Non invasiva di misurazione ottica del metabolismo cerebrale ed emodinamica nei neonati

1. Preparazione per le misure da comodino Le FDNIRS ed i sistemi DCS sono compatti e facili da spostare su un piccolo carrello al capezzale del bambino in ospedale (Figura 1). Dopo aver spostato il carrello con i dispositivi per il letto, accendere il sistema e collegare la sonda ottica per le FDNIRS e dispositivi DCS. Assicurarsi che due sperimentatori sono presenti per ogni misura: uno per la gestione degli strumenti e computer, e una per tenere la sonda. Scegliere la sonda appropriata a seconda dell'età postmestruale del neonato (PMA). La sonda ottica con FDNIRS sorgente-detector separazioni di cm 1, 1.5, 2 e 2.5 viene utilizzato per i bambini <37 settimane PMA e la sonda con separazioni FDNIRS 1.5, 2, 2.5 e 3 cm viene usato per bambini più grandi (Figura 2-A ). La scelta della sorgente-detector più brevi separazioni è dettata da piccole dimensioni neonati prematuri 'e curvatura testa più grande. Quando si utilizza una sonda più grande, con un neonato pretermine, la relativamente dimensione più piccola della testa del bambino e la sua curvatura significativa insieme impedire efficace contatto tra la testa del bambino e tutte le sorgenti e rivelatori. Per questo motivo, la sonda con FDNIRS sorgente-detector separazioni di cm 1, 1.5, 2 e 2.5 è adatta per l'uso con neonati prematuri. La nostra ricerca ha verificato che le scelte sorgente-detector separazioni sono sufficienti per misurare le proprietà ottiche della corteccia cerebrale del 14 sia a termine o prematuri. DCS fibre sorgente e rivelatore sono disposti in una fila parallela alle fibre FDNIRS con sorgente-rivelatore distanze di 1,5 (uno detector) e 2 cm (tre rivelatori) in entrambe le sonde prematuri e neonati a termine. Sterilizzare le sonde ottiche con un panno Sani-disinfezione pulire e inserire la sonda e le fibre in un unico uso manicotto in plastica polipropilene. 2. Impostazioni di guadagno FDNIRS e taratura Aprire l'interfaccia FDNIRS grafica utente (GUI) e selezionare il file delle impostazioni del programmablocco corrispondente alla sonda e calibrazione utilizzata. Per regolare guadagni rivelatore, delicatamente la sonda su una superficie di testa del soggetto senza capelli (preferibilmente il lato sinistro della fronte) e mantenerla nella stessa posizione senza applicare alcuna pressione. Attivare sorgenti e rivelatori e regolare tensione PMT fino l'ampiezza qualsiasi delle sorgenti laser raggiunge 20.000 conteggi. 32000 conta è la digitalizzazione massimo della scheda di acquisizione analogica a digitale, e gli utili devono essere impostati al di sotto di tale soglia per evitare la saturazione durante l'acquisizione dei dati. I guadagni dovrebbero essere impostati nella zona frontale perché questa regione ha generalmente il più basso assorbimento della luce laser e quindi è più incline a saturazione. Spegnere le sorgenti e rivelatori e tornare la sonda al blocco di calibrazione. I laser devono essere disattivata quando si sposta la sonda per la sicurezza degli occhi, i rilevatori devono essere disabilitati perché PMT sono molto sensibili e l'esposizione a qualsiasi luce increases rumore di fondo e può danneggiarli in modo permanente. Con la sonda di nuovo sul blocco di calibrazione, utilizzare la densità neutra (ND), filtrare nel caso la sorgente-rivelatore saturi coppia. Filtri ND differenti possono essere selezionati a causa di guadagni ottimizzazione nei bambini con i toni della pelle diversi Tenere la sonda ancora per 16 secondi durante l'esecuzione della procedura di calibrazione. Dal momento che non spostare fisicamente una fonte a distanze diverse da un singolo rivelatore per ottenere un multi-sistema di distanza, ma invece utilizzare quattro combinazioni di due fonti indipendenti e due rivelatori indipendenti, abbiamo bisogno di calibrazione per il diverso potere delle due fonti e i diversi guadagni dei due rivelatori. Misurando un blocco di calibrazione note proprietà ottiche, si stima l'ampiezza e fattori di correzione di fase necessaria per recuperare i coefficienti di assorbimento e diffusione del blocco di calibrazione. Dopo la calibrazione, acquisire altri 16 sec di dati sul blocco e visivamente valutare l'adeguatezza del secolocalibrazione e con un in-house MATLAB GUI. Il misurata μa e ms 'dovrebbe corrispondere i coefficienti reali del blocco di calibrazione in tutte le lunghezze d'onda. Ricalibrare se l'adattamento è scarsa. Se guadagni rivelatore devono essere cambiate, o fibre di origine e di rilevatore devono essere scollegati durante le misurazioni, ripetere la procedura di calibrazione del dispositivo FDNIRS. Alla fine della sessione di misura, acquisire un altro 16 sec di dati sul blocco di calibrazione per verificare se la taratura è stata mantenuta durante le misurazioni sull'argomento. Se la taratura non è stato mantenuto, prendere una seconda calibrazione al termine della misurazione e applicare ai dati acquisiti. 3. DCS Impostazioni Aprire l'in-house DCS acquisizione dati GUI e caricare il file di impostazioni corrispondente alla sonda ottica in uso. Prima di iniziare le misurazioni, verificare che la potenza del laser della sorgente DCS è appropriato per il trattamento della pelle, misurando tegli potenza del laser della sorgente DCS con un misuratore di potenza e controllo della dimensione del punto con una scheda di visualizzazione IR (il laser emette a 785 nm, che non è visibile). La potenza del laser è DCS ~ 60 mW ed accoppiato ad una fibra di diametro relativamente piccolo (400-600 micron). Per soddisfare gli standard ANSI per l'esposizione della pelle, la luce in corrispondenza della sonda deve essere attenuata e diffusa in una vasta area. Ciò si ottiene coprendo la punta della fibra con un diametro di 3 mm teflon bianco foglio (Figura 2-A). Il Teflon è altamente diffondenti e diffonde ampiamente il raggio laser. Al letto, in modo che la potenza del laser in corrispondenza della sonda è inferiore a 25 mW e la dimensione del punto è maggiore di 3 mm di diametro. Per quanto riguarda i FDNIRS, spegnere sempre sorgenti e rivelatori durante lo spostamento della sonda ottica. Rilevamento DCS è photon-counting e non c'è regolazione guadagno APD come è richiesto per il dispositivo FDNIRS. Una bandiera nel software di acquisizione indica se troppa luce viene rilevato, nel qual caso l'accoppiamento con luce IETla sorgente o fibre rivelatore deve essere ridotta ruotando i connettori di fibra. Adeguata di rilevamento della luce è la gamma di 200,000-4,000,000 fotoni rivelati (corrispondenti a -26 ~ 0 dB sul display del computer). Evitare l'eccessiva luce camera per ridurre il rumore di fondo. Il DCS non necessita di calibrazione per misurare i CBF. Il flusso di sangue è proporzionale al tempo necessario a perdere correlazione. Un solido blocco non è sufficiente per verificare la qualità del segnale, perché non ci sono particelle in movimento a diffusione causano la carie. Un braccio di sperimentatore mostra invece decadimento – più veloce è il flusso di sangue, più ripida il decadimento. 4. Acquisizione dei dati Mentre FDNIRS e misure DCS può essere effettuata rapidamente in sequenza, prima misurare tutte le posizioni con un solo dispositivo e quindi ripetere la stessa progressione con l'altro dispositivo, utilizzando il software di acquisizione indipendente corrispondente a ciascuna. Misurare sette sedi che coprono frontale, temporale e Parietaree Al, secondo un sistema di 10-20 (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4), in sequenza (Figura 2-B). Parte i capelli lungo la linea sorgente-rilevatore e posizionare la sonda in quella zona della testa. Accendere il laser FDNIRS e rivelatori e verificare la qualità del segnale: conta l'ampiezza deve essere compreso tra 2.000 e 20.000 e sfasamenti SNR <2 gradi. Se al di fuori di questi intervalli, riposizionare la sonda, garantendo capelli è divisa e tutte le fonti ei rivelatori sono in contatto con la pelle. Acquisire dati per 16 sec. Ripetere le misurazioni fino a tre volte in ogni posizione (Figura 2-C), tagliando il pelo e riposizionare la sonda in un punto leggermente diverso per ogni acquisizione. Questo viene fatto per minimizzare effetti di disomogeneità locali, come capelli e superficiali grandi vasi e per fornire valori rappresentativi di una regione, invece di un singolo punto. Accendere il laser DCS e rilevatori e acquisire dati per 10 sec. Riposizionare la sonda e rappresentantemangiare le acquisizioni (come con le misure FDNIRS). Spegnere tutti i laser quando si sposta la sonda da un luogo all'altro. La raccolta dei dati in tutte le sette località non è sempre possibile. Interrompere le misurazioni se il soggetto manifesta alcun segno di disagio o di movimento. Riprova l'acquisizione, se possibile. Elettrodi EEG o attrezzature respiratorie possono anche precludere misure in alcune località. 5. Misura dei parametri sistemici Per il calcolo di CMRO 2i, due parametri sistemici, l'ossigenazione arteriosa (SaO2) e di emoglobina nel sangue (HGB), deve essere acquisita. HGB è necessaria anche per il calcolo CBV. Mentre pulsossimetria convenzionale prevede misure di SaO2, HGB è convenzionalmente misurata con un esame del sangue. Un pulsossimetro nuovo, sviluppato da Masimo Corporation, è in grado di misurare HGB non invasivo utilizzando lunghezze d'onda multiple. Il dispositivo è approvato dalla FDA per bambini> 3 kg, e consente una misura comodino veloceure di entrambi 2 Sao e HGB. Record SaO2 e HGB con un pulsossimetro Masimo (spot Pronto controllo del polso co-ossimetro). Per queste misurazioni, attaccare un adesivo sensore monouso per l'alluce del piede del bambino. HGB sarà visualizzato sul monitor in pochi secondi. Quando non è possibile utilizzare l'impulso Masimo co-ossimetro, misura SaO 2 con altri approvati dalla FDA pulsossimetri. HGB può essere sia recuperati da cartelle cliniche dei pazienti o stimati sulla base di valori normativi. 6. Analisi dei dati Aprire un in-house di post-elaborazione dei dati di analisi GUI utilizzando MATLAB. Questo software non solo stima di tutti i parametri emodinamici, ma utilizza anche la ridondanza dei dati per valutare automaticamente la qualità di misura e limitare i risultati. Automatici criteri oggettivi per il controllo della qualità dei dati sono costituiti scartare per FDNIRS se: R2 <0.98 per l'adattamento del modello dei dati sperimentali, p-value> 00,02 per il coefficiente di correlazione di Pearson momento prodotto tra gli otto coefficienti di assorbimento misurati e la misura dell'emoglobina (Figura 3-A), p-value> 0,02 per il fit lineare dei coefficienti di scattering ridotte rispetto lunghezza d'onda (Figura 3-B) 15. Se più del 33 per cento della meriti dati scartando, l'intera serie viene scartato. Per i DCS, dati viene scartato se: la coda della curva di raccordo diversa da 1 da più di 0,02, la variazione cumulativa fra i tre primi punti della curva è più di 0,1, o il valore medio dei tre primi punti è più di 1,6 (Figura 4). Se più del 50 percento di curve vengono scartati, oppure i valori di misura hanno un coefficiente di variazione> 15 per cento, l'intera serie viene scartato 15. Calcola assoluta HBO e le concentrazioni di HBr inserendo i coefficienti di assorbimento a tutte le lunghezze d'onda, utilizzando i valori di letteratura per Hb estinzione coefficienti 16 euna concentrazione di 75 per cento di acqua in tessuto 17. Derive concentrazione totale di emoglobina (HbT = HBO + HBr) e SO 2 (HBO / HBT) in base alle concentrazioni HBO e HBr. Stima del volume ematico cerebrale utilizzando l'equazione descritta in Ijichi et al 18. CBV = (MW HbT × Hb) / (HGB × D bt), dove MW Hb = 64.500 [g / mol] è il peso molecolare di Hb, e D bt = 1,05 g / ml è la densità del tessuto cerebrale. Calcola CBF i inserendo le funzioni di misura di autocorrelazione temporali all'equazione correlazione diffusione. Il quadro teorico dettagliato per il calcolo CBF i è in Boas et al. E Boas e Yodh 10,11. Nelle equazioni, usare coefficienti di assorbimento individuali misurate dalle FDNIRS e una media dei coefficienti di scattering in tutta l'intera popolazione. Calcolare l'indice di consumo di ossigeno cerebrale utilizzando la misura FDNIRS di SO <sub> 2 e la misura del DCS CBFi con la seguente equazione: CMRO 2i = (HGB CBFi × × (SaO2 – SO 2)) / (4 × MW Hb × β) 15, in cui il fattore 4 riflette i quattro O 2 molecole associato a ciascuna emoglobina e β è il contributo percentuale del compartimento venoso per la misura dell'emoglobina ossigenazione 19.