Waiting
Elaborazione accesso...

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

Medicine

المراقبة غير الغازية للأكسجة الوعائية الدقيقة واحتقان الدم التفاعلي باستخدام التحليل الطيفي البصري الهجين المنتشر بالأشعة تحت الحمراء القريبة للرعاية الحرجة

Published: May 10, 2024 doi: 10.3791/66062
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 3, 3, 3, 4, 5, 5, 6, 6, 6, 7, 8, 7, 6, 6, 8, 9, 9, 2,10, 2, 3, 1,11
1ICFO - Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, 2Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, 3Critical Care Department, Parc Taulí Hospital Universitari, 4Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, Politecnico di Milano, 5ASPHALION s.l., 6Splendo, 7BioPixS-Biophotonics Standards, IPIC, Tyndall National Institute, 8Hemophotonics s.l., 9PIONIRS s.r.l., 10Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, 11Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)
* These authors contributed equally

Summary

نحن نصف بروتوكولا لقياس مؤشر تدفق الدم الوعائي الدقيق المطلق وتشبع الأكسجين في الدم بشكل غير جراحي ومستمر باستخدام جهاز متعدد الوسائط يعتمد على بصريات منتشرة بالقرب من الأشعة تحت الحمراء. ثم نقوم بتقييم معدل الأيض لاستهلاك الأكسجين واحتقان الدم التفاعلي باستخدام اختبار انسداد الأوعية الدموية.

Abstract

يعد اكتشاف مستويات الضعف في استهلاك الأكسجين في الأوعية الدموية الدقيقة واحتقان الدم التفاعلي أمرا حيويا في الرعاية الحرجة. ومع ذلك، لا توجد وسائل عملية لإجراء تقييم قوي وكمي. تصف هذه الورقة بروتوكولا لتقييم هذه الضعفات باستخدام جهاز بصري هجين منتشر بالقرب من الأشعة تحت الحمراء. يحتوي الجهاز على وحدات للتحليل الطيفي للارتباط المنتشر والتحليل بالأشعة تحت الحمراء القريبة وقياس التأكسج النبضي. تسمح هذه الوحدات بالقياس غير الجراحي والمستمر وفي الوقت الفعلي لتشبع الأكسجين في الدم / الأنسجة المطلق والأوعية الدموية الدقيقة (StO2) ومؤشر تدفق الدم (BFI) جنبا إلى جنب مع تشبع الأكسجين الشرياني المحيطي (SpO2). يستخدم هذا الجهاز نظام عاصبة متكامل يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر لتنفيذ بروتوكول موحد مع الحصول على البيانات الضوئية من العضلة العضدية الشعاعية. يعتني اختبار انسداد الأوعية الدموية القياسي (VOT) بالاختلافات في مدة الانسداد والضغط المبلغ عنها في الأدبيات ، بينما تقلل الأتمتة من الاختلافات بين المشغلين. يركز البروتوكول الذي وصفناه على فترة انسداد مدتها 3 دقائق ولكن التفاصيل الموضحة في هذه الورقة يمكن تكييفها بسهولة مع فترات أخرى وضغوط الكفة ، بالإضافة إلى العضلات الأخرى. يسمح إدراج خط الأساس الممتد وقياس فترة التعافي بعد الانسداد بالقياس الكمي لقيم خط الأساس لجميع المعلمات ومعدل إزالة الأكسجين من الدم / الأنسجة الذي يتوافق مع معدل الأيض لاستهلاك الأكسجين. بمجرد تحرير الكفة ، نقوم بتوصيف معدل إعادة أكسجة الأنسجة وحجمها ومدة الاستجابة المفرطة في BFI و StO2. تتوافق هذه المعلمات الأخيرة مع القياس الكمي لاحتقان الدم التفاعلي ، والذي يوفر معلومات حول الوظيفة البطانية. علاوة على ذلك ، فإن القياسات المذكورة أعلاه للتركيز المطلق للهيموجلوبين المؤكسج وغير المؤكسج ، BFI ، ومعدل الأيض المشتق لاستهلاك الأكسجين ، StO2 ، و SpO2 توفر مجموعة بيانات غنية لم يتم استكشافها بعد والتي يمكن أن تظهر شدة المرض ، والعلاجات الشخصية ، والتدخلات الإدارية.

Introduction

غالبا ما يظهر المرضى المصابون بأمراض خطيرة ، وخاصة أولئك الذين يعانون من الإنتان وحالات أخرى مماثلة ، احتقان تفاعلي ضعيف وأكسجة الأوعية الدموية الدقيقة1،2،3. خلال الموجات الأولى من جائحة COVID-19 ، احتاج عدد غير متوقع من المرضى إلى إدارة العناية المركزة ، حيث أصبح تأثير الفيروس على البطانة واضحا ولكن بدون استراتيجية واضحة لتقييموإدارة 4،5،6. نتيجة لذلك ، كان هناك اعتراف متزايد بأهمية الكشف عن الخلل البطاني ، والذي يمكن تقييمه بشكل غير مباشر عن طريق احتقان الدم التفاعلي ، في الرعاية الحرجة ، أي سكان وحدة العناية المركزة (ICU) 7. من المتوقع أن يكون التقييم العملي والقوي والمتاح على نطاق واسع لتوصيل الأكسجين واستهلاكه إلى الأنسجة ذا أهمية قصوى في تحسين استراتيجيات الإنعاش ومعالجة مشكلات الدورة الدموية الدقيقة بشكل مباشر. أظهرت الدراسات باستمرار أن التغيرات المستمرة في الأوعية الدقيقة وعدم التماسك بين دوران الأوعية الكبيرة ودوران الأوعية الدقيقة هي ، إلى حد ما ، تنبئ بفشل الأعضاء والنتائج غير المواتية في المرضى المصابين بالصدمة الإنتانية أو الصدمة النزفية ، من بين الحالات الحرجة الأخرى ، حتى عندما تعتبر المعلمات الجهازية طبيعية8،9،10. لقد أصبح من الواضح أن الاعتماد فقط على معلمات الدورة الدموية الكبيرة غير كاف ، حيث يلعب دوران الأوعية الدقيقة دورا مهما في أكسجة الأنسجة ووظيفة الأعضاء11،12،13. تصف هذه الورقة بروتوكولا يستخدم جهازا جديدا متعدد الوسائط يعتمد على التقنيات البصرية المنتشرة بالأشعة تحت الحمراء القريبة التي تم تطويرها ضمن اتحاد دولي يركز على مرضى وحدة العناية المركزة. كان الدافع وراء المشروع ، VASCOVID (https://vascovid.eu) ، هو جائحة COVID-19 لتقييم صحة الأوعية الدموية الدقيقة في العضلات الطرفية في العناية المركزة. لقد صممنا بروتوكولا باستخدام جهاز VASCOVID المطور الذي يهدف إلى تعزيز فهمنا لهذه المعلمات وكيف يمكن أن تكون هذه المعلمات مفيدة في إدارة المرضى المصابين بأمراض خطيرة بنطاق أوسع بكثير من مرضى COVID-19.

تم استخدام التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS) لتقييم دوران الأوعية الدقيقة بشكل غير جراحي لعقود في مجموعة واسعة من التطبيقات السريرية بما في ذلك مرضى وحدة العناية المركزة14،15،16،17. من المهم ملاحظة أن أبسط تطبيق ل NIRS ، أي الموجة المستمرة NIRS (CW-NIRS) ، يتم تنفيذه في الأجهزة المستخدمة على نطاق واسع والمعتمدة سريريا17,18 ، وتستخدم لقياس التركيزات المطلقة للأوكسي (HbO) وديوكسي الهيموجلوبين (HbR) لحساب تشبع الأكسجين في الدم / الأنسجة (StO2) للأوعية الدموية الدقيقة. في حين أن هذه الأجهزة قد وجدت استخدامات متخصصة في الإدارة السريرية ، كما هو الحال أثناء جراحة القلب ، إلا أن لها قيودا واضحة بسبب فيزياء انتشار الفوتون في الأنسجة. هذا يعني أن دقتها ودقتها وقابليتها للتكرار مشكوك فيها ، وبالتالي ، غالبا ما يتم استخدامها كمراقبين للاتجاه 19,20. علاوة على ذلك ، تتأثر نتائجها بشدة بالأنسجة السطحية مثل طبقات الجلد الدهنية المتراكبة.

يستخدم NIRS (TRS) الذي تم حله زمنيا نبضات ليزر قصيرة في نطاق بيكو ثانية بأطوال موجية متعددة لتقييم تأخيرها وتوسيعها بعد اجتيازها عبر الأنسجة21. يسمح ذلك ل TRS بفصل تأثيرات الامتصاص عن التشتت للحصول على تقديرات قوية ودقيقة ودقيقة ، مما يسمح لها أيضا بحساب تركيز الهيموجلوبين الكلي (HbT). نظرا لأن TRS يحل أيضا أطوال المسارات ، فيمكن استخدامه لفصل الإشارات السطحية بشكل أفضل عن الإشارات العميقة ذات الأهمية18,21. يأتي هذا على حساب التعقيد والسعر والضخامة. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، انخفضت أنظمة TRS من حيث التعقيد والتكلفة ، مما أدى إلى زيادة سهولة الوصول إلى الأجهزة وسهولة استخدامها. تصف هذه المخطوطة جهازا يستخدم وحدة TRS التجارية22,23 الخاصة بالشركة المصنعة للمعدات الأصلية المدمجة (OEM).

مطيافية الارتباط المنتشر (DCS) هي تقنية أخرى قريبة من الأشعة تحت الحمراء تستخدم الإحصائيات الزمنية للبقع المنتشرة لتحديد حركة جزيئات تشتت الضوء ، والتي تهيمن عليها خلايا الدم الحمراء في الأنسجة16,24. وهذا بدوره معروف جيدا بأنه مؤشر على تدفق الدم في الأوعية الدموية الدقيقة ، والذي نشير إليه باسم مؤشر تدفق الدم (BFI)25. يوفر الاستخدام المتزامن ل TRS و DCS في جهاز بصري هجين رؤى حول استقلاب الأكسجين من خلال استخدام النماذج الشائعة لاشتقاق جزء استخراج الأكسجين المحلي وضربه في تدفق الدم15،26،27.

من أجل تقييم دوران الأوعية الدقيقة في وحدة العناية المركزة ، غالبا ما يتم استخدام NIRS مع اختبار انسداد الأوعية الدموية (VOT) ، وهو تحد إقفاري يتم إجراؤه عن طريق منع تدفق الدم إلى العضلات الطرفية التي تم فحصها لمدة معينة (بضع دقائق)28،29،30،31،32. الأكثر شيوعا ، يتم تنفيذه عن طريق تضخيم عاصبة ملفوفة حول الجزء العلوي من الذراع فوق الضغط الانقباضي33. خلال VOT ، يقوم الأطباء بتقييم استجابة أكسجة الدم الوعائية الدقيقة للتغيرات في تدفق الدم لاشتقاق استقلاب الأكسجين أثناء الراحة واحتقان الدم التفاعلي34. الافتراض هو أنه خلال VOT ، مع تضخم الكفة فوق ضغط انسداد الأطراف ، لا يوجد تدفق أو تدفق للدم. لذلك ، تظهر بداية VOT منحدرا هبوطيا ل StO2 ، أي إزالة الأكسجين (DeO2) ، حيث يستهلك النسيج الأكسجين ، مما يسمح بتقدير معدل الأيض لاستهلاك الأكسجين. عندما ينتهي VOT ويتم تفريغ الكفة ، يندفع الدم للتعويض عن نضوبه ، مما يؤدي إلى استجابة مفرطة. يولد هذا الاندفاع منحدرا تصاعديا حادا في StO2 ، أي إعادة الأكسجة (ReO2). تقدر الاستجابة المفرطة ، وهي زيادة تتجاوز خط الأساس الأولي مع التعافي البطيء مرة أخرى إلى خط الأساس ، احتقان الدم التفاعلي. اكتسب الجمع بين NIRS و VOT اهتماما متزايدا بالعناية المركزة نظرا لسهولة استخدامه وإمكانية التنبؤ بالنتائج السلبية وحتى الوفيات في الحالات الحرجة مثل الإنتان35،36،37.

خلال جائحة كوفيد-19، أنشأت مجموعاتنا اتحادا عالميا وأكملت مؤخرا ما يسمى بتجربة HEMOCOVID-19، والتي أظهرت وجود ارتباط بين تغيرات الأوعية الدموية الدقيقة الطرفية وشدة متلازمة الضائقة التنفسية الحادة لدى مرضى كوفيد-196. تم دعم ذلك من خلال أعمال أخرى أيضا 7,38. وقد أجريت جميع هذه الدراسات باستخدام أنظمة CW-NIRS المذكورة أعلاه ، وبالتالي تعاني من أوجه القصور فيها. علاوة على ذلك ، لم يتم توحيد تنفيذ VOT عبر دراسات مختلفة ويتأثر بمعلمات مختلفة مثل مدة الانسداد وضغط العاصبة والاختلافات القائمة على المشغل29،39،40. تظهر مراجعة الأدبيات بوضوح أنه لكي يكتسب VOT و NIRS قوة جذب في العيادات ، من المهم قياس تدفق الدم ، ووضع بروتوكولات موحدة ، ووجود نظام NIRS قوي11. لذلك ، اقترحنا أنه من خلال استخدام شكل أكثر تقدما من NIRS (TRS) ، وقياس تدفق الدم ، وتوحيد التحكم في الكفة أثناء VOT ، يمكن تحقيق تمييز أفضل للحالات المرضية عن الحالات الصحية. تحقيقا لهذه الغاية ، قمنا بتطوير هذا الجهاز البصري الهجين المنتشر الذي يدمج وحدات متعددة تشمل وحدتين بصريتين منتشرتين بالقرب من الأشعة تحت الحمراء من TRS و DCS ، وقياس التأكسج النبضي ، وعاصبة آلية. توفر وحدة قياس التأكسج النبضي معدل ضربات القلب (HR) ومؤشر التروية والنسبة المئوية لتشبع الأكسجين الشرياني (SpO2). يتم استخدام عاصبة سريعة في الجهاز ، وهو أمر بالغ الأهمية لأداء VOT. يأتي الجهاز مزودا بصندوق ملحقات اختياري يسمح لنا بالحصول على معلومات إضافية أثناء الاستخدام لمراقبة الجودة الموسعة والمستمرة ، مثل القياس الروتيني والعملي لوظيفة استجابة الجهاز (IRF) ل TRS والقياس على شبح يحاكي الأنسجة لتقييم الاستقرار الطولي. يظهر الجهاز على أنه مستخدم في وحدة العناية المركزة في الشكل 1.

Figure 1
الشكل 1: ترتيب السرير للجهاز المحمول في وحدة العناية المركزة مع المجسات والكفة المرفقة بالمريض. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

يشتمل المسبار الذكي متعدد الوسائط على ألياف بصرية للمصدر والكاشف لكل من TRS و DCS مع مرشحات بصرية داخل الجهاز تمنع التداخل بين DCS و TRS. فصل كاشف المصدر المستخدم في هذا النظام هو 25 مم. بالإضافة إلى ذلك ، يشتمل المسبار على مستشعر لمس سعوي ، مما يوفر ميزة أمان قيمة لمنع مخاطر الليزر وفقا لمعيار سلامة الليزر (IEC 60601-2-22: 2019) 41. يضمن نظام أمان الليزر داخل الجهاز حدوث انبعاث الليزر فقط عندما يكون المسبار ملامسا للنسيج. إذا تم الكشف عن انفصال المسبار ، يتم إيقاف تشغيل الليزر على الفور ، مما يضمن سلامة كل من المرضى والمشغلين. علاوة على ذلك ، تم دمج المسبار مع مقياس التسارع ومستشعر الحمل ومستشعر الضوء لأغراض إضافية وجمع البيانات.

تصف هذه الورقة البروتوكول الآلي حيث نقوم بفحص العضلة العضدية الشعاعية في وقت واحد مع VOT باستخدام الجهاز المطور. يظهر الجدول الزمني للبروتوكول في الشكل 2. البروتوكول مؤتمت بالكامل ، ولا يلزم تدخل المشغل طوال فترة تنفيذه. من خلال الاستفادة من قدرات هذا الجهاز الجديد ، نهدف إلى اكتساب رؤى قيمة تسمح للأطباء بفهم علم الأمراض الفسيولوجي لاستهلاك الأكسجين المحيطي بشكل أفضل وكذلك تقييم نسبة استهلاك الأكسجين وتسليمه وبالتالي مساعدتهم على تحسين رعاية المرضى بشكل شامل وفعال.

Figure 2
الشكل 2: الجدول الزمني للبروتوكول. يكون المريض في حالة راحة طوال الجدول الزمني مع ضغط 0 مم زئبق عند خط الأساس الأولي وفترة التعافي. يتم إجراء VOT مع عاصبة منتفخة إلى ضغط 50 مم زئبق أعلى من ضغط الدم الانقباضي للمريض. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Protocol

تمت الموافقة على الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات المحلية في مستشفى Parc Tauli Universitari. تم الحصول على موافقة مستنيرة وموقعة من المرضى أو أقاربهم. موانع مطلقة لدخول البروتوكول هي: الاشتباه السريري أو التأكيد بالصدى للتخثر الوريدي في الذراع المدروسة ، أو إصابات الأوعية الدموية أو الصدمة الأخرى في الذراع المدروسة ، أو فقدان سلامة الجلد أو الآفات التي يمكن أن تعيق وضع المسبار.

1. الاختبار الذاتي للجهاز

  1. قم بتشغيل الجهاز. يبدأ الجهاز ببرنامج مطور داخليا.
  2. أدر مفتاح الأمان إلى وضع التشغيل ، وضع المسبار بالكامل داخل صندوق وظيفة استجابة الجهاز (IRF) ، واضغط على زر إعادة الضبط في المسبار إذا كان متوهجا.
  3. اضغط على الزر موافق ( OK ) في مربع الحوار المنبثق وانتظر حتى يصبح الجهاز جاهزا.
    ملاحظة: يقوم الجهاز بإجراء اختبارات ذاتية لضمان العمل المستقر. يتم إخطار المستخدم برسالة منبثقة عندما يكون الجهاز جاهزا.

2. اختياري IRF والقياس الوهمي

  1. اضغط على OK عندما يكون الجهاز جاهزا.
  2. اضغط على نعم عندما يطلب قياس IRF. يقوم الجهاز تلقائيا بضبط شدة الليزر للوصول إلى معدل العد المطلوب وهو 1 مليون.
  3. اضغط على الزر إيقاف ( Stop ) عند ملاحظة معدل عد ثابت و DTOF. يتم حفظ IRF هذا في الملفات وكذلك تحميله في البرنامج لاستخدامه في الحسابات في الوقت الفعلي.
  4. أدخل المسبار في صندوق Phantom بشكل صحيح حتى يكون المؤشر المرفق بالمسبار قيد التشغيل.
  5. اضغط على الزر Phantom لبدء البروتوكول الوهمي.
    ملاحظة: يتحقق اختبار مراقبة الجودة من تلقي عدد كاف من الفوتونات بواسطة كاشفات DCS و TRS ويتحقق أيضا مما إذا كانت الأعداد المظلمة ضمن الحدود المطلوبة.
  6. استمر في التسجيل لمدة 30 ثانية على الأقل بعد مراقبة الجودة للحصول على كمية كافية من البيانات المحفوظة لمزيد من التحليل في وضع عدم الاتصال.

3. إعداد قياس السرير

  1. قم بتوصيل العاصبة على الجزء العلوي من الذراع فوق الكوع كما يحدث أثناء قياس ضغط الدم. لا تلف الكفة بشكل فضفاض أو بإحكام شديد حول الذراع.
    ملاحظة: يتطلب ربط العاصبة بشكل غير محكم مزيدا من الهواء للوصول إلى الضغط المطلوب. يسمح التضخم البطيء للجسم بإعادة ضبط فسيولوجيته.
  2. نعلق مقياس التأكسج النبضي إلى السبابة من نفس الذراع. إذا لم يكن من الممكن إرفاقه بالسبابة ، فقم بإرفاقه بأي إصبع آخر.
  3. حدد موقع العضلة العضدية الشعاعية المراد فحصها ، والتي تقع في الساعد الجانبي أسفل الكوع مباشرة. اطلب من المريض فتح وإغلاق قبضة ليشعر بالعضلات عن طريق وضع الأصابع على الساعد. في حالة المرضى المخدرين أو إذا لم يتمكنوا من الحركة ، تتبع العضلات عن طريق التواء الذراع قليلا بيد واحدة. اشعر بالعضلات بين الإبهام وأصابع اليد الأخرى.
  4. قم بقياس محيط الذراع حول العضلة الموجودة باستخدام شريط قياس ناعم، كما هو موضح في الشكل 3.
  5. قم بقياس سمك الأنسجة الدهنية التقريبي على الجزء العلوي من العضلات باستخدام فرجار دهون الجسم الرقمي ، كما هو موضح في الشكل 4.
  6. قم بتوصيل رأس المسبار بالعضلة بحيث تتجه الألياف الضوئية والكابلات نحو اليد، كما هو موضح في الشكل 5.
    ملاحظة: لا تعلق المسبار بإحكام ؛ يمكن أن تؤثر على فسيولوجيا الأنسجة. تأكد من أن الألياف لا تلمس الأجسام المتحركة ، ويمكنها إنشاء قطع أثرية في البيانات.
  7. قم بتغطية المسبار بقطعة قماش سوداء لحجب الضوء الخارجي.
    ملاحظة: إذا كان المريض مستيقظا ، فأخبره أن VOT يمكن أن يسبب إحساسا بالوخز ويجب ألا يحرك الذراع.

Figure 3
الشكل 3: قياس محيط الذراع حول العضلة العضدية الشعاعية. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 4
الشكل 4: قياس سمك الأنسجة الدهنية أعلى العضلة باستخدام فرجار الدهون في الجسم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

Figure 5
الشكل 5: مسبار متصل بالعضلة مع الألياف والكابلات المتجهة نحو اليد. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

4. الحصول على البيانات

  1. تأكد من أن مؤشر LED المرفق بالمسبار على اللوحة الأمامية للجهاز ساطع وأن رمز اللمس في البرنامج أخضر ، مما يدل على أن المسبار متصل.
  2. اضغط على زر البروتوكول الموقوت . تأكد من فتح مربع حوار جديد ، كما هو موضح في الشكل 6. أدخل معرف الموضوع ومعرف المشغل والضغط المستهدف البالغ 50 مم زئبق أعلى من ضغط الدم الانقباضي.
  3. اضغط على موافق لبدء تشغيل البروتوكول التلقائي. يتم عرض البيانات في الوقت الحقيقي في الرسوم البيانية. يبدأ البروتوكول بمراقبة الجودة التي تضبط طاقة الليزر تلقائيا وتتحقق من عدد الفوتونات والتداخل بين الطرائق. اكتمال فحص الجودة في غضون 2 دقيقة. راقب الرموز الدائرية المسماة TRS و DCS ، والتي يجب أن تتحول إلى اللون الأخضر في نهاية فحص جودة البيانات.
    ملاحظة: تظهر الرموز الخضراء أن معدل عدد الفوتونات ضمن النطاق المطلوب ، ولا يوجد ضوء خارجي يدخل المسبار ، ولا يوجد تداخل بين الطرائق. ومن ثم ، يمكن متابعة القياس. تتم إعادة تعيين الرسوم البيانية في نهاية مرحلة الجودة ، ويتم رسم الإشارات التي تمثل بيانات المريض في الوقت الفعلي.
  4. تابع من الخطوة 2.6 إذا لم تتحول أيقونات TRS وDCS إلى اللون الأخضر وتظل حمراء في نهاية فحص الجودة. اضغط على الزر إيقاف ( Stop ) لإجهاض البروتوكول إذا كان المريض غير مستقر أو يحتاج إلى تدخل سريري مفاجئ في أي لحظة أثناء البروتوكول.
  5. اضغط على زر التمديد لإضافة 30 ثانية من مدة ما قبل الانسداد إذا كان المريض يحرك الذراع وليس لديه إشارات أساسية ثابتة.
    ملاحظة: يمكن للمشغل الضغط على زر التمديد عدة مرات وفي أي مرحلة حسب الحاجة ؛ كل ضغطة زر ستضيف 30 ثانية.
  6. تأكد من أن العاصبة تنتفخ تلقائيا إلى الضغط المطلوب لبدء VOT. اضغط على أزرار + أو - لزيادة أو تقليل ضغط الانسداد المطلوب في خطوات 5 مم زئبق إذا تغير ضغط دم المريض بعد بدء البروتوكول. يتم تمييز بداية وإيقاف VOT تلقائيا بخطوط عمودية صفراء.
    ملاحظة: تم تعيين البرنامج للحصول على البيانات باستمرار ولإجراء 3 دقائق من VOT تلقائيا بعد 3 دقائق من خط الأساس. يستمر البروتوكول القياسي المحدد مسبقا لمدة ست دقائق أخرى بعد الانتهاء من VOT لتقييم الشفاء بعد انتهاء استجابة المريض المفرطة والحصول على حالة مستقرة.
  7. اضغط على موافق ( OK ) عندما يتم إخطار المشغل عند الانتهاء من البروتوكول من خلال إشعار منبثق ، والذي يشير إلى إكمال البروتوكول بنجاح.
  8. قم بإزالة المجسات والكفة من المريض وتنظيفها باستخدام مسحة الكحول أو ما يعادلها.
  9. اكتب المعلومات السريرية والديموغرافية (وفقا لبروتوكولات الدراسة المحددة مسبقا) جنبا إلى جنب مع محيط الذراع في موقع المسبار وسمك الأنسجة الدهنية المغطي في نموذج بيانات المريض يدويا.

Figure 6
الشكل 6: لقطة شاشة لمعلمات البروتوكول المستخدمة لتنفيذ البروتوكول بالكامل تلقائيا. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

5. تحليل البيانات

  1. استخدم نصا / برنامجا مكتوبا بلغتك المفضلة (على سبيل المثال Python أو MATLAB) لفتح وتصور البيانات الثنائية المسجلة.
  2. احسب مؤشر استهلاك الأكسجين الذي يمثل استقلاب الأنسجة ويعرف بأنه:
    Equation 1
    حيث Hb هو الهيماتوكريت ، والذي يتم تسجيله من الرسوم البيانية السريرية للمريض في نموذج بيانات المريض.
  3. احسب معدل DeO2 (ميل StO2 من بداية VOT إلى 1 دقيقة) ، وسعة DeO2 (خط الأساس StO2- الحد الأدنى StO2) ، ومعدل ReO2 (ميل StO2 من إكمال VOT إلى الوصول إلى قيمة الذروة) ، وسعة الذروة المفرطة ل StO2 و BFI (قيم الذروة) ، والمساحة تحت المنحنى (AUC) للاستجابة التفاعلية بعد VOT لكل من StO2 و BFI.
    ملاحظة: يتم حساب القيم المطلقة في الوقت الفعلي ل HbO و HbR و HbT و StO2 عن طريق تركيب الخوارزمية باستخدام منحنيات توزيع وقت الرحلة (DTOF) من TRS لكلا الطولين الموجيين. يمكن العثور على التفاصيل النظرية في Torricelli et al. و Contini et al.18,21. يتم تحقيق حساب BFI في الوقت الفعلي بواسطة خوارزمية التركيب باستخدام منحنيات الارتباط الذاتي من DCS. يمكن العثور على التفاصيل النظرية في Durduran و Yodh16.

Representative Results

استخدمت الدراسات السريرية المستمرة الجهاز لأكثر من 300 ساعة من قبل العديد من المستخدمين المدربين لإجراء قياسات في مرضى وحدة العناية المركزة والضوابط الصحية ، واستخلاص النتائج ذات الصلة سريريا ، وتوصيف الأداء في الجسم الحي للنظام في بيئة حقيقية. هنا ، نعرض بعض الأمثلة على آثار الوقت للبيانات من موضوع واحد مرئي للمستخدم. يتم قياس النتائج الأولية للبروتوكول وعرضها في الوقت الفعلي ، مثل HbO و HbR و HbT و StO2 و SpO2 و BFI. يتم وصف المعلمات المشتقة المختلفة ، مثل MRO2 و DeO2 و ReO2 و AUC.

يوضح الشكل 7 شاشة الجهاز خلال الخطوة 3.3 ، والتي توضح جودة البيانات ، حيث يتم ضبط قوى الليزر ، ويتم اختبار عدد الفوتونات ، والحديث المتبادل بين الطرائق تلقائيا. تظهر شاشة الجهاز منحنيين للارتباط الذاتي للشدة (g2) حيث يحتوي الجهاز على اثنين من ألياف كاشف DCS مقترنة بوحدات عد الفوتون المفردة و DTOF لكلا الطولين الموجيين لجهاز TRS. الطول الموجي لليزر المستخدم في DCS هو 785 نانومتر ، بينما تضيء وحدة OEM TRS الليزر عند 685 نانومتر و 830 نانومتر. يبدو أن منحنيات الارتباط الذاتي في الرسم البياني العلوي صاخبة في أوقات التأخير المنخفضة. يمكن أن يكون هذا جزئيا بسبب انخفاض شدة الضوء في هذا المثال المحدد. تمت التوصية بزيادة شدة الضوء وألياف الكشف المستقلة / المتوازية لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء ل DCS42,43. لذلك ، يتم التخطيط لمتوسط قناتين DCS لتقليل تأثير الضوضاء وبالتالي حساب BFI أفضل.

Figure 7
الشكل 7: لقطة شاشة لوضع شاشة الجهاز للبرنامج أثناء مرحلة فحص جودة البيانات. يوضح الرسم العلوي منحنيات الارتباط الذاتي من قناتين من DCS. يوضح الرسم الأوسط DTOF للأطوال الموجية TRS. يوضح الرسم السفلي عدد الفوتونات لكل من DCS و TRS. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تحتوي فترة خط الأساس الأولية مع المراقبة السريرية ، الموضحة في الشكل 8 ، على رموز خضراء ل DCS و TRS ، مما يشير إلى نجاح اختبارات الجودة. تبدو الإشارات المعروضة مستقرة للغاية ، وبالتالي ، فإن ميزة التمديد ، الموضحة في الخطوة 3.5 ، لم تكن مطلوبة في هذه الحالة. إذا ظهر خط الأساس الأولي كما هو موضح في الشكل 9 ، فمن الضروري استخدام ميزة التمديد. تعمل هذه الميزة على توسيع اكتساب خط الأساس للحصول على 3 دقائق من البيانات المستقرة ، والتي يمكن استخدامها لحساب قيم خط الأساس الدقيقة لجميع المعلمات.

Figure 8
الشكل 8: لقطة شاشة لوضع المراقبة السريرية للبرنامج خلال مرحلة خط الأساس الأولية تظهر إشارات خط الأساس المستقرة. يوضح الرسم العلوي القيمة المطلقة لمعلمات الدورة الدموية المقاسة بواسطة TRS ، ويوضح الرسم البياني الأوسط إشارات تشبع الأكسجين وقيمة النبض المقاسة بواسطة TRS ومقياس التأكسج النبضي ، ويوضح الرسم السفلي BFI المقاس باستخدام DCS. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 9
الشكل 9: لقطة شاشة تظهر طفرات في الإشارات بسبب حركة المسبار. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

يتم تمييز بداية ونهاية جزء انسداد الكفة بخطوط عمودية صفراء ، كما هو موضح في الشكل 10. شكل النبض وقيم SpO2 ليس لها معنى سريري / فسيولوجي في هذه المرحلة لأن الإصبع من نفس الذراع الذي يتم إغلاقه يستخدم لقياس التأكسج النبضي. يشار إلى ذلك من خلال رمز OXY الأحمر الذي يعبر عن بيانات غير موثوقة من مقياس التأكسج النبضي. للتحايل على هذا الموقف ، يمكننا إرفاق مقياس التأكسج النبضي بيد المريض غير المتأثرة ، والتي لا تخضع للعاصبة وتبقى دون عائق. ومع ذلك ، نريد الحصول على مؤشر التروية للذراع التي تم فحصها باستخدام مقياس التأكسج النبضي لمراحل خط الأساس الأولية والانتعاش النهائي لتحليل آثار VOT. لذلك ، اخترنا استخدام مقياس التأكسج النبضي على نفس ذراع العاصبة.

Figure 10
الشكل 10: لقطة شاشة للبرنامج تظهر خطوطا عمودية صفراء تحدد لحظات البداية والنهاية ل VOT. قيم SpO2 والنبض ضئيلة حيث يتم تقييد تدفق الدم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يوضح الشكل 11 الجدول الزمني الكامل للبروتوكول كما هو موضح في الخطوة 3.6 ، بما في ذلك مرحلة التعافي النهائية ، مما يوضح الاستجابة المفرطة وعودة المعلمات السريرية إلى قيم خط الأساس الأولية. يوضح الرسم البياني العلوي للشكل 11 معلمات ديناميكا الدم المطلقة. تشير بداية VOT إلى اتجاه هبوطي في HbO واتجاه صاعد في HbR حيث يتم حظر كل من تدفق الدم وتدفقه بسبب انسداد الكفة. ينعكس الاتجاه في وقت اكتمال VOT ، ويتجاوز قيم خط الأساس الأولية ، ويعود إلى قيم خط الأساس في مرحلة الاسترداد. تظهر الرسوم البيانية الوسطى والسفلية أن إشارة BFI أكثر ضوضاء قليلا من StO2. هذا يرجع بطبيعته إلى حقيقة أن DCS يميل إلى أن يكون له نسبة تباين إلى ضوضاء أعلى ، وهو ما يتضح من الاستجابة المفرطة الكبيرة في BFI42,44. باستخدام مجموعة البيانات الغنية من هذا الجهاز الجديد ، تم استخدام التذبذبات في BFI كمؤشرات حيوية محتملة لتشخيص مرضى الإنتان45.

Figure 11
الشكل 11: لقطة شاشة للشاشة السريرية تظهر الإشارات طوال الجدول الزمني للبروتوكول. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

باستخدام هذا البروتوكول ، يمكن مراقبة الأكسجين الذي تستخدمه العضلات بمعزل عن بعضهما البعض أثناء VOT. يشير منحدر DeO2 أثناء التحدي الإقفاري إلى كيفية استهلاك الأنسجة للأكسجين. يعكس الانخفاض المبكر ل StO2 أثناء VOT معدل استهلاك الأكسجين للأنسجة. ترتبط الذروة المفرطة واتجاهات الاضمحلال اللاحقة في StO2 و BFI ارتباطا مباشرا بالتفاعل المفرط والأوعية الدموية الدقيقة. بصرف النظر عن هذه النتائج الواضحة ، يمكننا استخدام العديد من المؤشرات الحيوية المحتملة لتصنيف مجموعة معينة من مرضى وحدة العناية المركزة. المؤشرات الحيوية الحالية هي معدل إزالة الأكسجين ، والحد الأدنى لقيمة StO2 أثناء VOT ، ومعدل إعادة الأكسجة ، وقيمة الذروة المفرطة ، والمنطقة الواقعة تحت منحنى كل من StO2 و BFI. يمكن استخدام هذه المؤشرات الحيوية لتحديد مجموعات المرضى وشدة أمراضهم. النتائج التي تم الحصول عليها من مثال مجموعة بيانات من مريض موضحة في الشكل 12. يشير مصطلح "DATA QC" إلى فحص الجودة الأولي ، والذي لا يتعلق ببيانات المريض. لذلك ، لا يتم عرضه في التمثيل. يتم حساب متوسط قيم StO2 و BFI و MRO2 لفترة خط الأساس للمقارنة مع مراحل VOT واستعادة ما بعد VOT. يمكن أن تختلف النتائج التي تم الحصول عليها خلال هذا البروتوكول عن البيانات الواردة في هذا المثال. يمكن أن تكون قيم خط الأساس لجميع المعلمات أعلى أو أقل ، ويمكن أن يكون معدل DeO2 أسرع أو أبطأ. يمكن أن يكون للاستجابة المفرطة معدل أعلى أو أقل من ReO2 وقيم الذروة ، أو قد يكون هناك غياب للذروة. يمكن أن تظهر مرحلة الاسترداد تطبيعا أسرع أو أبطأ للقيم. هذه الاختلافات تمثل حالة المريض الذي يعاني من مرض معين أو مجموعة من الأمراض.

Figure 12
الشكل 12: ملخص النتائج التي تم تجميعها في وضع عدم الاتصال. يشير الخط المتقطع الأسود إلى بداية ثلاث دقائق من فترة خط الأساس ، بينما يشير الخط المتقطع الأحمر إلى أحداث النفخ والانكماش. يظهر الرسم البياني العلوي إشارة StO2 مع مناطق محددة لحساب DeO2 و ReO2. يظهر المخطط الأوسط BFI بينما يظهر المخطط السفلي ضغط العاصبة. تظهر قيم خط الأساس و AUC باللون الأزرق في مراحل كل منها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

لقد أظهرنا جهازا مؤتمتا بالكامل وقويا وغير جراحي للقياس والمراقبة المستمرة للعضلات الهيكلية باستخدام بصريات منتشرة هجينة لتقييم أكسجة الأوعية الدموية الدقيقة ، ونضح الدم ، واحتقان الدم التفاعلي. باستخدام هذا البروتوكول مع جهاز VASCOVID ، يمكننا في وقت واحد قياس معلمات الدورة الدموية المطلقة ل HbO و HbR و HbT ؛ تشبع الأكسجين من StO2 و SpO2 ؛ DeO2 و ReO2 ؛ و BFI. يتم الحصول على StO2 و BFI المعروضين في الوقت الفعلي من البيانات الأولية للثانية السابقة من وحدات TRS و DCS ، على التوالي. لا يستغرق إجراء التركيب وقتا طويلا لأن المعالجات الحديثة تستخدم نماذج قياسية لوسط متجانس شبه لانهائي. المعلمات المكتسبة لا ترسم الصورة الكاملة للوظيفة البطانية. ومع ذلك ، فقد أظهر احتقان الدم التفاعلي الذي تم قياسه قيمة النذير في العديد من الحالات الحادة حيث يلعب ضعف البطانة دورا رئيسيا ، مثل الصدمة الإنتانية أو COVID-19. 6,28 يتضمن البروتوكول أيضا فحصا آليا للجودة يسجل معلمات الجهاز ، والتي تكون مفيدة لبروتوكول البحث في حالة اكتشاف شذوذ غير مبرر لاحقا في بيانات أي مريض.

يعد القياس الكمي للطبقة الدهنية المتراكبة ومحيط الذراع أمرا مهما أثناء قياس العضلة العضدية الشعاعية في هذا البروتوكول لأن الفوتونات تمر بشكل أساسي عبر الأنسجة المتراكبة عند حقنها وعند اكتشافها. من المعروف في البصريات المنتشرة أن هناك تأثيرا جزئيا مرتبطا بالحجم. لذلك ، يجب تسجيل المعلومات السطحية واستخدامها عند تحليل البيانات من أجل حساب تأثير الاختلافات في الأنسجة الدهنية46,47. يتم تضخيم هذا بشكل أكبر في هؤلاء المرضى الذين يهمهم لأنه من الشائع في مرضى وحدة العناية المركزة تطوير الوذمة حيث تتورم الأطراف حيث يتم احتجاز الماء بسبب الشلل وأسباب أخرى48. في مثل هؤلاء المرضى ، يمكن أن يوفر الاختلاف في المحيط أثناء الإقامة في وحدة العناية المركزة معلومات حول شدة الوذمة. يجب أن يمر مسار مصدر الضوء الذي يصل إلى أجهزة الكشف عبر جميع الطبقات السطحية.

يجب لف الكفة بشكل مريح حول الذراع ، مما يضمن ملاءمة وثيقة. ومع ذلك ، من المهم تجنب الضيق المفرط الذي يمكن أن يمارس ضغطا مفرطا على الذراع فقط من خلال لف الكفة49. الهدف هو تحقيق ملاءمة آمنة ومريحة دون التسبب في ضغط غير ضروري ، والذي يمكن أن يغير معلمات الدورة الدموية الأساسية. إذا قام بضغط الذراع ، اختراق جودة البيانات للبروتوكول بأكمله ، وسيتم إضافة الضغط الممارس بشكل فعال إلى الضغط المستهدف ل VOT. في حالة لف الكفة بشكل غير محكم على الذراع ، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الهواء للوصول إلى الضغط المستهدف وبالتالي سيتم أخذ المزيد من الوقت. هذا يمكن أن يعطي الوقت للأنسجة لضبط علم وظائف الأعضاء حيث يتم تقليل إمدادات الأكسجين ببطء ، والتي يجب تجنبها50.

من المهم إرفاق المسبار الذكي بطريقة تحافظ على الاتصال المناسب دون ممارسة ضغط مفرط على الأنسجة. هذا يسمح بقياسات موثوقة مع تجنب خطر نقص التروية الموضعي. يحدث نقص التروية الموضعي عندما يتم تقييد تدفق الدم إلى المنطقة مما يؤدي إلى ضعف الدورة الدموية ويحتمل أن يفسد القياسات51.

يتم استخدام مستشعر اللمس السعوي الموجود على المسبار بواسطة نظام أمان الليزر لضمان تألق الليزر فقط عند توصيل المسبار بالأنسجة. إذا كان المريض يعاني من كثافة شعر عالية على الذراع ، فقد تتعرض حساسية مستشعر اللمس للخطر. يمكن أن يؤدي تطبيق شريط مزدوج شفاف رفيع على جانب المستشعر من المسبار إلى التخفيف بشكل فعال من مشكلة مستشعر اللمس. عندما يتم توصيل المسبار بالذراع المشعر مع هذا الشريط ، فإنه يوفر إشارة لمس موثوقة ومستقرة. تتوفر قطع محددة مسبقا من هذا الشريط للمسبار الذكي مع الفصل بين مصادر الضوء وأجهزة الكشف. يعد الفصل ضروريا لمنع تكوين قناة ضوئية مباشرة بين نوافذ المصدر والكاشف ، مما قد يؤثر على جودة القياسات. يعمل استخدام الشريط المزدوج الشفاف كحل عملي لتعزيز موثوقية استشعار اللمس في هذه الظروف. في حالة فقد استشعار اللمس أثناء البروتوكول ، فإنه يطفئ الليزر ويتم فقد القياس. يحتوي المسبار أيضا على مستشعر حمل يمكن استخدامه في المستقبل كإجراء أمان احتياطي.

إذا حرك المريض ذراعه أو أدى تدخل سريري صغير إلى تعطيل استقرار الإشارات المكتسبة خلال مرحلة خط الأساس ، مما أدى إلى قمم حادة ، فمن المستحسن استخدام ميزة التمديد. تسمح هذه الميزة بالحصول على خط أساس ثابت لمدة ثلاث دقائق ، مما يضمن قياسا متسقا وموثوقا للإشارة.

من المهم مراعاة أن ضغط دم المريض قد يخضع لتغييرات كبيرة بعد بدء البروتوكول ، مما قد يؤثر على القدرة على الوصول إلى الضغط المستهدف البالغ 50 مم زئبق أعلى من ضغط الدم الانقباضي ل VOT. قد تتأثر هذه التقلبات في ضغط الدم بعوامل مختلفة ، مثل الاستجابة الفسيولوجية للمريض ، أو تأثيرات الدواء ، أو الحالات السريرية الأخرى52. لذلك ، يجب ضبط الضغط المستهدف بالضغط على الزرين "+" أو "-" إذا لزم الأمر لضمان الإدارة المتسقة ل VOT.

التنفيذ النموذجي ل VOT له قيود بسبب تباين المشغل ، والذي يتم تناوله في هذا البروتوكول من خلال وجود VOT تلقائي. نحن نستخدم الاستراتيجية لضبط ضغط الانسداد بمقدار 50 مم زئبق فوق مستوى ضغط الدم الانقباضي. توقف هذه الطريقة تدفق الدم وقد تم الإبلاغ عنها في الدراسات السابقة لأداء VOT53,54. يساعد الضغط المستهدف الفردي ل VOT في هذا البروتوكول في تجنب تضيق الأوعية الذي يمكن أن يحدث عن طريق تحديد ضغط مستهدف عام ل VOT. يمكن أن يؤثر الألم الناجم عن ارتفاع الضغط غير الضروري على القياس مما يسبب تضيق الأوعية ، على سبيل المثال في مريض يعاني من الضغط الانقباضي 120 مم زئبق والضغط المستهدف 200 مم زئبق أو 250 مم زئبق29. نلاحظ أن المرضى الذين يتم إدخالهم إلى وحدات العناية المركزة يواجهون خطرا متزايدا للإصابة بالتخثر ، ويرجع ذلك أساسا إلى عوامل مثل الجمود لفترات طويلة ، والتخدير55. هذا يعني أنه لتجنب المخاطر ، لا يمكن استخدام هذا البروتوكول في المرضى الذين يعانون من تجلط الدم أو التهاب الوريد الخثاري.

يمكن أن يكون تطبيق هذا البروتوكول مفيدا في سكان وحدة العناية المركزة حيث يعد احتقان الدم التفاعلي الضعيف سمة شائعة ويمكن أن يساهم في تشوهات الأوعية الدموية الدقيقة 3,56. تم استخدام المعلمات المكتسبة في هذا البروتوكول ، دون تدخلات المشغل أثناء القياس ، سابقا في الأدبيات بشكل فردي أو في تركيبة صغيرة للإنتان والسرطان والسكتة الدماغية وما إلى ذلك لتمييز الحالات المرضية1،11،15،31. لذلك ، نعتقد أن الجمع بين هذه المعلمات ذات الصلة مفيد للعديد من التطبيقات السريرية. يمكن أن تساعد البيانات المسجلة بواسطة هذا البروتوكول في اختيار الاستراتيجيات العلاجية المناسبة لتحسين صحة الأوعية الدموية57. تسمح لنا الأفكار القيمة حول أكسجة الأنسجة وديناميكيات تدفق الدم أثناء الانسداد وإعادة التروية بتقييم مدى كفاية إمدادات الدم إلى الأعضاء الحيوية. يمكن أن يساعد في تحديد نقص الأكسجة في الأنسجة وتوجيه التدخلات لتحسين نضح الأعضاء58. باستخدام معلومات في الوقت الفعلي عن الأوكسجين الوعائي الدقيق واحتقان الدم التفاعلي ، فإنه يساعد كأداة إضافية في توجيه إدارة الدورة الدموية ، وإنعاش السوائل ، والعلاج بضغط الأوعية59,60. هذا يضمن أن التدخلات مصممة وفقا لاحتياجات المريض الفردية ، وتحسين أكسجة الأنسجة والتروية61,62. علاوة على ذلك ، في المرضى الذين يتم تهويتهم ميكانيكيا ، يمكن أن تكون التغييرات التطورية في أكسجة الأوعية الدموية الدقيقة وتدفق الدم ضمن تجربة التنفس التلقائي ذات أهمية قصوى عند تقييم تحمل القلب والأوعية الدموية لتلبية والتغلب على العبء الأيضي المتزايد المستمد من عمل التنفس دون مساعدة2. ومن هذا المنطلق، فإن القرار اليومي الحاسم والصعب لمرضى وحدة العناية المركزة بشأن التهوية الميكانيكية هو عملية الفطام، والتي تنتهي عندما يعتبر المريض قادرا على التنفس بنفسه، ويتم إزالة الأنبوب الرغامي. يمكن استخدام التطبيق الطولي لهذا البروتوكول لتقييم فعالية التدخلات ، وتتبع تطور المرض ، وتوجيه استراتيجيات العلاج.

Disclosures

تم تحديد دور جميع الشركات وموظفيها المعنيين في المشروع من خلال أهداف المشروع والمهام وحزم العمل وتمت مراجعته من قبل المفوضية الأوروبية. MB و ML و DC و Alberto Tosi و Alessandro Toricelli هم مؤسسون مشاركون لشركة PIONIRS s.r.l. ، وهي شركة منبثقة عن Politecnico di Milano (إيطاليا). تمتلك ICFO ملكية الأسهم في الشركة المنبثقة HemoPhotonics s.l. وقد تم رصد تضارب المصالح المالية المحتملة وموضوعية البحوث من قبل إدارة نقل المعرفة والتكنولوجيا في ICFO. UMW هو الرئيس التنفيذي ، ولديه ملكية أسهم في HemoPhotonics s.l. ، وهو موظف جنبا إلى جنب مع SP في الشركة.

Acknowledgments

تم تمويل هذا البحث من قبل Fundació CELLEX Barcelona ، و Fundació Mir-Puig ، و Ajuntament de Barcelona ، و Agencia Estatal de Investigación (PHOTOMETABO ، PID2019-106481RB-C31 / 10.13039 / 501100011033) ، وبرنامج "Severo Ochoa" لمراكز التميز في البحث والتطوير (CEX2019-000910-S) ، و Generalitat de Catalunya (CERCA ، AGAUR-2017-SGR-1380 ، RIS3CAT-001-P-001682 CECH) ، FEDER EC ، Fundacion Joan Araquistain ، l'FCRI (Convocatòria Joan Oró 2023) ، المفوضية الأوروبية Horizon 2020 (المنح رقم 101016087 (VASCOVID) ، 101017113 (TinyBrains) ، 871124 (LASERLAB-EUROPE V) ، 101062306 (ماري سكودوفسكا كوري)) ، مؤسسة La Marató de TV3 (2017،2020) ، وبرامج LUX4MED / MEDLUX الخاصة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Alcohol swabs No specific N/A For cleaning the probes and cuff after measurement
Black cloth No specific N/A For blocking ambient light 
Blood pressure monitor OMRON N/A Hopital ICU equipment or off the shelf product
Body fat Calliper Healifty 3257040-6108-1618385551 For measuring the fat layer
Examination gloves No specific N/A To be used for interacting with patients
Kintex tape No specific N/A For attaching the probe on arm
Koban wrap No specific N/A For attaching the probe on arm
Measuring tape YDM Industries 25-SB-30-150V3-19-1 For measuring the arm circumference
Scissors No specific N/A for cutting tapes
VASCOVID precommercial prototype VASCOVID consortium N/A Integrated at ICFO

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mesquida, J., Masip, J., Gili, G., Artigas, A., Baigorri, F. Thenar oxygen saturation measured by near infrared spectroscopy as a noninvasive predictor of low central venous oxygen saturation in septic patients. Intensive Care Medicine. 35, 1106-1109 (2009).
  2. Mesquida, J., et al. Thenar oxygen saturation (StO2) alterations during a spontaneous breathing trial predict extubation failure. Annals of Intensive Care. 10 (1), 1-7 (2020).
  3. Mikacenic, C., et al. Biomarkers of endothelial activation are associated with poor outcome in critical illness. PloS One. 10 (10), e0141251 (2015).
  4. Varga, Z., et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. The Lancet. 395 (10234), 1417-1418 (2020).
  5. Castro, P., et al. Is the endothelium the missing link in the pathophysiology and treatment of COVID-19 complications. Cardiovascular Drugs and Therapy. 36 (3), 547-560 (2022).
  6. Mesquida, J., et al. Peripheral microcirculatory alterations are associated with the severity of acute respiratory distress syndrome in COVID-19 patients admitted to intermediate respiratory and intensive care units. Critical Care. 25, 1-10 (2021).
  7. Fernández, S., et al. Distinctive biomarker features in the endotheliopathy of COVID-19 and septic syndromes. Shock (Augusta, Ga). 57 (1), 95 (2022).
  8. Sakr, Y., Dubois, M. J., De Backer, D., Creteur, J., Vincent, J. L. Persistent microcirculatory alterations are associated with organ failure and death in patients with septic shock. Critical Care Medicine. 32 (9), 1825-1831 (2004).
  9. Trzeciak, S., et al. Early microcirculatory perfusion derangements in patients with severe sepsis and septic shock: relationship to hemodynamics, oxygen transport, and survival. Annals of Emergency Medicine. 49 (1), 88-98 (2007).
  10. Tachon, G., et al. Microcirculatory alterations in traumatic hemorrhagic shock. Critical Care Medicine. 42 (6), 1433-1441 (2014).
  11. Duranteau, J., et al. The future of intensive care: the study of the microcirculation will help to guide our therapies. Critical Care. 27 (1), 1-13 (2023).
  12. Mason McClatchey, P., et al. Impaired tissue oxygenation in metabolic syndrome requires increased microvascular perfusion heterogeneity. Journal of Cardiovascular Translational Research. 10 (1), 69-81 (2017).
  13. Gurley, K., Shang, Y., Yu, G. Noninvasive optical quantification of absolute blood flow, blood oxygenation, and oxygen consumption rate in exercising skeletal muscle. Journal of Biomedical Optics. 17 (7), 075010 (2012).
  14. Lin, P. Y., et al. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. Journal of Visualized Experiments. (73), e4379 (2013).
  15. Cortese, L., et al. The LUCA device: a multi-modal platform combining diffuse optics and ultrasound imaging for thyroid cancer screening. Biomedical Optics Express. 12 (6), 3392-3409 (2021).
  16. Durduran, T., Yodh, A. G. Diffuse correlation spectroscopy for non-invasive, micro-vascular cerebral blood flow measurement. Neuroimage. 85, 51-63 (2014).
  17. Hong, K. S., Yaqub, M. A. Application of functional near-infrared spectroscopy in the healthcare industry: A review. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 12 (06), 1930012 (2019).
  18. Torricelli, A., et al. Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping. Neuroimage. 85, 28-50 (2014).
  19. Tremblay, J. C., King, T. J. Near-infrared spectroscopy: can it measure endothelial function. Experimental Physiology. 101 (11), 1443-1444 (2016).
  20. Cortese, L., et al. Performance assessment of a commercial continuous-wave near-infrared spectroscopy tissue oximeter for suitability for use in an international, multi-center clinical trial. Sensors. 21 (21), 6957 (2021).
  21. Contini, D., et al. Multi-channel time-resolved system for functional near infrared spectroscopy. Optics Express. 14 (12), 5418-5432 (2006).
  22. Lacerenza, M., et al. Wearable and wireless time-domain near-infrared spectroscopy system for brain and muscle hemodynamic monitoring. Biomedical Optics Express. 11 (10), 5934-5949 (2020).
  23. Lacerenza, M., et al. Performance and reproducibility assessment across multiple time-domain near-infrared spectroscopy device replicas. Design and Quality for Biomedical Technologies XV - SPIE. 11951, 43-48 (2022).
  24. Durduran, T., Choe, R., Baker, W. B., Yodh, A. G. Diffuse optics for tissue monitoring and tomography. Reports on Progress in Physics. 73 (7), 076701 (2010).
  25. Boas, D. A., Campbell, L. E., Yodh, A. G. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations. Physical Review Letters. 75 (9), 1855 (1995).
  26. Giovannella, M., et al. BabyLux device: a diffuse optical system integrating diffuse correlation spectroscopy and time-resolved near-infrared spectroscopy for the neuromonitoring of the premature newborn brain. Neurophotonics. 6 (2), 025007-025007 (2019).
  27. Amendola, C., et al. A compact multi-distance DCS and time domain NIRS hybrid system for hemodynamic and metabolic measurements. Sensors. 21 (3), 870 (2021).
  28. Mesquida, J., Gruartmoner, G., Espinal, C. Skeletal muscle oxygen saturation (StO2) measured by near-infrared spectroscopy in the critically ill patients. BioMed Research International. , (2013).
  29. Gerovasili, V., Dimopoulos, S., Tzanis, G., Anastasiou-Nana, M., Nanas, S. Utilizing the vascular occlusion technique with NIRS technology. International Journal of Industrial Ergonomics. 40 (2), 218-222 (2010).
  30. Siafaka, A., et al. Acute effects of smoking on skeletal muscle microcirculation monitored by near-infrared spectroscopy. Chest. 131 (5), 1479-1485 (2007).
  31. Donati, A., et al. Near-infrared spectroscopy for assessing tissue oxygenation and microvascular reactivity in critically ill patients: a prospective observational study. Critical Care. 20, 1-10 (2016).
  32. Iannetta, D., et al. Reliability of microvascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy across a variety of ischemic periods in young and older individuals. Microvascular Research. 122, 117-124 (2019).
  33. Niezen, C. K., Massari, D., Vos, J. J., Scheeren, T. W. L. The use of a vascular occlusion test combined with near-infrared spectroscopy in perioperative care: a systematic review. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 36 (4), 933-946 (2022).
  34. Donati, A., et al. Recombinant activated protein C treatment improves tissue perfusion and oxygenation in septic patients measured by near-infrared spectroscopy. Critical Care. 13 (5), 1-7 (2009).
  35. Neto, A. S., et al. Association between static and dynamic thenar near-infrared spectroscopy and mortality in patients with sepsis: a systematic review and meta-analysis. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 76 (1), 226-233 (2014).
  36. Shapiro, N. I., et al. The association of near-infrared spectroscopy-derived tissue oxygenation measurements with sepsis syndromes, organ dysfunction and mortality in emergency department patients with sepsis. Critical Care. 15 (5), 1-10 (2011).
  37. Orbegozo, D., et al. Peripheral muscle near-infrared spectroscopy variables are altered early in septic shock. Shock. 50 (1), 87-95 (2018).
  38. Lu, S., et al. Comparison of COVID-19 induced respiratory failure and typical ARDS: similarities and differences. Frontiers in Medicine. 9, 829771 (2022).
  39. Parežnik, R., Knezevic, R., Voga, G., Podbregar, M. Changes in muscle tissue oxygenation during stagnant ischemia in septic patients. Intensive Care Medicine. 32, 87-92 (2006).
  40. Nanas, S., et al. Inotropic agents improve the peripheral microcirculation of patients with end-stage chronic heart failure. Journal of Cardiac Failure. 14 (5), 400-406 (2008).
  41. International electrical equipment - IEC 60601-2-22:2019. Medical electrical equipment - Part 2-22: Particular requirements for basic safety and essential performance of surgical, cosmetic, therapeutic and diagnostic laser equipment. , (2019).
  42. Cortese, L., et al. Recipes for diffuse correlation spectroscopy instrument design using commonly utilized hardware based on targets for signal-to-noise ratio and precision. Biomedical Optics Express. 12 (6), 3265-3281 (2021).
  43. Zhou, C., et al. Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain. Optics Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).
  44. Selb, J., et al. Sensitivity of near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy to brain hemodynamics: simulations and experimental findings during hypercapnia. Neurophotonics. 1 (1), 015005-015005 (2014).
  45. Amendola, C., et al. Assessment of power spectral density of microvascular hemodynamics in skeletal muscles at very low and low-frequency via near-infrared diffuse optical spectroscopies. Biomedical Optics Express. 14 (11), 5994-6015 (2023).
  46. Craig, J. C., Broxterman, R. M., Wilcox, S. L., Chen, C., Barstow, T. J. Effect of adipose tissue thickness, muscle site, and sex on near-infrared spectroscopy derived total-[hemoglobin+ myoglobin]. Journal of Applied Physiology. 123 (6), 1571-1578 (2017).
  47. Nasseri, N., Kleiser, S., Ostojic, D., Karen, T., Wolf, M. Quantifying the effect of adipose tissue in muscle oximetry by near infrared spectroscopy. Biomedical Optics Express. 7 (11), 4605-4619 (2016).
  48. Ahmadinejad, M., Razban, F., Jahani, Y., Heravi, F. Limb edema in critically ill patients: Comparing intermittent compression and elevation. International Wound Journal. 19 (5), 1085-1091 (2022).
  49. Van Vo, T., Hammer, P. E., Hoimes, M. L., Nadgir, S., Fantini, S. Mathematical model for the hemodynamic response to venous occlusion measured with near-infrared spectroscopy in the human forearm. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54 (4), 573-584 (2007).
  50. Junejo, R. T., Ray, C. J., Marshall, J. M. Cuff inflation time significantly affects blood flow recorded with venous occlusion plethysmography. European Journal of Applied Physiology. 119, 665-674 (2019).
  51. Baker, W. B., et al. Pressure modulation algorithm to separate cerebral hemodynamic signals from extracerebral artifacts. Neurophotonics. 2 (3), 035004-035004 (2015).
  52. Martirosov, A. L., et al. Improving transitions of care for critically ill adult patients on pulmonary arterial hypertension medications. American Journal of Health-System Pharmacy. 12 (12), 958-965 (2020).
  53. Bezemer, R., Lima, A., Klijn, E., Bakker, J., Ince, C. Assessment of tissue oxygen saturation during a vascular occlusion test using near-infrared spectroscopy: Role of the probe spacing and measurement site studied in healthy volunteers. Critical Care. 13, 1-2 (2009).
  54. Futier, E., et al. Use of near-infrared spectroscopy during a vascular occlusion test to assess the microcirculatory response during fluid challenge. Critical Care. 15, 1-10 (2011).
  55. Attia, J., Ray,, et al. Deep vein thrombosis and its prevention in critically ill adults. Archives of Internal Medicine. 10 (10), 1268-1279 (2001).
  56. Reinhart, K., Bayer, O., Brunkhorst, F., Meisner, M. Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis. Critical Care Medicine. 30 (5), S302-S312 (2002).
  57. Georger, J. F., et al. Restoring arterial pressure with norepinephrine improves muscle tissue oxygenation assessed by near-infrared spectroscopy in severely hypotensive septic patients. Intensive Care Medicine. 36, 1882-1889 (2010).
  58. Lipcsey, M., Woinarski, N. C., Bellomo, R. Near infrared spectroscopy (NIRS) of the thenar eminence in anesthesia and intensive care. Annals of Intensive Care. 2 (1), 1-9 (2012).
  59. Kazune, S., Caica, A., Luksevics, E., Volceka, K., Grabovskis, A. Impact of increased mean arterial pressure on skin microcirculatory oxygenation in vasopressor-requiring septic patients: an interventional study. Annals of Intensive Care. 9 (1), 1-10 (2019).
  60. Lima, A., van Bommel, J., Jansen, T. C., Ince, C., Bakker, J. Low tissue oxygen saturation at the end of early goal-directed therapy is associated with worse outcome in critically ill patients. Critical Care. 13 (5), 1-7 (2009).
  61. Rogers, C. A., et al. Randomized trial of near-infrared spectroscopy for personalized optimization of cerebral tissue oxygenation during cardiac surgery. BJA: British Journal of Anaesthesia. 3 (3), 384-393 (2017).
  62. Jozwiak, M., Chambaz, M., Sentenac, P., Monnet, X., Teboul, J. L. Assessment of tissue oxygenation to personalize mean arterial pressure target in patients with septic shock. Microvascular Research. 132, 104068 (2020).

Tags

الطب، العدد 207،
المراقبة غير الغازية للأكسجة الوعائية الدقيقة واحتقان الدم التفاعلي باستخدام التحليل الطيفي البصري الهجين المنتشر بالأشعة تحت الحمراء القريبة للرعاية الحرجة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yaqub, M. A., Zanoletti, M.,… More

Yaqub, M. A., Zanoletti, M., Cortese, L., Sánchez, D. S., Amendola, C., Frabasile, L., Karadeniz, U., Garcia, J. M., Martin, M., Cortes-Picas, J., Caballer, A., Cortes, E., Nogales, S., Tosi, A., Carteano, T., Garcia, D. S., Tomanik, J., Wagenaar, T., Mui, H., Guadagno, C. N., Parsa, S., Venkata Sekar, S. K., Demarteau, L., Houtbeckers, T., Weigel, U. M., Lacerenza, M., Buttafava, M., Torricelli, A., Contini, D., Mesquida, J., Durduran, T. Non-Invasive Monitoring of Microvascular Oxygenation and Reactive Hyperemia using Hybrid, Near-Infrared Diffuse Optical Spectroscopy for Critical Care. J. Vis. Exp. (207), e66062, doi:10.3791/66062 (2024).

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