Icke-invasiv övervakning av mikrovaskulär syresättning och reaktiv hyperemi med hybrid, nära-infraröd diffus optisk spektroskopi för intensivvård

Kritiskt sjuka patienter, särskilt de med sepsis och andra liknande tillstånd, uppvisar ofta försämrad reaktiv hyperemi och mikrovaskulär syresättning ^1,2,3. Under de första vågorna av covid-19-pandemin krävde ett oförutsett antal patienter intensivvård, under vilken virusets påverkan på endotelet blev uppenbar men utan en tydlig strategi för att bedöma och hantera ^4,5,6. Som ett resultat av detta har det funnits ett växande erkännande av vikten av att upptäcka endoteldysfunktion, som indirekt kan utvärderas av reaktiv hyperemi, inom intensivvården, dvs. intensivvårdsavdelningarna (ICU)⁷. En praktisk, robust och allmänt tillgänglig bedömning av syretillförsel och förbrukning till vävnaderna förväntas vara av yttersta vikt för att optimera återupplivningsstrategier och direkt ta itu med mikrocirkulationsproblem. Studier har konsekvent visat att ihållande mikrocirkulatoriska förändringar och brist på koherens mellan makrocirkulation och mikrocirkulation i viss utsträckning är prediktiva för organsvikt och ogynnsamma resultat hos patienter som drabbats av septisk chock eller hemorragisk chock, bland andra kritiska tillstånd, även när systemiska parametrar anses vara normala ^8,9,10. Det har blivit uppenbart att det är otillräckligt att enbart förlita sig på makrocirkulatoriska parametrar, eftersom mikrocirkulationen spelar en avgörande roll för vävnadens syresättning och organfunktion 11,12,13. Denna artikel beskriver ett protokoll som använder en ny multimodal enhet baserad på nära-infraröd diffus optisk teknik som har utvecklats inom ett internationellt konsortium som fokuserar på IVA-patienter. Projektet, VASCOVID (https://vascovid.eu), motiverades av covid-19-pandemin för att utvärdera mikrovaskulär hälsa i perifera muskler inom intensivvården. Vi har utformat ett protokoll med hjälp av den utvecklade VASCOVID-enheten som syftar till att öka vår förståelse för dessa parametrar och hur dessa parametrar kan vara användbara för att hantera kritiskt sjuka patienter med ett mycket bredare tillämpningsområde än COVID-19-patienter.

Nära infraröd spektroskopi (NIRS) har använts för att bedöma mikrocirkulationen icke-invasivt i årtionden i ett brett spektrum av kliniska tillämpningar, inklusive IVA-patienterna 14,15,16,17. Det är viktigt att notera att den enklaste tillämpningen av NIRS, dvs kontinuerlig våg NIRS (CW-NIRS), implementeras i allmänt använda och kliniskt godkända enheter^17,18, som används för att mäta de absoluta koncentrationerna av oxi- (HbO) och deoxihemoglobin (HbR) för att beräkna syremättnaden i blod/vävnad (StO₂) i mikrovaskulaturen. Även om dessa enheter har hittat nischade användningsområden inom klinisk hantering, till exempel under hjärtkirurgi, har de tydliga begränsningar på grund av fysiken för fotonutbredning i vävnader. Detta innebär att deras noggrannhet, precision och repeterbarhet är tveksamma, därför används de ofta som trendmonitorer^19,20. Dessutom påverkas deras resultat starkt av ytliga vävnader som de överliggande fett- och hudlagren.

Tidsupplöst NIRS (TRS) använder korta laserpulser i pikosekundområdet vid flera våglängder för att bedöma deras fördröjning och breddning efter att ha passerat genom en vävnad²¹. Detta gör det möjligt för TRS att separera effekterna av absorption från spridning för att få robusta, exakta och exakta uppskattningar, vilket också gör det möjligt att beräkna den totala hemoglobinkoncentrationen (HbT). Eftersom TRS också löser väglängder kan det användas för att bättre skilja ytliga signaler från de djupa signalerna av intresse^18,21. Detta sker på bekostnad av komplexitet, pris och skrymmande. Men under de senaste åren har TRS-systemen minskat i komplexitet och kostnad, vilket resulterar i mer tillgängliga och mer lättanvända enheter. Detta manuskript beskriver en enhet som använder en kompakt original equipment manufacturer (OEM) kommersiell TRS-modul ^22,23.

Diffus korrelationsspektroskopi (DCS) är en annan nära-infraröd teknik som använder den tidsmässiga statistiken för diffusa fläckar för att kvantifiera rörelsen av ljusspridande partiklar, som domineras av röda blodkroppar i vävnader^16,24. Detta är i sin tur välkänt för att vara en indikator på mikrovaskulärt blodflöde, som vi kallar blodflödesindex (BFI)²⁵. Samtidig användning av TRS och DCS i en hybrid optisk enhet ger insikter i syremetabolism genom att använda vanliga modeller för att härleda den lokala syreextraktionsfraktionen och multiplicera med blodflödet 15,26,27.

För att bedöma mikrocirkulationen på intensivvårdsavdelningen används NIRS ofta tillsammans med ett vaskulärt ocklusionstest (VOT), vilket är en ischemisk provokation som utförs genom att blockera blodtillförseln till den undersökta perifera muskeln under en viss tid (några minuter)28,29,30,31,32. Vanligast är att det utförs genom att blåsa upp ett tryckförband lindat runt överarmen ovanför det systoliska trycket³³. Under VOT bedömer läkarna svaret från den mikrovaskulära blodsyresättningen på förändringar i blodflödet för att härleda syremetabolism i vila och reaktiv hyperemi³⁴. Antagandet är att under VOT, med manschetten uppblåst långt över ocklusionstrycket i extremiteterna, finns det inget inflöde eller utflöde av blod. Därför visar början av VOT en nedåtgående lutning av StO₂, dvs deoxygenering (DeO₂), eftersom syre förbrukas av vävnaden, vilket möjliggör en uppskattning av den metaboliska hastigheten för syreförbrukning. När VOT upphör och manschetten töms på luft rusar blodet in för att kompensera för utarmningen, vilket leder till en hyperemisk reaktion. Denna rusning genererar en skarp uppåtgående lutning i StO_2, dvs en syresättning (ReO₂). Det hyperemiska svaret, som är en ökning utöver den ursprungliga baslinjen med en långsam återhämtning tillbaka till baslinjen, uppskattar den reaktiva hyperemi. Kombinationen av NIRS och en VOT har fått ett ökat intresse inom intensivvården på grund av dess användarvänlighet och potential för att förutsäga negativa utfall och till och med dödlighet vid kritiska tillstånd som sepsis 35,36,37.

Under COVID-19-pandemin har våra grupper initierat ett världsomspännande konsortium och nyligen avslutat den så kallade HEMOCOVID-19-studien, som visar ett samband mellan perifera mikrocirkulatoriska förändringar och svårighetsgraden av akut andnödssyndrom hos COVID-19-patienter⁶. Detta stöddes också av andra arbeten ^7,38. Alla dessa studier gjordes med de ovan nämnda CW-NIRS-systemen, och led därför av deras brister. Dessutom var utförandet av VOT inte standardiserat över olika studier och påverkas av olika parametrar som ocklusionstid, tourniquettryck och operatörsbaserade variationer 29,39,40. En litteraturstudie visar tydligt att för att VOT och NIRS ska få fäste på klinikerna är det viktigt att mäta blodflödet, ha standardiserade protokoll och ha ett robust NIRS-system¹¹. Därför har vi föreslagit att genom att använda en mer avancerad form av NIRS (TRS), mäta blodflödet och standardisera manschettkontrollen under VOT, skulle en bättre urskiljning av patologiska tillstånd från friska kunna uppnås. För detta ändamål har vi utvecklat denna hybrida diffusa optiska enhet som integrerar flera moduler som omfattar två nära-infraröda diffusa optiska moduler av TRS och DCS, pulsoximetri och en automatiserad tourniquet. Pulsoximetrimodulen ger hjärtfrekvens (HR), perfusionsindex och procenttage av arteriell syremättnad (SpO₂). En snabb tourniquet används i enheten, vilket är avgörande för att utföra VOT. Enheten levereras med en valfri tillbehörslåda som gör att vi kan få ytterligare information under användningen för utökad och kontinuerlig kvalitetskontroll, såsom rutinmässig och praktisk mätning av instrumentresponsfunktionen (IRF) för TRS och mätning på en vävnadsliknande fantom för utvärdering av longitudinell stabilitet. Enheten visas som använd på intensivvårdsavdelningen i figur 1.

Figur 1: Sängplacering av den bärbara enheten på intensivvårdsavdelningen med sonderna och manschetten fästa vid patienten. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Den multimodala smarta sonden innehåller optiska käll- och detektorfibrer för både TRS och DCS med optiska filter inuti enheten som förhindrar störningar mellan DCS och TRS. Avståndet mellan källa och detektor som används i detta system är 25 mm. Dessutom har sonden en kapacitiv beröringssensor, vilket ger en värdefull säkerhetsfunktion för att förhindra laserfaror enligt lasersäkerhetsstandarden (IEC 60601-2-22:2019)⁴¹. Lasersäkerhetssystemet i enheten säkerställer att laseremissionen endast sker när sonden är i kontakt med vävnaden. Om sonden lossnar stängs lasrarna omedelbart av, vilket garanterar säkerheten för både patienter och operatörer. Dessutom är sonden integrerad med en accelerometer, lastsensor och ljussensor för ytterligare funktionalitet och datainsamlingsändamål.

Denna artikel beskriver det automatiserade protokollet där vi undersöker brachioradialis-muskeln samtidigt med en VOT med hjälp av den utvecklade enheten. Protokollets tidslinje visas i figur 2. Protokollet är helt automatiserat och inga operatörsingrepp behövs under hela genomförandet. Genom att utnyttja kapaciteten hos denna nya enhet strävar vi efter att få värdefulla insikter som låter läkarna förstå fysiologologin bakom perifer syrgasförbrukning bättre och även bedöma förhållandet mellan syreförbrukning och leverans och därigenom hjälpa dem att förbättra patientvården på ett omfattande och effektivt sätt.

Bild 2: Tidslinje för protokollet. Patienten är i vila under hela tidslinjen med 0 mmHg tryck vid initial baslinje och återhämtningsperiod. VOT utförs med en tourniquet uppblåst till ett tryck på 50 mmHg högre än patientens systoliska blodtryck. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Studien godkändes av den lokala etiska kommittén vid Parc Tauli Hospital Universitari. Informerat och undertecknat samtycke inhämtades från patienterna eller deras anhöriga. Absoluta kontraindikationer för att ingå i protokollet var: klinisk misstanke eller ekografisk bekräftelse av venös trombos i den studerade armen, andra vaskulära eller traumatiska skador i den studerade armen, hudförlust eller lesioner som kan hindra sondens placering.

1. Självtest av enheten

1. Slå på enheten. Enheten börjar med egenutvecklad programvara.
2. Vrid säkerhetsnyckeln till ON-läget , placera sonden helt inuti IRF-lådan (instrumentsvarsfunktion) och tryck på Reset-knappen på sonden om den lyser.
3. Tryck på OK-knappen i popup-dialogrutan och vänta tills enheten är klar.
   OBS: Enheten utför självtester för att säkerställa stabilt arbete. Användaren meddelas av ett popup-meddelande när enheten är klar.

2. Valfri IRF- och fantommätning

1. Tryck på OK när enheten är klar.
2. Tryck på Ja när den tillfrågas om att mäta en IRF. Enheten justerar automatiskt laserintensiteten för att nå önskad räkningshastighet på 1 miljon.
3. Tryck på stoppknappen när en stabil räkningshastighet och DTOF observeras. Denna IRF sparas i filer samt laddas in i programvaran för att användas för realtidsberäkningar.
4. Sätt i sonden ordentligt i fantomboxen så att sondens anslutna indikator är på.
5. Tryck på fantomknappen för att starta fantomprotokollet.
   OBS: Kvalitetskontrolltestet verifierar att ett tillräckligt antal fotoner tas emot av DCS- och TRS-detektorerna och kontrollerar även om mörkerantalet ligger inom de önskade gränserna.
6. Fortsätt spela in i minst 30 sekunder efter kvalitetskontrollen för att ha en tillräcklig mängd data sparad för ytterligare offlineanalys.

3. Förberedelse för mätning vid sängkanten

1. Fäst stasbandet på överarmen ovanför armbågen som görs vid en blodtrycksmätning. Linda inte manschetten löst eller mycket hårt runt armen.
   OBS: Att fästa tourniqueten löst kräver mer luft för att nå önskat tryck. Långsam uppblåsning gör det möjligt för kroppen att justera sin fysiologi.
2. Fäst pulsoximetern på pekfingret på samma arm. Om det inte är möjligt att fästa på pekfingret, fäst det på något annat finger.
3. Leta reda på brachioradialis-muskeln som ska undersökas, som ligger i den laterala underarmen strax under armbågen. Be patienten att öppna och stänga en knytnäve för att känna på muskeln genom att placera fingrarna på underarmen. Vid sederade patienter eller om de inte kan röra sig, spåra muskeln genom att vrida armen lätt med ena handen. Känn muskeln mellan tummen och fingrarna på den andra handen.
4. Mät armomkretsen runt den lokaliserade muskeln med ett mjukt måttband, som visas i figur 3.
5. Mät den ungefärliga fettvävnadstjockleken på toppen av muskeln med hjälp av en digital kroppsfettkaliper, som visas i figur 4.
6. Fäst sondhuvudet på muskeln med de optiska fibrerna och kablarna som går mot handen, som visas i figur 5.
   OBS: Fäst inte sonden hårt; Det kan påverka vävnadsfysiologin. Se till att fibrerna inte vidrör rörliga objekt och att det kan skapa artefakter i data.
7. Täck sonden med en svart trasa för att blockera det yttre ljuset.
   OBS: Om patienten är vaken, informera honom om att VOT kan orsaka en stickande känsla och att han inte ska röra armen.

Figur 3: Mätning av armomkretsen runt brachioradialismuskeln. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 4: Mätning av fettvävnadens tjocklek ovanpå muskeln med hjälp av ett kroppsfettsok. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 5: Sond fäst vid muskeln med fibrer och kablar som går mot handen. Klicka här för att se en större version av denna figur.

4. Datainsamling

1. Se till att den sondanslutna LED-indikatorn på enhetens frontpanel lyser och att pekikonen i programvaran är grön, vilket visar att sonden är ansluten.
2. Tryck på knappen Protokolltid. Se till att den öppnar en ny dialogruta, som visas i figur 6. Ange ämnes-ID, operatörs-ID och måltrycket på 50 mmHg högre än det systoliska blodtrycket.
3. Tryck på OK för att starta det automatiska protokollet. Realtidsdata visas i graferna. Protokollet börjar med kvalitetskontroll som automatiskt justerar lasereffekten och kontrollerar fotonantalet och interferensen mellan modaliteter. Kvalitetskontrollen är klar inom 2 minuter. Observera de cirkulära ikonerna märkta TRS och DCS, som måste bli gröna i slutet av datakvalitetskontrollen.
   OBS: De gröna ikonerna visar att fotonräkningshastigheten ligger inom det önskade intervallet, att inget externt ljus kommer in i sonden och att det inte finns någon överhörning mellan modaliteter. Därför kan mätningen fortsätta. Graferna återställs i slutet av kvalitetsfasen och signaler som representerar patientdata plottas i realtid.
4. Fortsätt från steg 2.6 om TRS- och DCS-ikonerna inte blir gröna och förblir röda i slutet av kvalitetskontrollen. Tryck på Stopp-knappen för att avbryta protokollet om patienten är instabil eller kräver plötslig klinisk intervention när som helst under protokollet.
5. Tryck på Förläng-knappen för att lägga till 30 s av pre-ocklusionstid om patienten rör armen och inte har stabila baslinjesignaler.
   OBS: Operatören kan trycka på Förläng-knappen så många gånger och i vilken fas som helst efter behov; Varje knapptryckning lägger till 30 s.
6. Se till att tourniqueten automatiskt blåses upp till önskat tryck för att starta VOT. Tryck på knapparna + eller - för att öka eller minska önskat ocklusionstryck i steg om 5 mmHg om patientens blodtryck ändras efter att protokollet har startats. VOT:s start och stopp markeras automatiskt med gula vertikala linjer.
   OBS: Programvaran är inställd på att kontinuerligt samla in data och att automatiskt utföra 3 minuters VOT efter 3 minuters baslinje. Det fördefinierade standardprotokollet varar i ytterligare sex minuter efter avslutad VOT för att utvärdera återhämtningen efter att patientens hyperemiska svar är över och ett stabilt tillstånd har uppnåtts.
7. Tryck på OK när operatören meddelas när protokollet har slutförts genom ett popup-meddelande, vilket markerar att protokollet har slutförts.
8. Ta bort sonderna och manschetten från patienten och rengör dem med en spritservett eller motsvarande.
9. Skriv ner den kliniska och demografiska informationen (enligt de fördefinierade studieprotokollen) tillsammans med armens omkrets vid sondplatsen och tjockleken på den överliggande fettvävnaden i patientdataformuläret manuellt.

Bild 6: Skärmbild av protokollparametrar som används för att automatiskt köra hela protokollet. Klicka här för att se en större version av denna figur.

5. Analys av data

1. Använda ett skript/program skrivet på sitt favoritspråk (t.ex. Python eller MATLAB) för att öppna och visualisera inspelad binär data.
2. Beräkna indexet för syreförbrukning som representerar vävnadsmetabolism och definieras som:
   
   där Hb är hematokriten, som registreras från kliniska journaler för patienten i patientdataformuläret.
3. Beräkna hastigheten för DeO₂ (lutning på StO₂ från början av VOT till 1 min), amplitud för DeO₂ (baslinje StO₂ - minimum StO₂), hastighet för ReO₂ (lutning på StO₂ från slutförande av VOT till att nå toppvärde), amplitud för hyperemisk topp för StO₂ och BFI (toppvärden) och arean under kurvan (AUC) för det reaktiva svaret efter VOT för både StO₂ och BFI.
   OBS: Beräkningen av absoluta värden i realtid för HbO, HbR, HbT och StO₂ uppnås genom att anpassa algoritmen med hjälp av fördelningen av flygtidskurvor (DTOF) från TRS för båda våglängderna. De teoretiska detaljerna finns i Torricelli et al. och Contini et ^al.18,21. Beräkningen av BFI i realtid åstadkoms med hjälp av anpassningsalgoritmen med hjälp av autokorrelationskurvorna från DCS. De teoretiska detaljerna finns i Durduran och Yodh¹⁶.

De pågående kliniska studierna har använt enheten i över 300 timmar av flera utbildade användare för att utföra mätningar på IVA-patienter och friska kontroller, härleda kliniskt relevanta resultat och karakterisera systemets in vivo-prestanda i en verklig miljö. Här visar vi några exempel på tidsspår av data från ett enskilt ämne som är synliga för användaren. De preliminära resultaten av protokollet mäts och visas i realtid, såsom HbO, HbR, HbT, StO₂, SpO₂ och BFI. Olika härledda parametrar, såsom MRO₂, DeO₂, ReO₂ och AUC, beskrivs.

Figur 7 visar enhetsmonitorn under steg 3.3, som visar datakvaliteten, där laserstyrkor justeras, fotonantal och överhörning mellan modaliteter testas automatiskt. Enhetsmonitorn visar två intensitetsautokorrelationskurvor (g2) eftersom enheten har två DCS-detektorfibrer kopplade till enstaka fotonräkningsmoduler och DTOF för båda våglängderna för TRS-enheten. Våglängden för lasern som används för DCS är 785 nm, medan OEM TRS-modulen lyser lasrar vid 685 nm och 830 nm. Autokorrelationskurvorna i det övre diagrammet verkar vara brusiga vid lägre fördröjningstider. Detta kan delvis bero på låg ljusintensitet i det här specifika exemplet. Ökad ljusintensitet och oberoende/parallella detektionsfibrer har rekommenderats för att öka signal-brusförhållandet för DCS ^42,43. Därför planeras i genomsnitt två DCS-kanaler för att minska effekten av brus och därmed beräkna en bättre BFI.

Bild 7: Skärmbild av enhetens övervakningsläge för programvara under datakvalitetskontrollfasen. Det översta diagrammet visar autokorrelationskurvorna från två kanaler i DCS. Den mellersta plotten visar DTOF för TRS-våglängder. Den nedre plotten visar antalet fotoner för både DCS och TRS. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Den initiala baslinjeperioden med klinisk monitor, som visas i figur 8, har gröna ikoner för DCS och TRS, vilket indikerar framgången för kvalitetstester. De visade signalerna ser mycket stabila ut, och därför behövdes inte Extend-funktionen, som beskrivs i steg 3.5, i det här fallet. Om den ursprungliga baslinjen ser ut som i figur 9 är det nödvändigt att använda funktionen Utöka. Den här funktionen utökar baslinjeinsamlingen för att få 3 minuters stabila data, som kan användas för att beräkna de exakta baslinjevärdena för alla parametrar.

Figur 8: Skärmdump av det kliniska övervakningsläget för programvara under den inledande baslinjefasen som visar stabila baslinjesignaler. Det övre diagrammet visar det absoluta värdet av hemodynamiska parametrar uppmätta med TRS, mittdiagrammet visar syremättnadssignalerna och pulsvärdet uppmätt med TRS och pulsoximeter, och det nedre diagrammet visar BFI mätt med DCS. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Bild 9: Skärmbild som visar toppar i signalerna på grund av sondens rörelse. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Början och slutet av manschettocklusionsdelen är markerade med gula vertikala linjer, som visas i figur 10. Pulsformen och SpO_2-värdena har ingen klinisk/fysiologisk betydelse i denna fas eftersom fingret från samma arm som ockluderas används för pulsoximetri. Detta indikeras av den röda OXY-ikonen som uttrycker otillförlitliga data från pulsoximetern. För att kringgå denna situation kan vi fästa pulsoximetern på patientens opåverkade hand, som inte utsätts för tourniquet och förblir obehindrad. Vi vill dock få perfusionsindexet för den undersökta armen med hjälp av pulsoximetern för de initiala baslinje- och slutliga återhämtningsfaserna för att analysera effekterna av VOT. Därför har vi valt att använda pulsoximetern på samma arm som tourniqueten.

Bild 10: Skärmbild av programvara som visar gula vertikala linjer som markerar start- och slutögonblicken för VOT. SpO₂ - och pulsvärdena är obetydliga eftersom blodflödet är begränsat. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 11 visar den fullständiga tidslinjen för protokollet som anges i steg 3.6, inklusive den slutliga återhämtningsfasen, som illustrerar det hyperemiska svaret och återgången av kliniska parametrar till de ursprungliga baslinjevärdena. Den övre grafen i figur 11 visar de absoluta hemodynamiska parametrarna. Starten av VOT markerar en nedåtgående trend för HbO och en stigande trend för HbR eftersom både inflödet och utflödet av blod blockeras av manschettocklusionen. Trenden vänder när VOT slutförs, går utöver de ursprungliga baslinjevärdena och återgår till baslinjevärdena i återställningsfasen. De mellersta och nedre graferna visar att BFI-signalen är något bullrigare än StO₂. Detta beror i sig på det faktum att DCS tenderar att ha ett högre kontrast-brusförhållande, vilket framgår av den stora hyperemiska responsen i BFI^42,44. Med hjälp av den rika datamängden från denna nya enhet har oscillationerna i BFI använts som potentiella biomarkörer för att diagnostisera septiska patienter⁴⁵.

Figur 11: Skärmdump av den kliniska monitorn som visar signalerna under hela protokollets tidslinje. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Med detta protokoll kan syret som används av muskeln övervakas isolerat under VOT. Lutningen på DeO₂ under den ischemiska provokationen indikerar hur vävnaden förbrukar syre. Den tidiga minskningen av StO₂ under VOT återspeglar syreförbrukningen för vävnaden. Den hyperemiska toppen och efterföljande sönderfallande trender i StO₂ och BFI är direkt associerade med hyperemisk och mikrovaskulär reaktivitet. Förutom dessa uppenbara resultat kan vi använda flera potentiella biomarkörer för att klassificera en specifik grupp av IVA-patienter. De befintliga biomarkörerna är deoxygeneringshastighet, minimivärde för StO₂ under VOT, reoxygeneringshastighet, hyperemiskt toppvärde och area under kurvan för både StO₂ och BFI. Dessa biomarkörer kan användas för att identifiera patientpopulationer och svårighetsgraden av deras sjukdomar. Resultaten från en exempeldatauppsättning från en patient visas i figur 12. Termen "DATA QC" betecknar den initiala kvalitetskontrollen, som inte avser patientdata. Därför visas den inte i representationen. Medelvärdena för StO₂, BFI och MRO₂ för baslinjeperioden beräknas för jämförelse med faser av VOT och återhämtning efter VOT. Resultaten som erhålls under det här protokollet kan skilja sig från data från det här exemplet. Baslinjevärdena för alla parametrar kan vara högre eller lägre, och hastigheten för DeO₂ kan vara snabbare eller långsammare. Det hyperemiska svaret kan ha en högre eller lägre frekvens av ReO₂ och toppvärden, eller så kan det finnas en frånvaro av topp. Återställningsfasen kan visa en snabbare eller långsammare normalisering av värden. Dessa variationer är representativa för patientens tillstånd som lider av en specifik eller uppsättning sjukdomar.

Figur 12: Sammanfattning av resultat som sammanställts offline. Den svarta streckade linjen markerar början på tre minuter av baslinjeperioden, medan den röda streckade linjen markerar de uppblåsta och tömda händelserna. Den övre grafen visar StO_2-signalen med markerade regioner för beräkning av DeO₂ och ReO₂. Den mellersta plotten visar BFI medan den nedre plotten visar tourniquettrycket. Baslinjevärdena och AUC visas i blått i sina respektive faser. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Vi har demonstrerat en helautomatisk, robust, icke-invasiv enhet för kontinuerlig mätning och övervakning av skelettmuskulatur med hjälp av hybrid diffus optik för utvärdering av mikrovaskulär syresättning, blodperfusion och reaktiv hyperemi. Genom att använda detta protokoll med VASCOVID-enheten kan vi samtidigt mäta absoluta hemodynamiska parametrar för HbO, HbR och HbT; syremättnad från StO₂ och SpO₂; DeO₂ och ReO₂; och BFI. De visade StO2 och BFI i realtid erhålls från rådata från föregående sekund från TRS- respektive DCS-modulerna. Monteringsproceduren är inte tidskrävande eftersom moderna processorer använder standardmodeller av ett halvoändligt, homogent medium. De förvärvade parametrarna ger inte en fullständig bild av endotelfunktionen. Uppmätt reaktiv hyperemi har dock visat prognostiskt värde vid flera akuta tillstånd där endotelnedsättningen spelar en stor roll, såsom septisk chock eller covid-19. ^6,28 Protokollet innehåller också en automatiserad kvalitetskontroll som registrerar enhetsparametrarna, vilket är användbart för ett forskningsprotokoll om en oförklarlig avvikelse upptäcks senare i någon patients data.

Kvantifieringen av det överliggande fettskiktet och armomkretsen är viktig vid mätning av brachioradialis-muskeln i detta protokoll eftersom fotonerna främst passerar genom de överliggande vävnaderna när de injiceras och när de detekteras. Det är välkänt inom diffus optik att det finns en associerad partiell volymeffekt. Därför bör den ytliga informationen registreras och användas vid analys av data för att ta hänsyn till effekten av variationer i fettvävnad^46,47. Detta förstärks ytterligare i dessa patientpopulationer av intresse eftersom det är vanligt hos IVA-patienter att utveckla ödem där extremiteterna svullnar när vatten fångas på grund av immobilisering och andra orsaker⁴⁸. Hos dessa patienter kan variationen i omkrets under IVA-vistelsen ge information om ödemets svårighetsgrad. Ljuskällans väg till detektorerna måste passera genom alla ytliga lager.

Manschetten ska vara bekvämt lindad runt armen, vilket säkerställer en tät passform. Det är dock viktigt att undvika överdriven åtdragning som kan utöva överdrivet tryck på armen enbart genom att linda manschetten⁴⁹. Målet är att uppnå en säker och bekväm passform utan att orsaka onödig kompression, vilket kan förändra baslinjens hemodynamiska parametrar. Om den komprimerar armen kommer datakvaliteten att äventyras för hela protokollet, och det utövade trycket kommer effektivt att läggas till måltrycket för VOT. Om manschetten är löst lindad till armen kommer mer luft att krävas för att nå måltrycket och därför kommer mer tid att tas. Detta kan ge vävnaden tid att justera fysiologin eftersom syretillförseln minskar långsamt, vilket bör undvikas⁵⁰.

Det är viktigt att fästa den smarta sonden på ett sätt som bibehåller korrekt kontakt utan att utöva överdrivet tryck på vävnaden. Detta möjliggör tillförlitliga mätningar samtidigt som risken för lokal ischemi undviks. Lokal ischemi uppstår när blodflödet till området är begränsat, vilket leder till försämrad cirkulation och potentiellt korrumperar mätningarna⁵¹.

Den kapacitiva beröringssensorn på sonden används av lasersäkerhetssystemet för att säkerställa att lasern endast lyser när sonden är fäst vid vävnaden. Om patienten har hög hårtäthet på armen kan beröringssensorns känslighet äventyras. Appliceringen av en tunn transparent dubbeltejp på sensorsidan av sonden kan effektivt mildra problemet med beröringssensorn. När sonden fästs på den håriga armen tillsammans med denna tejp ger den en pålitlig och stabil beröringssignal. Fördefinierade snitt av denna tejp finns tillgängliga för den smarta sonden med separation mellan ljuskällor och detektorer. Separationen är nödvändig för att förhindra att det bildas en direkt ljuskanal mellan källan och detektorfönstren, vilket kan påverka kvaliteten på mätningarna. Användningen av transparent dubbeltejp fungerar som en praktisk lösning för att förbättra tillförlitligheten för beröringsavkänning under dessa omständigheter. Om beröringsavkänningen går förlorad under protokollet stänger den av lasrarna och mätningen går förlorad. Sonden har också en lastsensor som i framtiden kan användas som en säkerhetsåtgärd som reserv.

Om patienten rör på armen eller om ett litet kliniskt ingrepp stör stabiliteten hos de insamlade signalerna under baslinjefasen, vilket resulterar i skarpa toppar, är det lämpligt att använda förlängningsfunktionen. Denna funktion gör det möjligt att få en stabil baslinje i tre minuter, vilket säkerställer konsekvent och tillförlitlig signalmätning.

Det är viktigt att tänka på att patientens blodtryck kan genomgå betydande förändringar efter att protokollet har inletts, vilket kan påverka förmågan att nå måltrycket på 50 mmHg högre än det systoliska blodtrycket för VOT. Dessa fluktuationer i blodtrycket kan påverkas av olika faktorer, såsom patientens fysiologiska svar, läkemedelseffekter eller andra kliniska tillstånd⁵². Därför bör måltrycket justeras genom att trycka på knapparna "+" eller "-" vid behov för att säkerställa konsekvent administrering av VOT.

Den typiska körningen av VOT har begränsningar på grund av operatorvariabilitet, vilket åtgärdas i det här protokollet genom att ha en automatisk VOT. Vi använder strategin för att ställa in ocklusionstrycket på 50 mmHg över den systoliska blodtrycksnivån. Denna metod stoppar blodflödet och har rapporterats i tidigare studier för att utföra VOT^53,54. Det individualiserade måltrycket för VOT i detta protokoll hjälper till att undvika vasokonstriktion som kan inträffa genom att fastställa ett allmänt måltryck för VOT. Smärta orsakad av ett onödigt högt tryck kan påverka mätningen och orsaka vasokonstriktion, t.ex. hos en patient med systoliskt tryck på 120 mmHg och måltryck på 200 mmHg eller 250 mmHg²⁹. Vi noterar att patienter som läggs in på IVA har en ökad risk för trombos, främst på grund av faktorer som långvarig orörlighet och sedering⁵⁵. Detta innebär att för att undvika risker kan detta protokoll inte användas på patienter som lider av trombos eller tromboflebit.

Tillämpningen av detta protokoll kan vara användbart i IVA-populationen där nedsatt reaktiv hyperemi är ett vanligt inslag och kan bidra till mikrovaskulära abnormiteter ^3,56. Parametrarna som förvärvas i detta protokoll, utan operatörsingripanden under mätningen, har tidigare använts i litteraturen enskilt eller i en liten kombination för sepsis, cancer, stroke etc. för att särskilja patologiska tillstånd 1,11,15,31. Därför tror vi att kombinationen av dessa relevanta parametrar är fördelaktig för flera kliniska tillämpningar. De data som registreras av detta protokoll kan hjälpa till att välja lämpliga terapeutiska strategier för att förbättra vaskulär hälsa⁵⁷. De värdefulla insikterna om vävnadssyresättning och blodflödesdynamik under ocklusion och reperfusion gör det möjligt för oss att bedöma om blodtillförseln till vitala organ är tillräcklig. Det kan hjälpa till att identifiera vävnadshypoxi och vägleda interventioner för att optimera organperfusion⁵⁸. Genom att använda realtidsinformation om mikrovaskulär syresättning och reaktiv hyperemi hjälper den till som ett ytterligare verktyg för att vägleda hemodynamisk hantering, vätskeåterupplivning och vasopressorterapi^59,60. Detta säkerställer att interventionerna skräddarsys efter individuella patientbehov, vilket optimerar vävnadens syresättning och perfusion^61,62. Dessutom, hos mekaniskt ventilerade patienter, kan evolutionära förändringar i mikrovaskulär syresättning och blodflöde inom en spontan andningsstudie vara av yttersta vikt vid utvärdering av den kardiovaskulära toleransen för att möta och övervinna den ökade metaboliska bördan som härrör från arbetet med att andas utan hjälp². Ett dagligt kritiskt och utmanande beslut för IVA-patienterna om mekanisk ventilation är avvänjningsprocessen, som avslutas när patienten anses kunna andas själv och endotrakealtuben tas bort. Den longitudinella tillämpningen av detta protokoll kan användas för att utvärdera effektiviteten av interventioner, spåra sjukdomsprogression och vägleda behandlingsstrategier.