Bir İnsan Denekte Serebral Kan Akışını Ölçmek için Yaygın Korelasyon Spektroskopisi

Özet

Kaynak: Menezes Forti, R. et al. Diffüz Optik Spektroskopiler ile Nörokritik Hastaların Gerçek Zamanlı İzlenmesi. J. Vis. Uzm. (2020)

Bu video, insanlarda serebral kan akışını ölçmek için Diffüz Korelasyon Spektroskopisinin (DCS) kullanımını göstermektedir. Sistemi hazırlamak, probu kalibre etmek, katılımcının alnına yerleştirmek, dağınık ışık verilerini elde etmek ve beyindeki kan akışı dinamiklerini yorumlamak için yoğunluk dalgalanmalarını analiz etmek için adımları ana hatlarıyla belirtir.

Protokol

İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler, insan refahı için kurumsal, ulusal ve uluslararası yönergelere uygun olarak gerçekleştirilmiş ve yerel kurumsal inceleme kurulu tarafından gözden geçirilmiştir.

1. Sistemi yoğun bakım ünitesine (YBÜ) taşımadan önce hazırlıklar

1. ) Tüm fiberleri ilgili lazerlere ve dedektörlere bağlayın ve optik proba düzgün şekilde takıldıklarından emin olun (Şekil 1B).
2. Lazerlerin odada parlamasını önlemek için optik probun siyah bir bezle örtüldüğünü kontrol edin.
3. Sistem güç anahtarını 'AÇIK' konuma getirin. Sisteme güç verdikten sonra 30 saniye bekleyin ve ardından dağınık korelasyon spektroskopisi (DCS) lazer anahtarı anahtarını 'AÇIK' konuma getirin. Frekans alanı dağınık optik spektroskopisi (FD-DOS) lazerleri, sisteme güç verildiğinde otomatik olarak açılır.
4. Sistem hazırlanırken katılımcıdan veya yasal temsilcisinden onay alın. Onay aldıktan sonra arabayı hastanın odasına getirin.
   NOT: Hibrit sistem, 45 dakikaya kadar dayanan dahili bir pile sahip olduğundan, taşıma sırasında kapatılmasına gerek yoktur.

2. DOS sisteminin kalibrasyon ve kazanç ayarları

1. Yoğun bakım ünitesine vardığınızda, anahtarı 'KAPALI' konuma getirerek DCS lazerini kapatın.
2. 'Kalibre Et' olarak işaretlenmiş katı fantomdan başlayarak, aşağıdaki adımları izleyerek FD-DOS yazılımında (BOXY, ISS) kalibrasyon işlemini çalıştırın.
   1. 'Dosya' menüsünde, 'Ayarlar dosyasını yükle' seçeneğine tıklayarak kullanılan prob için uygun ayarlar dosyasını yükleyin.
   2. Probu, yüzeyle iyi bir temas sağlayacak şekilde fantomun kavisli tarafına yerleştirin ve ardından FD-DOS yazılımındaki 'Tüm Dedektörleri Optimize Et' düğmesine tıklayarak fotoçoğaltıcı tüp (PMT) önyargı voltajını optimize edin.
   3. 'Calc. Dalga Formu Kalibrasyonu' seçeneğine tıklayarak çoklu kaynak-dedektör ayrımları için kalibrasyonu çalıştırın. Optik Aksesuarlar için Değerler. ve 'Kalibre Et' menüsünden Çoklu Mesafeler'.
   4. Ölçülen optik özelliklerin önceden belirtilen değerlerle (katı fantomda yazılmış) eşleşip eşleşmediğini ve bağlantı parçası R^2'nin bire yakın olduğunu kontrol etmek için 'Text-Mon' menüsünden 'Kullanıcı Tanımlı Hesaplamalar' seçeneğini açın.
3. Kalibrasyonun yeterli olduğundan emin olmak için 'Kontrol' olarak işaretlenmiş fantomun optik özelliklerini ölçmek için yukarıdaki adımları tekrarlayın (adım 2.2.3 hariç). Ölçülen optik özellikler, fantomlarda belirtilen değerlerle %10 içinde eşleşmelidir. Dikkat: Ortam ışığından gelen doğrudan aydınlatma nedeniyle PMT'lere zarar vermemek için prob her hareket ettirildiğinde PMT'leri kapattığınızdan ('Tüm Dedektörler KAPALI' düğmesine tıklayarak) emin olun.
4. Kalibrasyon yeterli değilse, kalibrasyon işlemini yeniden çalıştırın (adım 2.2 ve 2.3). FD-DOS sisteminin iyi bir kalibrasyonunun sağlanması, FD-DOS ölçümlerinin geçerliliği için çok önemlidir.

3. Katılımcının yatak başında hazırlanması

:

1. Hem probu hem de hastanın alnını temizlemek için dezenfektan mendiller kullanın.
2. Çift taraflı bandı probun üzerine yerleştirin (Şekil 1B), bandın fiber optik uçlarla doğrudan temas halinde olmadığından emin olun.
3. Nesnenin üzerine bir lazer güvenlik gözlüğü yerleştirin.
4. Probları ilgilenilen bölgenin (ROI) üzerine yerleştirin ve elastik kayışları deneğin başının etrafına sarın. FD-DOS ve DCS için kesinlikle gerekli olmasa da, ortam ışığından kaynaklanan gürültüyü azaltmak için optik probu siyah bir bez veya siyah bandajla kapatmanız önerilir.
   NOT: Elastik kayışın ne çok sıkı ne de çok gevşek olmadığından emin olmak önemlidir. Kayış çok sıkıysa, hastada önemli bir rahatsızlığa neden olabilir ve kayış çok gevşekse, çift taraflı bant probları yerinde tutacak kadar güçlü olmadığından düşük veri kalitesine neden olabilir.
5. Prob hastanın alnına düzgün bir şekilde sabitlendikten sonra, anahtarı 'AÇIK' konuma getirerek DCS lazeri açın.
   DİKKAT: DCS sistemi, göze maruz kalma için tehlikeli olan Sınıf 3B lazer kullanır. Lazerleri sadece prob hastanın alnına düzgün bir şekilde takıldığında açmak çok önemlidir.

4. Veri kalitesi değerlendirmesi

1. Grafik kullanıcı arayüzü (GUI) ile veri toplamaya başlamadan önce, GUI'nin 'Ayarlar' sekmesine DCS kaynak-dedektör ayrımlarını yazın.NOT: DCS sistemi bir kalibrasyon adımı gerektirmez, ancak gerçek zamanlı analiz için kaynak-dedektör ayrımlarının uygun girişi gereklidir.
2. GUI'deki 'Başlat' düğmesine basarak edinme yazılımını başlatın ve FD-DOS yazılımında DOS sinyalini kontrol edin:
   1. PMT önyargı voltajını optimize etmek için FD-DOS yazılımındaki 'Tüm Dedektörleri Optimize Et' düğmesine tıklayın.
   2. 'Text-Mon' menüsünden 'Kullanıcı Tanımlı Hesaplama' seçeneğinde DOS bağlantısının optik özelliklerini ve R^2'sini kontrol edin. R2 katsayısı birliğe yakın olmalı ve genel bir kural olarak, insan hastaların emilim katsayısı 0.05 ve 0.2 ^cm-1 arasında, saçılma katsayısı ise 6 ve 13 ^cm-113 arasında olmalıdır.
3. GUI'nin 'Korelasyon eğrileri' sekmesindeki DCS sinyalini kontrol edin.
   1. Anahtarları 'AÇIK' konuma getirerek DCS dedektörlerini açın.
   2. Her DCS dedektörünün yeterli bir ışık yoğunluğunu ölçtüğünden emin olun. Genel bir kural olarak, 10 kHz'den fazla gereklidir.
   3. Ölçülen yoğunluk 800 kHz'den yüksekse, dedektörlere zarar vermemek için foton sayımlarını azaltmak için nötr yoğunluk filtresi kullanın. Bu genellikle daha kısa (< 1 cm) kaynak-dedektör ayrımları için bir sorundur.
      NOT: DCS dedektörlerine potansiyel olarak zarar vermenin yanı sıra, 800 kHz'den yüksek foton sayıları da dedektördeki doğrusal olmayan etkiler nedeniyle hatalara neden olabilir.
   4. İyi bir cilt bağlantısı sağlamak için otokorelasyon eğrilerini kontrol edin (bkz. Şekil 2) ve gerekirse optik probu yeniden konumlandırın.
   5. Önceki adımda probun yeniden konumlandırılması gerekiyorsa, Adım 4.2 ve 4.3'ü tekrarlayın. Bu adımların birden çok kez tekrarlanması gerekebilir.
      NOT: Prob her hareket ettirildiğinde DCS ve FD-DOS dedektörleri kapatılmalıdır. DCS dedektörlerini kapatmak için anahtarları manuel olarak 'KAPALI' konuma getirin. FD-DOS dedektörü, FD-DOS yazılımındaki 'Tüm Dedektörler KAPALI' düğmesine tıklanarak kapatılır.
4. Prob ve cilt arasında iyi bir temas sağlandığında, GUI'deki 'Durdur' düğmesine tıklayarak veri toplamayı durdurun. Ardından, 'Klasör' metin kutusuna deney ve hasta tanımlayıcılarını ayarlayın ve 'Dosya adı' metin kutusuna ROI adını yazın.
5. GUI'deki 'Başlat' düğmesine basarak veri toplamayı başlatın.
6. Protokolün gerektirdiği süre boyunca ilk yatırım getirisinde veri toplayın. Gerekirse, probu diğer ROI'lere taşıyın ve ölçümü tekrarlayın.
   NOT: İzleme süresi, çalışma hedeflerine bağlı olarak değişebilir.

5. Ölçüm sırasında deneyi yapan kişinin dikkat etmesi

gerekenler

1. Ölçüme başladıktan sonra, GUI'nin 'Deney Bilgileri' sekmesine ilgili hasta bilgilerini (örneğin, yaralanmanın türü ve yeri, uygulanan ilaçlar, yaş, cinsiyet vb.) yazın.
2. İzleme süresi boyunca meydana gelen herhangi bir ilgili olayın, GUI üzerindeki 'İşaretle' düğmesine tıklayarak işaretlendiğinden emin olun. Her işaretten sonra, GUI'nin 'Deney Bilgisi' sekmesine etkinlik açıklamasını yazdığınızdan emin olun.

6. Veri toplamayı durdurun

:

1. GUI'deki 'Durdur' düğmesine basarak veri toplamayı durdurun.
2. FD-DOS yazılımında iki kırmızı kare olarak temsil edilen veri toplamayı ve kaydetmeyi durdur düğmesine basarak FD-DOS yazılımını durdurun.
3. Anahtarları 'OFF' konumuna çevirerek DCS dedektörlerini kapatın ve anahtarı 'OFF' konumuna çevirerek DCS lazerini kapatın.
4. 'Tüm Dedektörler KAPALI' düğmesine tıklayarak FD-DOS modülünün PMT'lerini kapatın.
5. Probu hastanın kafasından çıkarın ve çift taraflı bandı probdan çıkarın. Ardından, probu dezenfektan mendillerle temizleyin.
6. İzleme oturumu boyunca kalibrasyonun yeterli kalmasını sağlamak için her bir katı fantomun optik özelliklerinin ölçümünü mümkün olan en kısa sürede tekrarlayın (bkz. adım 4.2.2).
   NOT: İdeal olarak, kalibrasyon adımı, optik problar hastanın kafasından çıkarıldıktan hemen sonra yapılmalıdır (adım 6.6). Ancak, zamanlama sorunları nedeniyle bu, bir sonraki bölümde sunulan örneklerde depolama tesisinde yapılmıştır.
7. Sistemi ve aksesuarlarını dezenfektan mendillerle temizleyin.
8. Arabayı depoya geri götürün.

Sonuçlar

Şekil 1: Yoğun bakım ünitesindeki hastaları izlemek için geliştirilen optik ortam. (A) Hibrit difüz optik sistem, bir frekans alanı difüz optik spektroskopi (DOS) modülünü ve bir dağınık korelasyon spektroskopisi (DCS) modülün...

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
3D Yazıcı	Sethi3D	S2	Özelleştirilebilir probları yazdırmak için kullanılan 3D yazıcı
Arduino UNO	Arduino	UNO REV3	DCS ve FD-DOS ölçümlerini serpiştirmekten sorumlu mikrodenetleyici
DCS Korelatörü	Correlator.com	Flex11-16ch	DCS modülünün bileşeni
DCS Dedektörleri IO Kartları	Excelitas Teknolojisi	SPCM-AQ4C-IO	DCS modülünün bileşeni
DCS Dedektörleri	Excelitas Teknolojisi	SPCM-AQ4C	DCS modülünün bileşeni
DCS Laser	CrystaLaser	DL785-120-SO	DCS modülünün bileşeni
DCS Güç kaynağı	Artesyn	UMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-A	DCS modülünün bileşeni (DCS detecto için güç kaynağı; 2, 5 ve 30V)
FD-DOS fiberleri	ISS	Imagent malzemeleri	FD-DOS algılama ve aydınlatma için kullanılan fiberler, ISS
Esnek 3D yazıcı malzemesi	Sethi3D	NinjaFlex	Esnek özelleştirilebilir probları yazdırmak için kullanılan malzeme
Imagent	ISS	Imagent	FD-DOS modülü
Lazer güvenliği googles	Thorlabs	LG9
Çok modlu fiber	Thorlabs	FT400EMT	DCS aydınlatması için kullanılan çok modlu fiber
Nötr yoğunluk filtresi 1.0 OD	Edmund Optics	53-705	Kısa kaynak dedektör ayrımları için nötr yoğunluk filtresi
Tek modlu fiber optik	Thorlabs	780HP	Tek modlu fiber optik için kullanılır DCS dedektörleri
Sistem bataryası	SMS	NET4	Taşıma için kullanılan sistem bataryası