我们结合频域近红外光谱技术措施的脑弥漫性相关光谱技术措施的脑血流指数估算索引的氧代谢血红素氧合。我们测试了这项措施的效用作为一种的床边筛查工具,以评估新生儿大脑的健康和发展的。
围产期脑损伤的婴儿死亡率和发病率仍然是一个重要的原因,但目前还没有一个有效的的床边的工具,可以准确地筛选脑损伤,显示器损伤演化,或评估对治疗的反应。能源使用的神经元大多来自组织氧化代谢,神经活动过度和细胞死亡的脑氧代谢的(CMRO 2)通过相应的变化反映。因此,神经元的可行性措施是经过深思熟虑的CMRO 2,提供重要的诊断信息,使CMRO 2床边测量脑部健康的理想目标。
脑成像技术,如正电子发射断层扫描(PET),单光子发射计算机断层扫描(SPECT)产量措施的的脑葡萄糖和氧代谢,但这些技术都需要管理的放射性核苷酸,它们被用在最严重的情况下,。
连续波近红外光谱仪(CWNIRS)提供非侵入性和非电离辐射,脑耗氧量作为替代措施,血氧饱和度(SO 2)。然而,SO 2是不到理想的替代品,因为它是影响脑氧代谢的氧输送和消费。此外,SO 2的测量不敏感,可以探测到脑损伤的侮辱1,2小时后,由于氧的消耗和交付达到平衡后急性瞬变3。我们使用更先进的近红外光学方法来量化脑氧代谢的健康和脑损伤的新生儿床旁调查的可能性。更具体地说,我们相结合的频域NIRS(FDNIRS)的与漫反射相关光谱法(DCS)测量的血液流动指数(CBF)的SO 2的措施yielð指数CMRO 2(CMRO 2I)4,5。
随着的合并FDNIRS / DCS系统,我们能够量化脑代谢和血流动力学的影响。这代表CWNIRS用于检测大脑健康,大脑发育,治疗新生儿的改进。此外,这种方法坚持所有新生儿重症监护病房(NICU)的感染控制政策和体制政策的激光安全。未来的工作将寻求整合两个仪器,以减少采集时间在床边,并实现实时的反馈数据的质量,以减少数据的拒绝率。
FDNIRS的移动设备是一个定制的频域系统从ISS的公司与两个相同的套8的激光二极管,发射在八个波长范围从660至830nm,和两个光电倍增管(PMT)探测器。源和探测器被调制在110兆赫和110兆赫,加5千赫,分别实现第6外差探测。每个激光二极管的开启顺序为10毫秒,每个周期为160毫秒总采集时间。源和探测器被耦合到光纤,并布置在一排中的光学探针。在探头上的纤维的排列是这样的,它产生四个不同的源 – 检测器分离。通过测量透射光(振幅的衰减和相移),在多个距离,我们可以量化(微秒)(μA)的吸收和散射系数下的组织观察。从在多个波长的吸光系数,然后我们估计充氧(血红蛋白)的绝对值的和脱氧血红蛋白浓度(HBR)7,脑血容量(CBV)和血红蛋白的氧饱 和度(SO 2)。
DCS设备是一个家庭–一个博士开发的内置系统类似。阿琼Yodh和图尔古特杜尔杜兰大学美国宾夕法尼亚8,9。在DCS系统,由一个固体–状态,长期连贯性激光在785 nm的,四光子计数雪崩光电二极管(APD)检测器(EG&G珀金埃尔默SPCM-AQRH)低暗计数(<50计数/秒)和一个高量子产率(> 40%的波长为785 nm),和一个四信道,256-bin的多-tau的相关器,与200纳秒的分辨率。与DCS,我们测量微血管血流在大脑皮质通过量化的的乘法散射光产生的多普勒频移通过移动的红血细胞产生的时间上的强度波动。激光多普勒血流仪监测,类似的技术( 即他们是傅立叶训练班ansform类似物),超过200纳秒的范围内 – 0.5秒的延迟时间计算出的数字相关器的每个检测器通道的强度波动测量的自相关函数。相关器计算的时间上的强度,从组织中的光的重新出现的自相关。然后,我们适合测量的自相关函数的扩散相关方程,获得顺序,大约每秒一次,以获得的血液流动指数(CBFⅰ)10,11。已被广泛验证的血流量变化的的DCS措施的12,13。 SO 2结合FDNIRS措施与的DCS措施的CBF 我 ,我们实现了脑氧的代谢(CMRO 2I)的估计。
我们展示了定量测量脑血流动力学和代谢与FDNIRS和DCS在新生儿人口。探头配置优化的,用于测定新生儿大脑皮层14。 DCS测量血流量的变化,得到了广泛的验证,对其他技术在动物和人类研究22,23。通过使用直接DCS衡量的血流量,我们能够以减少在CMRO 2i的 24计算的方差。重复测量的方差比的大脑区域,并与20岁之间的变化也较小。
从我们以前的结果,CBFi和CMRO 2I表现出显着的变化与PMA在健康的早产儿。 CMRO 2i的的措施是能够更好地检测比的措施的SO 2的脑损伤。这表明,联合措施,血管和代谢参数服务,更健壮的biomarkers仅比氧饱和度新生儿大脑的健康和发展。技术的改进将集中在两个文书的整合,以减少采集时间35%至40%,每会话和执行数据质量的实时反馈,被丢弃的措施,以减少频率。在不久的将来,该系统可以作为一种新型的脑氧代谢的改变的床旁监护仪临床最终用户提供。通过测量轨迹CMRO 2随着时间的推移也可能会增加临床意义,并预测结果。此工具最终可能使新生儿脑损伤,改善管理的一个重大贡献。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢所有的家庭为他们的参与在这项研究中,护士,医生,和工作人员的新生儿重症监护病房的特别护理幼儿园,小儿神经的生育单位在马萨诸塞州总医院,布里格姆与妇女医院和波士顿儿童医院他们的帮助和支持。我们特别感谢琳达·J.·Marter,罗伯特M. Insoft,乔纳森·H.克罗宁,朱丽安Mazzawi和史蒂芬A.振铃。作者还感谢,玛西娅 – 菲利普Kocienski,伊冯娜谢尔顿,Alpna Aggarwall,麦迪Artunguada和吉纳维夫殿在测量过程中的协助。该项目的支持,R21 NIH R01-HD042908,HD058725,P41-RR14075和R43 HD071761。玛西娅Kocienski菲利普和Yvonne谢尔登所支持的临床转化科学奖UL1RR025758哈佛大学和布里格姆与妇女医院从美国国家研究资源中心。内容是纯粹的a的责任uthors,并不一定代表美国国家研究资源中心或美国国立卫生研究院的官方意见。
Equipment | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
Imagent | ISS | FDNIRS | |
DCS laser fibers | Thorlabs | FT400 | DCS component |
DCS detector fiber | Thorlabs | 780HP | DCS component |
DCS laser | CrystaLaser | DL785-070-S | DCS component |
DCS detector | Pacer International | SPCM-AQRH-14-FC | DCS component |
DCS Correlator | Correlator.com | Flex05-8ch | DCS component |
Pronto co-oximeter | Masimo | HGB and SaO2 monitor | |
NOVA | OPHIR | 7Z01500 | Laser power meter |
Sensor card | Newport | F-IRC1-S | IR viewer |
Neutral Density filter | Kodak | NT54-453 |