篇文章中，我们向临床医生介绍如何为不同的器官系统建立NIRS监测，解释rSO2值如何随着生理变化而进化，并呈现不同临床环境的典型结果。

Protocol

NIRS 是医院临床常规的一部分。建议在先天性心脏缺陷能力网络（http://www.kompetenznetz-ahf.de）、儿科心脏麻醉工作组和德国心血管工程学会25的质量保证范围内进行儿科心脏手术干预。该协议遵循该机构的人类研究伦理委员会的准则。我们获得了视频中出现的每个婴儿的父母对拍摄和发布材料的书面知情同意。我们介绍的协议符合医院的临床实践，适用于任何年龄的婴儿和儿童。如果特定年龄组存在特殊问题，我们在协议中的说明中对此进行说明。

1. 准备

  1. 插入并打开 NIRS 设备。根据设备的设置输入患者的数据。
  2. 根据患者的体重和预定使用地点选择合适的探头。重量范围在探头的包装上给出，取决于制造商（有关常见制造商的重量范围概述，请参阅表1）。
  3. 确保患者的皮肤清洁干燥，以获得最佳粘附性。如有必要，用棉签擦干皮肤。如果皮肤脆弱，请非常小心或忽略清洁。

2. 放置探头

  1. 确定正确的探头位置后，小心地将探头中心向白色盖的一侧弯曲，直到其开始脱落。在不接触探头粘性表面的情况下轻轻剥下盖子。
  2. 将传感器从探头中心放在皮肤上到两侧。确保探头的边缘牢固地连接到皮肤上。如果探头断开，将获取错误的 NIRS 值。在明亮的环境中断开会导致错误的高值;在黑暗环境中断开连接会导致错误的低值。
    注意：为避免皮肤损伤，请勿将探针放在非常不成熟或脆弱的皮肤上。如果探头必须放在脆弱的皮肤上，在皮肤和探针之间使用一层玻璃纸，或将盖子放在皮肤上。固定探头时，避免对探针施加压力（例如，通过婴儿流量盖或头带），因为这会损害皮肤灌注，并导致错误的测量。

3. 选择探针位置

  1. 大脑：将NIRS探针放在发际线下方前额的超轨道区域，从前额皮层获取值。不要将探针放在头发、前鼻窦、时间肌肉、内维、优越的下垂鼻窦、颅内出血或其他异常，因为这可以改变测量，获得的值将不代表区域组织氧合。如果临床设置需要，将两个探针放在每个前额上，可以选择性地分析两个半球。相邻探头交替发出和测量信号，以避免干扰。
    注：rSO2 值仅反映探针下方组织的氧合状态 – 对于大脑这样的大器官，获得的值并不反映整个器官的氧合状态。
  2. Somatic：选择位于感兴趣区域上方的仓位。避免脂肪沉积、头发和骨骼。请勿将探针放在内维、血肿和受伤皮肤上方。请记住，NIRS 信号的深度约为 2.5 厘米 - 如果感兴趣的器官远离探头，则无法进行分析。对于肾脏或肝 NIRS，使用超声波确保正确放置。
    1. 肾脏：在放置探针之前，通过后下垂声像定位肾脏。确保皮肤到器官的距离不超过探头的最大深度。
      注：使用超声波可能会干扰最小处理原理（例如，在早产儿中）。
    2. 肠子：将探针放在感兴趣区域（例如，在脐带下方或右下象限中）。
      注：腹部的自由空气或液体可以使测量所需的器官组织氧合变得不可能。
    3. 肝脏：将探针完全放在肝脏上方。如果可能，请通过超声波确认其位置。为了避免测量错误的器官，请确保探针下方的肝脏组织至少与发射的光穿透的一样深（根据所选探针，为 1-3 厘米）。
    4. 脚：将探针放在脚的植物部分。测量身体最远部位的 NIRS 可提供有关体温过低期间的外周灌注、休克患者或脉搏血氧仪不起作用的任何情况的信息。
    5. 肌肉：将探针放在感兴趣的肌肉上。

4. 设置基线

  1. 放置探头 1-2 分钟后，通过按下设备上的相应按钮来设置基线。基线反映测量的起点。依靠基线值的变化，可以单独观察和解释每个监测区域的组织灌注的演变。

5. 检查设备或临床并发症是否出现问题

  1. 如果设备指示记录质量差或值不正确，请确认已正确执行上述所有步骤。如有必要，更换探头和前采样器，并检查所有电气插头触点。
  2. 检查可能影响传感器和触点的外部光源。如果无法消除干扰光源，则用闭灯盖住探头。
  3. 排除技术问题后，检查患者临床并发症。

Representative Results

测量的 rSO2值来自氧气供应与消耗之间的比率（图 1A）;不同的代谢特征导致根据年龄和器官而略有不同的正常值（表2）。请注意，除大脑外，科学评估的参考值仅存在于早产儿和新生儿 26、27、28、29、30、31和大多数协议步骤中，这些步骤都依赖于制造商的建议、个人经验和专家意见（表 3）。这是因为值取决于使用的设备和传感器，并揭示了高个体间变异性30，32。相对于基线而言，价值极低和重大变化来自经验和专家意见。

如果氧气的供需在生理值上平衡，组织氧合在正常范围内。氧气供应或消耗的变化导致 rSO2 值下降或上升（图 1B，1C）。从开始到下午14：25，图 2 显示了显示正常大脑和肾脏NIRS值的典型曲线。

在下面，我们提供示例来说明基础生理条件的变化如何影响 rSO2。在心脏手术期间，医生以受控方式操纵循环 -因此对RSO2的影响很容易观察。例如，夹紧下降的大动脉会导致脑灌注和相应的 rSO2上升;下半身的灌注导致 rSO2减少 （图 2）另一个 - 非手术 - 脑血流量增加和脑 rSO2升高的原因是超动态冲击与高心脏输出（图3）。

在冷休克中，肾病 RSO2与稳定的脑 rSO2一起可能是第一个信号;肾脏和大脑RSO2的减少可能发生在课程23的后期。结合脑和肾NIRS可以帮助识别早期休克阶段，其中脑灌注保持在正常水平，但体液灌注已经受损23。

当使用两个脑 NIRS 探头时，左右两侧的值应该相似 - 左右通道 NIRS 之间的不和谐可能是由 NIRS 传感器的不完全粘附（图4，红星）引起，或表示出现并发症：在一些心脏手术中，大脑有选择地通过一个胡萝卜动脉进行穿行，利用脑内辅助（Willis 的圆圈）来提供对立面。在整个过程中，两个大脑NIRS通道之间的不和谐可以帮助诊断威利斯功能失调的圆（图5）。

NIRS发现的另一个并发症的例子是，在心肺旁路期间，静脉搭卡的超优越动脉脱位，导致静脉停滞和大脑氧气供应降低（图6）。使用NIRS可以帮助识别受损的脑灌注，否则将一直未被发现，并导致严重的脑损伤。

除了心脏手术和心脏重症监护外，rSO2 测量还可以促进"标准"儿科重症监护 - 并发症和治疗变化可以伴之以大脑 rSO2 的变化 （图 7）.

Figure 1
图1：平衡氧气供需比。
（A） 在生理条件下，氧气供应和消耗平衡，区域组织氧合在正常范围内。（B） 脑 rSO2 的 减少是氧气消耗增加或氧气供应减少的结果。图中说明了脑 NIRS 值低或减少的原因。例如，发烧使人体温度升高10-13%。， 发烧使大脑氧气消耗增加 10-13%。脑痉挛可增加高达150-250%的氧气消耗。（C） 大脑 rSO2 的增加 是氧气消耗减少或氧气供应增加的结果。图中提供了脑 NIRS 值高或上升的原因。脑RSO2 超过80%，引起脑血流高后脑血管自动调节损失，也被称为"豪华灌注"。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2：在夹紧下大动脉过程中大脑 和肾脏RSO 2的进化。
最初，大脑（蓝色）rSO2 低于肾rSO2（ 黄色），如在生理条件。在夹紧下部大动脉时，脑血流量增加，而身体的下半部分供应不足。因此， 脑 rSO2 上升和肾脏 rSO2 滴.红色区域表示肾脏 rSO2 值非常低，因为它们比基线减少 25% 以上。在去除大音钳并建立大音管重建并建立正常循环后，两个RSO2曲线均 正常化。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3：超动力冲击。
在心脏手术后到达重症监护室并更换呼吸管后，我们遇到了严重的机械通气问题（由于过滤器有缺陷，在高通气压力下，只达到低潮汐量）。患者出现超动力休克和呼吸酸中毒，中央静脉饱和度增加90%，脑RSO2 增加92%。更换滤光片、液体复苏和血管压榨器治疗后，患者迅速稳定下来，脑RSO2 恢复正常。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4：低温和深低温心脏骤停期间NIRS值的演变。
此图说明了大脑和肾脏 NIRS 值在体温过低、心肺旁路流量调整和深低温心脏骤停（动脉开关手术中大动脉转位和心室隔膜缺陷的患者）的变化。患者的基线 rSO2 值为 59%（左，黄色）和 64%（右，蓝色）为大脑和 32% （绿色） 为左肾。身体下半部分的血液供应取决于动脉导管。术中诱发的体温过低可减少氧气消耗，从而导致NIRS值上升，尤其是在肾脏中。随着NIRS值的增加，我们降低了心肺旁路的流动速度。由于代谢情况改变（例如，由于深度深度不足）导致的NIRS值下降，流量再次调整。在深度低温心脏骤停期间，肾脏和大脑RSO2 跌至极低值，在重建生理循环后立即再次上升。带箭头的红色星形显示由于探针附着力不完全，右脑 NIRS 曲线出现两次凹度。轻轻将传感器重新模对到皮肤上后，值将再次平行于左侧。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图5：在大音手术中威利斯功能障碍的圆圈。
一旦大脑有选择地通过右胡萝卜动脉（红色箭头）进行注入，左侧测量的 rSO2（ 深蓝色）就会减少，因为通过威利斯圆的脑内辅助体抵押品不足。在左胡萝卜动脉中放置一个额外的管状动脉后，两个半球的充分灌注，从而实现正常的NIRS值。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图6：检测由心肺旁路管脱位引起的上维纳卡瓦阻塞。
在心肺旁路开始后不久（闭心膜缺陷），脑NIRS值下降。疑难解答表明，静脉心肺旁路管已脱位，导致上级静脉静脉排泄堵塞。这导致大脑缺氧，只有通过低RSO2值才能检测到 。重新定位优越的维纳卡瓦卡努拉后，静脉流被恢复，NIRS值正常化。第6号：开始心肺旁路;第36号大奥大母夹紧;缺血的第11号结束。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图7：儿科患者脑RSSO2 的变化。
在接近溺水后，这个病人被置于体外膜氧合。由于动脉血气分析的侧差，我们放置了第二个脑NIRS传感器（黄色）。肌肉松弛（A），体外膜氧合系统（B）的变化，血压波动（A，C），以及血红素（C）的效果，都反映在NIRS曲线的变化上。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 8
图 8：将 NIRS 探头放在头发上。
（A） 这个病人的额头上有很多头发。（B） NIRS 探测器仍在放置中。（C） 设备表示信号强度不理想。（D） NIRS 曲线值和曲线过程遵循手术过程中的操作（埃布斯坦异常中的重建手术）。请注意，绝对值无法解释，即使它们看起来正常。 请单击此处查看此图的较大版本。

制造商 装置 年龄组
新生儿 婴儿/儿童 成人
卡斯梅德 前视精英 < 8 公斤 ≥ 3 公斤 ≥ 40 公斤
马西莫 根与 O3 氧 < 40 公斤 < 40 公斤 ≥ 40 公斤
美敦力 INVOS 5100C < 5公斤 5-40 千克 > 40 公斤
美敦力 INVOS 7100C - - > 40 公斤
诺宁 森智能型号 X-100 < 40 公斤 < 40 公斤 > 40 公斤

表1：按制造商和重量范围对NIRS探头。

器官 年龄组 生理条件下的近似值 [%] 极低的值 高值 对基线 [%] E 的关键相对变化
[%] E [%]E
大脑 早产儿 60 ~ 9026，27，30 < 45 > 90 > 25
新生儿 60 ~ 9026，29，E < 45 > 80 > 25
婴儿/儿童 60 ~ 8026，E < 45 > 80 > 25
肾脏 早产儿 70 ~ 9028，30 < 40 未定义 > 25
新生儿 80 ~ 9526，29 < 40 > 25
婴儿/儿童 未定义，往往比脑值高 5-15%26，31，E < 40 > 25
肠 早产儿 18 ~ 8026，30 未定义 未定义 未定义
新生儿 55 ~ 8026，29
婴儿/儿童 未定义，往往比脑值高 5-15%26，E
肝 未定义 未定义 未定义 未定义
肌肉 未定义 未定义 未定义 未定义
E经验/专家意见
绝对值取决于设备和使用的传感器，取决于代谢状态，并表现出高个体间变异性。应谨慎解释它们——如果有疑问，相对于基线的变化更有意义。

表2：按器官和年龄组计算的典型rsO2 值。

步 证据水平*
在放置 NIRS 探头之前清洁皮肤 5
在新生儿、婴儿和不同年龄的儿童中使用NIRS 1-5
前额使用两个 NIRS 传感器 5
使用超声波确保NIRS探头的正确放置 5
将 NIRS 探针放置在不同位置（大脑、肝脏、肠道、肾脏、脚部、肌肉） (1-)2-5
解释与参考值的 NIRS 值 2-5
*根据牛津循证医学证据中心：1 = 对随机对照试验/随机对照试验的系统审查，置信区间较窄;2 • 系统审查队列研究/个体队列研究或低质量随机对照试验;3 • 系统审查病例控制研究/个别个案控制研究;4 = 案例系列和质量差的队列和病例控制研究;5 = 专家意见。

表3：协议步骤的证据级别。

Discussion

本文介绍了如何建立大脑和体细胞NIRS在婴儿和儿童。脑 NIRS 用于在专利导管动脉闭合、表面活性剂管理、心脏手术和心肺旁路等程序期间进行监测;它亦用于监察重症监护室的危重病人，预测早产儿肠结肠炎坏死，以及预测缺氧性脑病2、5、6、33、34、35、36、37、38、39、40后的结果。此外，NIRS可以帮助指导早产儿17、18、19的氧气治疗。Somatic NIRS 有助于监测肾脏、血症和全身灌注 12、20、21，对于检测肝移植期间或之后8、41、42的并发症也值得体。同时使用多个探头（多站点NIRS）有助于检测系统减灌23，43。

为使 NIRS 测量工作准确运行，选择合适的探头和位置至关重要。脆弱的皮肤可能需要使用非粘合探头（例如，通过离开盖子或将一层玻璃纸附在粘性一侧）。但是，整个探头必须与皮肤进行牢固接触;否则，传感器将不提供可靠的值（图4 和 图 8）。如果探头未牢固地固定在皮肤上，明亮的环境会导致假高和暗环境错误低值。如果记录质量差（由设备指示）或值难以置信，则故障排除首先检查是否执行了上述基本步骤。如果问题仍然存在，应更换探头和前前放大器，并检查所有电气插头触点。对传感器进行作用的外部光源也会触发不正确的值;用光不渗透盖盖住探头将弥补这一点。如果异常的NIRS值持续存在，必须检查患者以排除并发症。应评估和优化以下参数：动脉血压、全身氧合、pH、血红蛋白、脑氧返回（患者在心肺旁路时）44。

要修改标准使用，对可能的应用程序没有限制。只要皮肤完好无损，可以在任何感兴趣的地点放置 NIRS 探头。同时从多个站点派生值，可根据每个特定的临床或科学问题进行各种各样的设置。例如，NIRS 和多站点 NIRS 可以在重症监护之外使用，甚至在练习12 期间使用。

尽管 rSO2 易于应用和使用，但它在解释值和曲线时仍存在一些限制因素。测量值取决于使用32 的设备和传感器。因此，绝对值应谨慎解释 - 引用值不能在设备和设置32 之间轻松传输。rSO 2 器官的2 值，而不是大脑，在个体之间差异很大 30。但是，即使在一次记录中，如果探针分离，然后重新连接45，值也会波动高达 6%。此外，NIRS值取决于个人的代谢状态，这通过治疗性体温过低和药物24等干预措施改变。

组织边界条件的变化-例如，由于手术而进入血液或空气-也产生不正确的NIRS值46。早产儿在出生的第一天，从钙质到普通粪便的过渡会改变粪便吸收光谱，并会影响测量的肠道RSO2 值47。将 NIRS 探针放在目标以外的组织上会产生绝对值的不准确，但仍可能有助于监测趋势7。

尽管存在局限性，但NIRS是实时持续监测特定区域氧合性的好手段。评估全球组织灌注的替代方法是侵入性和不连续的：动脉抽血、血清乳酸浓度、中央静脉饱和度或球茎的氧饱和度。这些在早产儿中可能特别成问题，他们经常因反复抽血而患上 itro 致病性贫血，其大脑 rSO2在动脉抽血过程中受损。在心脏输出低的情况下，在体外膜氧合期间，或在使用非脉动心脏辅助设备时，NIRS仍然工作 - 与脉搏血氧测定相反 - 因为它不需要脉动流动，甚至可以有选择地监测有缺氧7，49风险的区域。rSO2在这些区域的变化可以作为心脏输出减少的早期迹象7。通过这些功能，NIRS 提供了目前无法从组织饱和度的其他测量中获得的基本临床信息。

在新生儿和儿科重症监护中应用RSO2监测的范围今后可能会扩大。一个潜在的应用是监测脑血流动力学创伤后，这已经在成人50，51，52，53，54，55调查。在早产儿中，目标导向的氧气补充可以减少脑低氧血症17、18、19，从而产生更好的神经发育结果。脑 NIRS 与其他脑生物标志物的结合也可能很有希望。例如，结合振幅集成脑电图和NIRS可以帮助确定中度缺氧缺血性脑病56的预后。这种组合的可能进一步应用包括受损的血流动力学或癫痫发作23。

总之，NIRS 是一项很有前途的技术，具有更广泛的应用潜力。rSO2 测量正确应用和解释，有助于在早期阶段检测并发症或恶化的临床状况，并指导各种临床环境中的治疗。该协议为临床医生提供了工具，用于设置和解释不同身体部位的 rSO2 测量，并解释这些结果。

Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

我们感谢卡罗尔·塞滕的语言编辑。没有收到此视频的资金。NB 从杜伊斯堡-埃森大学医学院获得内部研究补助金 （IFORES）。

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

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医学， 问题 162， NIRS， 近红外光谱， 新生儿， 儿科， 躯体传感器， 脑， 体细胞， 肾脏， 肠道， 外科， 重症监护， ECMO， 心肺旁路
如何管理危重新生儿、婴儿和儿童近红外光谱
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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).

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