क्रिटिकल केयर के लिए हाइब्रिड, नियर-इन्फ्रारेड डिफ्यूज़ ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग करके माइक्रोवैस्कुलर ऑक्सीजनेशन और रिएक्टिव हाइपरमिया की गैर-इनवेसिव मॉनिटरिंग

गंभीर रूप से बीमार रोगियों, विशेष रूप से पूति और अन्य इसी तरह की स्थितियों के साथ, अक्सर बिगड़ा प्रतिक्रियाशील hyperemia और माइक्रोवास्कुलर ऑक्सीजन ^1,2,3 प्रदर्शन. COVID-19 महामारी की पहली लहरों के दौरान, रोगियों की एक अप्रत्याशित संख्या को गहन देखभाल प्रबंधन की आवश्यकता थी, जिसके दौरान एंडोथेलियम पर वायरस का प्रभाव स्पष्ट हो गया, लेकिन ^4,5,6 का आकलन और प्रबंधन करने की स्पष्ट रणनीति के बिना। नतीजतन, एंडोथेलियल डिसफंक्शन का पता लगाने के महत्व की बढ़ती मान्यता रही है, जिसका मूल्यांकन अप्रत्यक्ष रूप से प्रतिक्रियाशील हाइपरमिया द्वारा किया जा सकता है, महत्वपूर्ण देखभाल में, यानी, गहन देखभाल इकाई (आईसीयू) आबादी⁷. ऊतकों को ऑक्सीजन वितरण और खपत का एक व्यावहारिक, मजबूत और व्यापक रूप से उपलब्ध मूल्यांकन पुनर्जीवन रणनीतियों को अनुकूलित करने और सीधे माइक्रोकिरुलेटरी मुद्दों को संबोधित करने में अत्यंत महत्वपूर्ण होने की उम्मीद है। अध्ययनों ने लगातार प्रदर्शित किया है कि लगातार माइक्रोकिरुलेटरी परिवर्तन और मैक्रोकिरकुलेशन और माइक्रोकिरकुलेशन के बीच सुसंगतता की कमी, कुछ हद तक, अन्य महत्वपूर्ण स्थितियों के बीच, सेप्टिक शॉक या रक्तस्रावी सदमे से प्रभावित रोगियों में अंग विफलता और प्रतिकूल परिणामों की भविष्यवाणी करती है, भले ही प्रणालीगत मापदंडों को सामान्य ^8,9,10 माना जाता है. यह स्पष्ट हो गया है कि मैक्रोकिरुलेटरी मापदंडों पर पूरी तरह से भरोसा अपर्याप्त है, क्योंकि माइक्रोकिरकुलेशन ऊतक ऑक्सीकरण और अंग^{समारोह} 11,12,13में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह पत्र एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है जो निकट-अवरक्त फैलाना ऑप्टिकल प्रौद्योगिकियों के आधार पर एक नए मल्टी-मोडल डिवाइस का उपयोग करता है जिसे एक अंतरराष्ट्रीय संघ के भीतर विकसित किया गया है जो आईसीयू रोगियों पर केंद्रित है। परियोजना, VASCOVID (https://vascovid.eu), गहन देखभाल में परिधीय मांसपेशियों में माइक्रोवैस्कुलर स्वास्थ्य का मूल्यांकन करने के लिए COVID-19 महामारी से प्रेरित थी। हमने विकसित वीएएससीओवी डिवाइस का उपयोग करके एक प्रोटोकॉल तैयार किया है जिसका उद्देश्य इन मापदंडों की हमारी समझ को बढ़ाना है और ये पैरामीटर गंभीर रूप से बीमार रोगियों के प्रबंधन में कैसे उपयोगी हो सकते हैं, जिसमें सीओवीआईडी -19 रोगियों की तुलना में बहुत व्यापक गुंजाइश है।

निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (एनआईआरएस) का उपयोग नैदानिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में दशकों से गैर-आक्रामक रूप से माइक्रोकिरकुलेशन का आकलन करने के लिए किया गया है, जिसमें आईसीयू रोगी 14,15,16,17शामिल हैं। यह एनआईआरएस का सबसे सरल अनुप्रयोग, यानी, निरंतर तरंग एनआईआरएस (सीडब्ल्यू-एनआईआरएस), व्यापक रूप से इस्तेमाल किया और नैदानिक रूप से अनुमोदित उपकरणों^17,18 में लागू किया जाता है, ऑक्सी- (एचबीओ) और डीऑक्सी-हीमोग्लोबिन (एचबीआर) की पूर्ण सांद्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है माइक्रोवैस्कुलचर के रक्त/ऊतक ऑक्सीजन संतृप्ति (एसटीओ₂) की गणना करने के लिए। जबकि इन उपकरणों ने नैदानिक प्रबंधन में आला उपयोग पाया है, जैसे कि कार्डियक सर्जरी के दौरान, ऊतकों में फोटॉन प्रसार के भौतिकी के कारण उनकी स्पष्ट सीमाएं हैं। इसका मतलब यह है कि उनकी सटीकता, सटीकता, और दोहराव संदिग्ध हैं, इसलिए, वे अक्सर प्रवृत्ति पर नज़र रखता है^19,20 के रूप में उपयोग किया जाता ^है. इसके अलावा, उनके परिणाम सतही ऊतकों जैसे ओवरलेइंग वसा और त्वचा की परतों से काफी प्रभावित होते हैं।

समय-हल एनआईआरएस (टीआरएस) एक ऊतक²¹ के माध्यम से पार करने के बाद उनकी देरी और विस्तार का आकलन करने के लिए कई तरंग दैर्ध्य पर पिकोसेकंड रेंज में लघु लेजर दालों को नियोजित करता है। यह टीआरएस को मजबूत, सटीक और सटीक अनुमान प्राप्त करने के लिए बिखरने से अवशोषण के प्रभावों को अलग करने की अनुमति देता है, जिससे यह कुल हीमोग्लोबिन एकाग्रता (एचबीटी) की गणना करने की भी अनुमति देता है। टीआरएस भी pathlength को हल करता है, यह बेहतर ब्याज^18,21 की गहरी संकेतों से सतही संकेतों अलग करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता ^है. यह जटिलता, कीमत और भारीपन की कीमत पर आता है। हालांकि, हाल के वर्षों में, टीआरएस सिस्टम जटिलता और लागत में कम हो गए हैं, जिसके परिणामस्वरूप अधिक सुलभ और उपयोग में आसान उपकरण हैं। यह पांडुलिपि एक कॉम्पैक्ट मूल उपकरण निर्माता (OEM) वाणिज्यिक टीआरएस मॉड्यूल^22,23 का उपयोग करता है कि एक उपकरण का वर्णन करता ^है.

फैलाना सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीसीएस) एक और निकट-अवरक्त तकनीक है जो प्रकाश-प्रकीर्णन कणों की गति को निर्धारित करने के लिए फैलाना धब्बों के अस्थायी आंकड़ों का उपयोग करती है, जो^{ऊतकों 16,24में} लाल रक्त कोशिकाओं का प्रभुत्व है। यह, बदले में, माइक्रोवस्कुलर रक्त प्रवाह का एक संकेतक माना जाता है, जिसे हम रक्त प्रवाह सूचकांक (बीएफआई)^25के रूप में संदर्भित करते हैं। हाइब्रिड ऑप्टिकल डिवाइस में टीआरएस और डीसीएस का एक साथ उपयोग स्थानीय ऑक्सीजन निष्कर्षण अंश प्राप्त करने और रक्त प्रवाह 15,26,27से गुणा करने के लिए सामान्य मॉडल का उपयोग करके ऑक्सीजन चयापचय में अंतर्दृष्टि प्रदान करता ^है।

आईसीयू में माइक्रोकिरकुलेशन का आकलन करने के लिए, एनआईआरएस का उपयोग अक्सर संवहनी रोड़ा परीक्षण (वीओटी) के साथ किया जाता है, जो एक इस्केमिक चुनौती है जो एक निश्चित अवधि (कुछ मिनट)28,29,30,31,32के लिए जांच परिधीय मांसपेशियों को रक्त की आपूर्ति को अवरुद्ध करके किया जाता है। आमतौर पर, यह सिस्टोलिक दबाव³³ के ऊपर ऊपरी बांह के चारों ओर लिपटे एक टूर्निकेट फुलाए द्वारा निष्पादित किया जाता है। वीओटी के दौरान, चिकित्सक आराम से ऑक्सीजन चयापचय प्राप्त करने और^{प्रतिक्रियाशील हाइपरमिया 34} प्राप्त करने के लिए रक्त प्रवाह में परिवर्तन के लिए माइक्रोवास्कुलर रक्त ऑक्सीजनकरण की प्रतिक्रिया का आकलन करते हैं। धारणा यह है कि वीओटी के दौरान, अंग रोड़ा दबाव के ऊपर अच्छी तरह से फुलाए गए कफ के साथ, रक्त का कोई प्रवाह या बहिर्वाह नहीं होता है। इसलिए, वीओटी की शुरुआत एसटीओ₂ के नीचे की ओर ढलान दिखाती है, अर्थात, डीऑक्सीजनेशन (डीईओ₂), क्योंकि ऊतक द्वारा ऑक्सीजन का सेवन किया जाता है, जो ऑक्सीजन की खपत की चयापचय दर का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। जब वीओटी समाप्त होता है और कफ को डिफ्लेट किया जाता है, तो रक्त इसकी कमी की भरपाई करने के लिए दौड़ता है, जिससे हाइपरमिक प्रतिक्रिया होती है। यह भीड़ StO 2 में एक तेज ऊपर की ओर ढलान उत्पन्न करती है_, अर्थात, एक पुन: ऑक्सीजनेशन (ReO₂)। हाइपरमिक प्रतिक्रिया, जो प्रारंभिक आधार रेखा से परे एक वृद्धि है, जो बेसलाइन पर धीमी गति से वसूली के साथ है, प्रतिक्रियाशील हाइपरमिया का अनुमान लगाती है। वीओटी के साथ एनआईआरएस के संयोजन ने इसके उपयोग में आसानी और प्रतिकूल परिणामों की भविष्यवाणी करने की क्षमता और यहां तक कि सेप्सिस^35,36,37 जैसी गंभीर स्थितियों में मृत्यु दर के कारण गहन देखभाल में बढ़ती रुचि प्राप्त की है।

COVID-19 महामारी के दौरान, हमारे समूहों ने एक विश्वव्यापी संघ शुरू किया है और हाल ही में तथाकथित HEMOCOVID-19 परीक्षण पूरा किया है, जो परिधीय माइक्रोकिरुलेटरी परिवर्तनों और COVID-19 रोगियों में तीव्र श्वसन संकट सिंड्रोम की गंभीरता के बीच एक संबंध दिखा रहा^है। यह अन्य कार्यों के रूप में अच्छी तरह से ^7,38 द्वारा समर्थित किया गया था. ये सभी अध्ययन उपर्युक्त सीडब्ल्यू-एनआईआरएस प्रणालियों के साथ किए गए थे, इसलिए उनकी कमियों से पीड़ित थे। इसके अलावा, वीओटी के निष्पादन को विभिन्न अध्ययनों में मानकीकृत नहीं किया गया था और यह रोड़ा अवधि, टूर्निकेट दबाव और ऑपरेटर-आधारित विविधताओं29,39,40जैसे विभिन्न मापदंडों से प्रभावित होता है। एक साहित्य समीक्षा स्पष्ट रूप से पता चलता है कि वीओटी और एनआईआरएस क्लीनिकों में कर्षण हासिल करने के लिए, यह रक्त प्रवाह को मापने के लिए महत्वपूर्ण है, मानकीकृत प्रोटोकॉल है, और एक मजबूत एनआईआरएस प्रणाली¹¹ है. इसलिए, हमने प्रस्तावित किया है कि एनआईआरएस (टीआरएस) के अधिक उन्नत रूप का उपयोग करके, रक्त प्रवाह को मापने, और वीओटी के दौरान कफ नियंत्रण को मानकीकृत करके, स्वस्थ लोगों से रोग संबंधी स्थितियों का बेहतर भेदभाव प्राप्त किया जा सकता है। उस अंत तक, हमने इस हाइब्रिड फैलाना ऑप्टिकल डिवाइस को विकसित किया है जो टीआरएस और डीसीएस, पल्स ऑक्सीमेट्री और एक स्वचालित टूर्निकेट के दो निकट-अवरक्त फैलाना ऑप्टिकल मॉड्यूल को शामिल करते हुए कई मॉड्यूल को एकीकृत करता है। पल्स ऑक्सीमेट्री मॉड्यूल हृदय गति (एचआर), छिड़काव सूचकांक और धमनी ऑक्सीजन संतृप्ति (एसपीओ₂) का प्रतिशत प्रदान करता है। डिवाइस में एक तेज टूर्निकेट का उपयोग किया जाता है, जो वीओटी प्रदर्शन करने के लिए महत्वपूर्ण है। डिवाइस एक वैकल्पिक एक्सेसरी बॉक्स के साथ आता है जो हमें विस्तारित और निरंतर गुणवत्ता नियंत्रण के उपयोग के दौरान अतिरिक्त जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देता है, जैसे कि टीआरएस के लिए इंस्ट्रूमेंट रिस्पांस फंक्शन (आईआरएफ) का नियमित और व्यावहारिक माप और अनुदैर्ध्य स्थिरता के मूल्यांकन के लिए ऊतक-नकल प्रेत पर माप। डिवाइस को चित्र 1 में आईसीयू में उपयोग किए जाने के रूप में दिखाया गया है।

चित्र 1: रोगी से जुड़ी जांच और कफ के साथ आईसीयू में पोर्टेबल डिवाइस की बेडसाइड व्यवस्था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

मल्टीमॉडल स्मार्ट जांच में डिवाइस के अंदर ऑप्टिकल फिल्टर के साथ टीआरएस और डीसीएस दोनों के लिए स्रोत और डिटेक्टर ऑप्टिकल फाइबर शामिल हैं जो डीसीएस और टीआरएस के बीच हस्तक्षेप को रोकते हैं। इस प्रणाली में उपयोग किया जाने वाला स्रोत-डिटेक्टर पृथक्करण 25 मिमी है। इसके अतिरिक्त, जांच में एक कैपेसिटिव टच सेंसर शामिल है, जो लेजर सुरक्षा मानक (आईईसी 60601-2-22: 2019)^41के अनुसार लेजर खतरों को रोकने के लिए एक मूल्यवान सुरक्षा सुविधा प्रदान करता है। डिवाइस के भीतर लेजर सुरक्षा प्रणाली यह सुनिश्चित करती है कि लेजर उत्सर्जन केवल तभी होता है जब जांच ऊतक के संपर्क में होती है। यदि जांच की टुकड़ी का पता चला है, तो लेज़रों को तुरंत बंद कर दिया जाता है, जिससे रोगियों और ऑपरेटरों दोनों की सुरक्षा सुनिश्चित होती है। इसके अलावा, जांच को अतिरिक्त कार्यक्षमता और डेटा संग्रह उद्देश्यों के लिए एक्सेलेरोमीटर, लोड सेंसर और लाइट सेंसर के साथ एकीकृत किया गया है।

यह पत्र स्वचालित प्रोटोकॉल का वर्णन करता है जहां हम विकसित डिवाइस का उपयोग करके वीओटी के साथ एक साथ ब्राचियोरैडियलिस मांसपेशी की जांच करते हैं। प्रोटोकॉल समयरेखा चित्रा 2 में दिखाया गया है. प्रोटोकॉल पूरी तरह से स्वचालित है, और इसके निष्पादन के दौरान किसी ऑपरेटर के हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं है। इस नए उपकरण की क्षमताओं का लाभ उठाकर, हमारा उद्देश्य मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्राप्त करना है जो चिकित्सकों को परिधीय ऑक्सीजन खपत के फिजियोपैथोलॉजी को बेहतर ढंग से समझने और ऑक्सीजन की खपत और वितरण के अनुपात का आकलन करने में मदद करता है जिससे उन्हें रोगी देखभाल में व्यापक और कुशलता से सुधार करने में मदद मिलती है।

चित्रा 2: प्रोटोकॉल समयरेखा। रोगी प्रारंभिक बेसलाइन और पुनर्प्राप्ति अवधि में 0 mmHg दबाव के साथ पूरे समय आराम पर रहता है। वीओटी रोगी के सिस्टोलिक रक्तचाप से अधिक 50 मिमीएचजी के दबाव में फुलाए गए टूर्निकेट के साथ किया जाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.