Waiting
Login processing...

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

Medicine

Hur man administrerar nära infraröd spektroskopi i kritiskt sjuka nyfödda, spädbarn och barn

doi: 10.3791/61533 Published: August 19, 2020

Summary

Detta protokoll är utformat för att hjälpa kliniker att mäta regional vävnadsyrning på olika kroppsplatser hos spädbarn och barn. Det kan användas i situationer där vävnad syresättning är potentiellt äventyras, särskilt under cardiopulmonary bypass, när du använder icke-pulsatile hjärt-assist enheter, och i kritiskt sjuka nyfödda, spädbarn och barn.

Abstract

Nära infraröd spektroskopi (NIRS) beräknar regional vävnadsyrning (rSO2) med hjälp av de olika absorptionsspektra av syresatt och deoxygenated hemoglobin molekyler. En sond placerad på huden avger ljus som absorberas, sprids och reflekteras av den underliggande vävnaden. Detektorer i sonden känner av mängden reflekterat ljus: detta återspeglar det organspecifika förhållandet mellan syretillförsel och syreförbrukning - oberoende av pulsatileflöde. Moderna anordningar möjliggör den samtidiga övervakningen på olika kroppsplatser. En ökning eller dopp i rSO2 kurvan visualiserar förändringar i syre tillgång eller efterfrågan innan vitala tecken anger dem. Utvecklingen av rSO2-värden i förhållande till utgångspunkten är viktigare för tolkning än vad som är absoluta värden.

En rutinmässig klinisk tillämpning av NIRS är övervakningen av somatisk och cerebral syresättning under och efter hjärtkirurgi. Det är också administreras i premagi spädbarn i riskzonen för necrotizing enterokolit, nyfödda med hypoxisk ischemisk encefalopati och en potentiell risk för nedsatt vävnad syresättning. I framtiden kan NIRS i allt högre grad användas vid multimodal neuromonitoring, eller tillämpas för att övervaka patienter med andra tillstånd (t.ex. efter återupplivning eller traumatisk hjärnskada).

Introduction

Nära-infraröd spektroskopi (NIRS) noninvasively mäter den regionala vävnaden syremättnad (rSO2) i hjärnan, muskel, njurar, lever eller tarmar1,2,3,4,5,6,7,8,9. Det appliceras i intensivvård och hjärtkirurgi för att övervaka "realtid" syreförbrukning och somatisk vävnad mättnad10.

En sond på huden avger nära-infrarött ljus (700 - 1000 nm)11 som tränger in i vävnad och ben upp till ett djup av cirka 1-3 cm, och därigenom är utspridda, absorberas och reflekteras12. Detektorer i sonden avkänning mängden reflekterat ljus – som representerar den relativa mängden deoxygenated heemoglobin – och beräkna ett numeriskt värde som indikerar den regionala syresättningsmättnaden i procent (%)2. Till skillnad från pulsoximetri (som återspeglar systemisk syretillförsel och kräver pulsatileflöde), reflekterar NIRS venös syremättnad och kräver inte pulsatileflöde, vilket gör den lämplig för situationer med lågt flöde som cardiopulmonary bypass7.

Den rSO2 återspeglar balansen mellan syretillförsel och konsumtion i vävnaden – förändringar i antingen blir synliga redan innan förändringar blir annars kliniskt uppenbara. Ändringar i förhållande till baslinjen är viktigare än de absoluta uppmättavärdena själva 10,13,14,15,16. Mätning av rSO2 hjälper kliniker övervaka patienter under hjärtkirurgi, cardiopulmonary bypass, och i intensivvårdsavdelningen; det kan också bistå i vägledande syrebehandling hos prematura spädbarn och övervaka njure, splanchnic, och systemisk perfusion12,17,18,19,20,21.

NIRS är en säker, genomförbar22, och enkelt sätt att övervaka vävnad syresättning kontinuerligt. Kombinerat med andra cerebrala biomarkörer och neuromonitoring tekniker (t.ex., kontinuerlig eller amplitud-integrerad EEG), NIRS kommer sannolikt att spela en roll i framtiden (multimodal) övervakning hos nyfödda ochbarn 23,24. I den här artikeln visar vi kliniker hur man ställer in NIRS-övervakning för olika organsystem, förklarar hur rSO2-värden utvecklas motsvarande förändringar i fysiologi, och presentera typiska resultat från olika kliniska inställningar.

Protocol

NIRS bedrivs som en del av sjukhusets kliniska rutin. Det rekommenderas i pediatrisk hjärtkirurgi insatser inom ramen för kvalitetssäkring från kompetensnätverket för medfödda hjärtfel (http://www.kompetenznetz-ahf.de), Pediatric Cardio anesthetic arbetsgruppen och det tyska samhället för kardiovaskulärteknik 25. Protokollet följer riktlinjerna från institutionens humanforskningsetiska kommitté. Vi fick skriftligt informerat samtycke om filmning och publicering av materialet från båda föräldrarna till varje spädbarn som förekommer i videon. Det protokoll vi presenterar motsvarar den kliniska praxis på sjukhuset och gäller för spädbarn och barn i alla åldrar. Om det finns särskilda farhågor för en viss åldersgrupp anger vi detta i en not i protokollet.

1. Förberedelse

  1. Koppla in och slå på NIRS-enheten. Ange patientens data enligt enhetens inställning.
  2. Välj rätt sond enligt patientens vikt och avsedda användningsplats. Viktintervallet anges på sondens förpackning och beror på tillverkaren (se tabell 1 för en översikt över viktintervallen hos vanliga tillverkare).
  3. Se till att patientens hud är ren och torr för optimal vidhäftning. Torka huden med en svabb om det behövs. Var mycket försiktig eller utelämna rengöring om huden är sårbar.

2. Placera sonden

  1. Efter att ha identifierat rätt sondläge, böj försiktigt sondens mitt mot sidan av den vita kåpan tills den börjar lossna. Skala försiktigt av skyddet utan att vidröra sondens klibbiga yta.
  2. Placera sensorn på huden från mitten av sonden till sidorna. Se till att kanterna på sonden är ordentligt anslutna till huden. Om sonden kopplar från kommer fel NIRS-värden att erhållas. Frånkoppling i en ljus miljö orsakar falska höga värden; frånkoppling i en mörk miljö orsakar falska låga värden.
    OBS: För att undvika hudskador ska du inte placera sonden på mycket omogen eller sårbar hud. Om sonden måste placeras på sårbar hud, använd ett lager av cellofan mellan huden och sonden, eller låt skyddet vara på. Vid fixering av sonden, undvik att sätta press på den (t.ex. via ett flödeslock för spädbarn eller pannband) eftersom detta kan försämra hudens perfusion och orsaka en felaktig mätning.

3. Välj probeposition

  1. Cerebral: Placera NIRS-sonden i supra-orbitalregionen på pannan under hårfästet för att erhålla värden från främre hjärnbarken. Placera inte sonden ovanför hår, frontal sinus, temporalmuskeln, nevi, den överlägsna sagittal sinus, intrakraniell blödningar eller andra anomalier, eftersom det kan förändra mätningen och de värden som erhålls kommer inte att representera regional vävnadsyrning. Placering av två sonder, en på varje panna tillåter selektiv analys av båda halvkloten om den kliniska inställningen kräver detta. Angränsande sonder avger och mäter signaler växelvis för att undvika störningar.
    OBS: värdet för rSO2 återspeglar endast syresättningsstatusen för vävnaden under sonden – för ett stort organ som hjärnan återspeglar erhållna värden inte hela organets syresättningsstatus.
  2. Somatisk: Välj en position ovanför den region av intresse. Undvik fettdepåer, hår och ben. Placera inte sonden ovan nevi, hematom, och skadade huden. Kom alltid ihåg att NIRS-signalens djup är ungefär 2,5 cm - om det organ av intresse som är längre bort från sonden, kan det inte analyseras. För njur- eller leverniter, använd ultraljud för att säkerställa korrekt placering.
    1. Njurar: Lokalisera njuren via dorsal sagittal sonogram innan du placerar sonden. Se till att hud-till-orgel-avståndet inte överskrider sondens maximala djup.
      OBS: Användning av ultraljud kan störa den minimala hanteringsprincipen (t.ex. hos mycket prematura spädbarn).
    2. Tarmar: Placera sonden i den region som är av intresse (t.ex., under naveln eller i höger eller vänster nedre kvadrant).
      OBS: Fri luft eller vätska i buken kan göra det omöjligt att mäta det önskade organets vävnadssyrning.
    3. Lever: Placera sonden exakt ovanför levern. Om möjligt, bekräfta sin position med ultraljud. För att undvika att fel organ mäts, se till att levervävnaden under sonden är minst lika djup som det utsända ljuset tränger in (1-3 cm, enligt den valda sonden).
    4. Fot: Placera sonden på plantardelen av foten. Mätning av NIRS i den mest avlägsna delen av kroppen ger information om perifer perfusion under hypotermi, hos patienter med chock eller i någon situation där pulsoximetri inte fungerar.
    5. Muskel: Placera sonden över muskeln av intresse.

4. Ställ in baslinjen

  1. 1-2 minuter efter placering av sonden, ställ in baslinjen genom att trycka motsvarande knapp på enheten. Baslinjen återspeglar mätpunktens startpunkt. Utvecklingen av vävnadsperfusion i varje övervakat område kan observeras och tolkas individuellt genom att förlita sig på förändringen från baslinjevärdet.

5. Kontrollera om det finns problem med enheten eller kliniska komplikationer

  1. Om enheten anger dålig inspelningskvalitet eller värden är osannolika, bekräfta att alla de ovan nämnda stegen har tagits på rätt sätt. Om det behövs, byt ut sonden och preamplifer, och kontrollera alla elektriska kontaktkontakter.
  2. Kontrollera om det finns externa ljuskällor som kan påverka sensorn och kontakten. Täck över sonden ljustät om störande ljuskällor inte kan elimineras.
  3. Efter att utesluta tekniska problem, kontrollera patienten för kliniska komplikationer.

Representative Results

Det uppmätta värdet för rSO2 är resultatet av förhållandet mellan syretillförsel och förbrukning (figur 1A); olika metaboliska egenskaper leder till något olika normalvärden beroende på ålder och organ (Tabell 2). Observera att - med undantag för hjärnan – vetenskapligt utvärderade referensvärden finns endast för prematura spädbarn och nyfödda26,27,28,29,30,31 och de flesta av protokollstegen förlitar sig på tillverkarnas rekommendationer, personliga erfarenheter och expertutlåtande ( tabell3). Detta beror på det faktum att värdena beror på enheten och sensorer som används och avslöjar hög inter-individuell variabilitet30,32. Kritiskt låga värden och kritiska förändringar i förhållande till baslinjen har sitt ursprung från erfarenhet och expertutlåtande.

Om syretillgången och efterfrågan balanseras vid fysiologiska värden, är vävnadssyrsationen inom normalområdet. Förändringar i antingen syretillförsel eller förbrukning gör att värdet för rSO2 sjunker eller stiger (figur 1B,1C). En typisk kurva som avslöjar normala cerebrala och renal NIRS värden visas i figur 2 från början till 14:25.

I det följande ger vi exempel för att visa hur förändringar i underliggande fysiiska tillstånd påverkar rSO2. Under hjärtkirurgi manipulerar läkare cirkulationen på ett kontrollerat sätt - därför är effekterna på rSO2 lätta att observera. Till exempel, klämma den fallande aorta orsakar cerebral perfusion och motsvarande rSO2 att stiga; perfusion av underkroppen resulterar i en rSO2 minskning (Figur 2). En annan – icke-kirurgisk - orsak till ökat cerebralt blodflöde och förhöjt cerebralt rSO2 är hyperdynamisk chock i samband med hög hjärtminutvolym (Figur 3).

I kall chock, en släppande njurmedicinska rSO2 tillsammans med stabil cerebral rSO2 kan vara det första tecknet; en minskning av både njur- och cerebral rSO2 kan inträffa senare i kursen23. Kombinerade cerebrala och njurlymfknutor NIRS kan hjälpa till att identifiera tidiga stadier av chock där cerebral perfusion upprätthålls på en normal nivå, men somatisk perfusion är redan nedsatt23.

När du använder två cerebrala NIRS-sonder bör värden från höger och vänster sida vara liknande - dissonans mellan höger och vänster kanal NIRS kan orsakas av NIRS-sensorns ofullständiga vidhäftning (Figur 4, röd stjärna) eller ange en komplikation: Under vissa hjärtoperationer perfunderas hjärnan selektivt via en halspulsåder, som använder sig av intrakranscancer säkerheter (cirkeln av Willis) för att försörja den motsatta sidan. Under hela detta förfarande kan dissonans mellan de två cerebrala NIRS-kanalerna hjälpa till att diagnostisera en dysfunktionell cirkel av Willis (Figur 5).

Ett annat exempel på en komplikation som upptäckts av NIRS är en rubbad vena cava överlägsen kanyl under cardiopulmonary bypass leder till venous stasis och sänkt cerebral syretillförsel (Figur 6). Användningen av NIRS kan bidra till att identifiera nedsatt cerebral perfusion som annars skulle förbli oupptäckt och resultera i allvarliga hjärnskador.

Förutom hjärtkirurgi och hjärtintensivvård kan rSO2 mätningar underlätta också "standard" barnintensivvård – komplikationer och förändringar i terapi kan åtföljas av förändringar i cerebral rSO2 (Figur 7).

Figure 1
Figur 1: Balansera förhållandet mellan syretillgång och efterfrågan.
(A) Under fysiiska förhållanden, syretillförsel och konsumtion är balanserad, och regional vävnad syresättning är inom normalområdet. (B) En minskande cerebral rSO2 resultat från antingen ökad syreförbrukning eller minskad syretillförsel. Orsaker till låga eller minskande cerebrala NIRS-värden illustreras i figuren. Till exempel ökar feber cerebral syreförbrukning med 10-13% per 1 °C ökning av kroppstemperaturen. Cerebral spasmer kan öka syreförbrukningen med upp till 150-250%. (C) En ökning av cerebral rSO2 resultat från minskad syreförbrukning eller ökad syretillförsel. Orsaker till höga eller stigande cerebrala NIRS-värden tillhandahålls i figuren. En cerebral rSO2 över 80%, orsakad av högt cerebralt blodflöde efter förlusten av cerebral vaskulär autoreglering, kallas också "lyxperfusion". Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 2
Bild 2: Utveckling av cerebral och njurmedicinsk rSO2 under klämma ut ur den fallande aortan.
Inledningsvis cerebral (blå) rSO2 är lägre än renal rSO2 (gul), som i fysiologiska förhållanden. Under klämma-ut av fallande aorta, cerebral blodflödet ökar medan den nedre halvan av kroppen är underförsörjd. Således cerebral rSO2 stiger och njurmedicinska rSO2 droppar. Det röda området indikerar att njurmedicinska rSO2-värden är kritiskt låga eftersom de minskade mer än 25 % under baslinjen. Efter att ha tagit bort aortaklämman och upprätta återuppbyggnaden av storaortan och etablera normal cirkulation, båda rSO2 kurvor normalisera. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 3
Bild 3: Hyperdynamisk chock.
Efter ankomsten till intensivvårdsavdelningen efter hjärtkirurgi och byta andningsrör, upplevde vi allvarliga problem med mekanisk ventilation (nå endast låga tidvattenvolymer vid höga ventilationstryck på grund av att ett defekt filter). Patienten utvecklat hyperdynamisk chock och luftvägarna acidos med ökad central venous mättnad av 90% och öka cerebral rSO2 upp till 92%. Efter att ha ändrat filtret, vätskeresuscitation och vasopressor behandling stabiliserade patienten snabbt och cerebral rSO2 normaliserade. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 4
Figur 4: Utveckling av NIRS-värden under hypotermi och djupt hypotermiskt hjärtstopp.
Denna figur illustrerar hur cerebrala och njurlymfknutor NIRS värden förändras under hypotermi, justering av cardiopulmonary bypass flöde och i djupa hypotermiska hjärtstillestånd (kranskärlens switch kirurgi i en patient med införlivande av de stora artärerna och ventrikulärt septal defekt). Patientens baslinjer rSO2 värden är 59% (vänster, gul) och 64% (höger, blå) för hjärnan och 32% (grön) för vänster njure. Blodtillförseln till den nedre halvan av kroppen beror på ductus arteriosus. Intraoperativt inducerad hypotermi minskar syreförbrukningen, vilket leder till stigande NIRS-värden, särskilt i njuren. Med ökande NIRS-värden minskade vi flödet av cardiopulmonary bypass. På grund av fallande NIRS-värden som orsakats av en förändrad metabolisk situation (t.ex. på grund av otillräckligt djup anestesi) justerades flödet igen. Under djupa hypotermiska hjärtstillestånd, njurmedicinska och cerebral rSO2 föll till kritiskt låga värden och steg igen omedelbart efter återupprätta fysiologiska cirkulationen. Den röda stjärnan med pilar visar två dips i den högra cerebrala NIRS-kurvan på grund av ofullständig sondadhesion. Efter att försiktigt remolding sensorn på huden, värdena löper igen parallellt med vänster sida's. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 5
Figur 5: Dysfunktionell cirkel av Willis under aorta arch kirurgi.
Så snart hjärnan är selektivt perfused via höger halspulsådern (röd pil), den rSO2 mätt på vänster sida (mörkblå) minskar eftersom intracerebral säkerheter via cirkeln av Willis är otillräckliga. Efter att ha placerat ytterligare en kanyl i den vänstra halspulsådern uppnås tillräcklig perfusion av båda halvkloten och därmed normala NIRS-värden. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 6
Bild 6: Påvisande av övre vena cava-obstruktion orsakad av en ur led kardiopulmonell bypass kanyl.
Kort efter starten av cardiopulmonary bypass (för stängning av en förmaksfle septal defekt), cerebrala NIRS värden sjunkit. Felsökning visade att venous cardiopulmonary bypass kanyl hade blivit ur led, vilket leder till ocklusion av den överlägsna vena cava och hindras cerebrala venous dränering. Detta orsakade en cerebral underutbud av syre, som endast upptäcktes genom den låga rSO2 värde. Efter ompositionering den överlägsna vena cava kanyl, var venous flöde återställd och NIRS värden normaliserade. Nr 6: starta cardiopulmonary bypass; Nr 36 aorta fastklämd; Nr 11 slutet av ischemi. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 7
Figur 7: Förändringar i cerebral rSO2 hos en pediatrisk patient.
Efter nära drunkning, var denna patient på extrakorporeal membran syresättning. På grund av att sidan skillnader i arteriell blod gas analyser, vi sätter en andra cerebral NIRS sensor på plats (gul). Slutet av muskelavslappning (A), byte av extrakorporeal membran syresättning system (B), blodtryckssvängningar (A, C), och effekten av en hemothorax (C) återspeglas av förändringar i NIRS kurvor. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Figure 8
Bild 8: Placering av NIRS-sonden över håret.
(A) Denna patient har mycket hår på pannan. (B) NIRS-sonden sattes fortfarande på plats. (C) Enheten visar att signalintensiteten är suboptimal. (D) NIRS-kurvvärdena och kurvans förarvning följer åtgärderna under det kirurgiska ingreppet (rekonstruktionskirurgi i Ebsteins anomali). Observera att de absoluta värdena inte kan tolkas, även om de verkar normala. Vänligen klicka här för att visa en större version av denna figur.

Tillverkare Enhet Åldersgrupp
Nyfödda Spädbarn/Barn Vuxen
Casmed Fore-Sight Elite < 8 kg ≥ 3 kg ≥ 40 kg
Masimo Rota med O3 Oximetri < 40 kg < 40 kg ≥ 40 kg
Medtronic INVOS 5100C < 5kg 5-40 kg > 40 kg
Medtronic INVOS 7100C - - > 40 kg
Icke-in SenSmart Modell X-100 < 40 kg < 40 kg > 40 kg

Tabell 1: NIRS-sonder efter tillverkare och viktområde.

Organ Åldersgrupp Ungefärliga värden under fysiiska tillstånd [%] Kritiskt låga värden Kritiskt höga värden Kritisk relativ ändring av baslinjen [%]E
[%] E [%] E
Hjärnan Prematura spädbarn 60 – 9026,27,30 < 45 > 90 > 25
Nyfödda 60 – 9026,29,E < 45 > 80 > 25
Spädbarn/Barn 60 – 8026,E < 45 > 80 > 25
Njurar Prematura spädbarn 70 – 9028,30 < 40 Inte definierad > 25
Nyfödda 80 – 9526,29 < 40 > 25
Spädbarn/Barn Inte definierat, tenderar att vara 5-15 % högre än cerebrala värden26,31,E < 40 > 25
Tarmar Prematura spädbarn 18 – 8026,30 Inte definierad Inte definierad Inte definierad
Nyfödda 55 – 8026,29
Spädbarn/Barn Inte definierat, tenderar att vara 5-15 % högre än cerebrala värden26,E
Lever Inte definierad Inte definierad Inte definierad Inte definierad
Muskel Inte definierad Inte definierad Inte definierad Inte definierad
E Erfarenhet/expertutlåtande
Absolutvärden beror på enheten och de sensorer som används, på det metaboliska tillståndet, och visar hög interindividuell variabilitet. De bör tolkas med försiktighet – om du är osäker är förändringen i förhållande till baslinjen mer meningsfull.

Tabell 2: Typiska rSO2-värden efter organ och åldersgrupp.

Steg Nivå på bevis*
Rengöring av huden innan nirs-sonden placeras 5
Användning av NIRS hos nyfödda, spädbarn och barn i olika åldrar 1-5
Användning av två NIRS-sensorer på pannan 5
Användning av ultraljud för att säkerställa korrekt placering av NIRS-sonder 5
Placering NIRS sond i olika positioner (hjärna, lever, tarm, njure, fot, muskler) (1-)2-5
Tolka NIRS-värden med avseende på referensvärden 2-5
*Enligt Oxford Center of Evidence Based Medicine Evidence Levels: 1 – Systematiska recensioner av randomiserade kontrollerade studier/randomiserade kontrollerade studier med smalt konfidensintervall; 2 - Systematiska recensioner av kohortstudier/individuell kohortstudie eller randomiserade kontrollerade studier av låg kvalitet; 3 – Systematisk genomgång av fall-kontrollstudier/enskilda fall-kontrollstudier; 4 – Fallserier och kohort av dålig kvalitet och fall-kontrollstudier; 5 – Expertutlåtande.

Tabell 3: Bevisnivåer för protokollstegen.

Discussion

Denna artikel illustrerar hur cerebral och somatisk NIRS är inställd i spädbarn och barn. Cerebral NIRS används för övervakningsändamål under förfaranden som patent ductus arteriosus stängning, ytaktivt administration, hjärtkirurgi och cardiopulmonary bypass; det används också för att övervaka kritiskt sjuka patienter i intensivvård, att förutsäga necrotizing enterocolitis i premaura spädbarn, och att förutsäga resultatet efter hypoxisk ischemisk encefalopati2,5,6,33,34,35,36,37,38,39,40. Vidare kan NIRS bistå vid guidning av syrgasbehandling hos prematura spädbarn17,18,19. Somatiska NIRS hjälper till att övervaka njure, splanchnic, och systemisk perfusion12,20,21 och kan också vara värdefulla för att upptäcka komplikationer under eller efter levertransplantation8,41,42. Samtidig användning av flera prober (multisite NIRS) underlättar detektering av systemisk hypoperfusion23,43.

För att NIRS-mätningen ska fungera exakt är det avgörande att välja lämplig sond och placering. Sårbar hud kan kräva användning av icke-självhäftande sonder (till exempel genom att lämna locket eller fästa ett lager av cellofan på den klibbiga sidan). Hela sonden måste dock vara i fast kontakt med huden; annars kommer sensorerna inte att ge tillförlitliga värden (bild 4 och figur 8). En ljus miljö orsakar falska höga och mörka miljö falska låga värden om sonden inte är fast fäst vid huden. Vid dålig inspelningskvalitet (anges av enheten) eller osannolika värden, påbörjas felsökningen genom att kontrollera om de ovan nämnda väsentliga stegen har utförts. Om problemet kvarstår ska sonden och förförstärkaren bytas ut och alla elektriska kontaktkontakter kontrolleras. Externa ljuskällor som verkar på sensorn kan också utlösa felaktiga värden; som täcker sonderna med ett ljus-ogenomträngligt lock kommer att avhjälpa detta. Om onormala NIRS-värden kvarstår måste patienten undersökas för att utesluta komplikationer. Följande parametrar bör bedömas och optimeras: arteriellt blodtryck, systemisk syresättning, pH, hemoglobin, hjärnsyresvretur (när patienten är på kardiopulmonell bypass)44.

För att ändra standardanvändningen finns det ingen gräns för de möjliga programmen. Det är möjligt att placera en NIRS-sond på någon plats av intresse förutsatt att huden är intakt. Härleda värden samtidigt från flera platser möjliggör en stor variation av uppställningar enligt varje specifik klinisk eller vetenskaplig fråga. Till exempel kan NIRS och multisite NIRS användas utanför kritisk vård och även under övning12.

Trots sin användarvänlighet och användning, har mätning av rSO2 vissa begränsningar som måste beaktas vid tolkning av värden och kurvor. Vilka värden som mäts beror på vilken anordning och vilka sensorer somanvänds 32. Absoluta värden bör därför tolkas med försiktighet - referensvärden kan inte överföras enkelt mellan enheter och uppställningar32. rSO2 värden för andra organ än hjärnan varierar kraftigt mellan individer30. Men även inom en inspelning kan värdena fluktuera med upp till 6% om en sond lossnar och sedan återfästs45. Dessutom, NIRS värden beror på individens metaboliska tillstånd, som ändras av insatser såsom terapeutisk hypotermi och medicinering24.

Förändringar i vävnadsgränsförhållanden – till exempel inträde av blod eller luft på grund av kirurgi – ger också felaktiga NIRS-värden46. I prematura spädbarns första dagar i livet, övergången från mekonium till vanlig avföring förändrar fekal absorptionsspektra och kan påverka de uppmätta intestinala rSO2-värdena 47. Att placera en NIRS-sond över annan vävnad än den avsedda platsen ger felaktigheter i absoluta värden, men kan ändå vara till hjälp för övervakning av trender7.

Trots sina begränsningar är NIRS ett bra medel för noninvasively och kontinuerligt övervaka syresättning av en specifik region i realtid. Alternativa metoder för bedömning av global vävnadsperfusion är invasiva och diskontinuerliga: arteriell blodteckningar, serumlaktatkoncentration, central venös mättnad eller syremättnad i halspulsådern. Dessa kan vara särskilt problematiska hos prematura spädbarn, som ofta utvecklar iatrogen anemi på grund av upprepade bloddrag och vars cerebrala rSO2 är nedsatt under arteriell blod ritning48. I fall av låg hjärtminutvolym, under extrakorporeal membran syresättning eller när icke-pulsatile hjärtassistans enheter är i bruk, NIRS fortfarande funktioner – i motsats till pulsoximetri – eftersom det inte kräver pulsatile flöde och kan även selektivt övervaka områden med risk för hypoxi7,49. rSO2 förändringar i dessa regioner kan tjäna som tidiga tecken på minskad hjärtminutvolym7. Genom dessa funktioner, NIRS ger väsentliga klinisk information som för närvarande inte kan erhållas från andra åtgärder av vävnad mättnad.

Omfattningen av tillämpning av rSO2 övervakning i neonatal och pediatrisk intensivvård kommer sannolikt att expandera i framtiden. En potentiell applikation är övervakning av cerebral hemodynamik efter traumatisk hjärnskada, som redan utreds hos vuxna50,51,52,53,54,55. Hos prematura spädbarn kan mål-riktad syre tillskott leda till bättre neurodevelopmental resultat genom att minska cerebral hypoxemia17,18,19. Kombinationen av cerebrala NIRS med andra cerebral biomarkörer kan också vara lovande. Till exempel, kombinera amplitud-integrerade EEG och NIRS kan bidra till att fastställa prognos i måttlig hypoxisk ischemisk encefalopati56. Möjliga ytterligare tillämpningar för denna kombination inkluderar komprometterad hemodynamik eller beslag23.

Sammanfattningsvis är NIRS en lovande teknik med potential för ännu bredare tillämpning. Korrekt tillämpas och tolkas, rSO2 mätningar bidra till att upptäcka komplikationer eller försämrade kliniska tillstånd i ett tidigt skede och guide terapi i olika kliniska inställningar. Detta protokoll ger kliniker med verktyg för att ställa in och tolka rSO2 mätningar på olika organ platser, och att tolka dessa resultat.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Vi tackar Carole Cürten för språkredigering. Ingen finansiering mottogs för den här videon. NB fick ett internt forskningsanknytande (IFORES) från den medicinska fakulteten vid 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).
Hur man administrerar nära infraröd spektroskopi i kritiskt sjuka nyfödda, spädbarn och barn
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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