Não-invasivo de medição óptica do metabolismo cerebral e Hemodinâmica em Lactentes

1. Preparação para Medidas de cabeceira Os FDNIRS e os sistemas DCS são compactos e fáceis de seguir em um carro pequeno a cabeceira da criança no hospital (Figura 1). Depois de mover o carrinho com os dispositivos ao lado da cama, ligar os sistemas e conectar a sonda óptica para as FDNIRS e dispositivos DCS. Certifique-se que dois experimentadores estão presentes para todas as medições: uma para gerir os instrumentos e computador, e um para segurar a sonda. Escolher a sonda apropriada em função da idade pós-menstrual da criança (PMA). A sonda óptica com FDNIRS fonte-detector de separações cm 1, 1,5, 2 e 2,5 é utilizado para crianças de idade <37 semanas com PMA e com a sonda FDNIRS separações 1,5, 2, 2,5 e 3 cm é usado para lactentes mais velhos (Figura 2-A ). A escolha da fonte mais curtos detectores de separações é ditada pelo tamanho do bebê prematuro pequeno e curvatura cabeça maior. Ao utilizar um maior sonda com uma criança pré-termo, a relavamente menor tamanho da cabeça do bebê e sua curvatura significativa juntos impedir o contato efetivo entre a cabeça do bebê e todas as fontes e detectores. Por este motivo, a sonda com FDNIRS fonte-detector de separações cm 1, 1,5, 2 e 2,5 é apropriado para utilização com recém-nascidos prematuros. Nossa pesquisa verificou que os escolhidos fonte detector de separações são suficientes para medir as propriedades ópticas do córtex cerebral de 14 de tanto prematuro ou a termo. Fibras DCS fonte eo detector estão dispostos em uma linha paralela às fibras FDNIRS com a fonte eo detector distâncias de 1,5 (um detector) e 2 cm (três detectores) em ambas as sondas prematuros e de termo lactentes. Higienizar as sondas ópticas com um pano Sani-desinfecção e limpeza de introduzir a sonda e as fibras em uma luva de plástico de uso único de polipropileno. 2. FDNIRS ajustes de ganho e calibração Abra a interface do usuário FDNIRS gráfica (GUI) e selecione o arquivo de configurações do programabloco correspondente à sonda e calibragem a ser utilizado. Para ajustar os ganhos de detector, suavemente coloque a sonda em uma área de cabeça do sujeito sem cabelo (de preferência, o lado esquerdo da testa) e mantê-lo na posição mesmo sem a aplicação de qualquer pressão. Ligar fontes e detectores de tensão e ajuste PMT até que a amplitude de qualquer um dos lasers fonte atinge 20.000 contagens. 32.000 contagens é a digitalização máxima do análogo de placa de aquisição digital, e ganhos têm de ser ajustado abaixo desse limiar para evitar a saturação durante a aquisição de dados. Os ganhos devem ser definidas na área frontal porque esta região geralmente tem o menor absorção de luz a laser e é, portanto, mais propenso a saturação. Desligue as fontes e detectores e enviar a sonda para o bloco de calibração. Os lasers precisa ser desligado quando mover a sonda para segurança do olho, os detectores devem ser desligado porque PMT são muito sensíveis e exposição a qualquer luz brilhante increases ruído de fundo e pode danificar permanentemente los. Com a sonda de volta no bloco de calibração, utilize o filtro de densidade neutra (ND) se satura qualquer fonte de detectores de par. Os filtros ND diferentes podem ser selecionadas devido a ganhos de otimização em crianças com diferentes tons de pele Mantenha a sonda ainda por 16 segundos durante a execução do procedimento de calibração. Uma vez que não se movem fisicamente uma fonte para distâncias diferentes a partir de um único detector para conseguir um regime de multi-distância, mas em vez disso utilizar quatro combinações de duas fontes independentes, e dois detectores independentes, é necessário calibrar a potência diferente das duas fontes e os ganhos diferentes dos dois detectores. Através da medição de um bloco de calibragem conhecidas propriedades ópticas, estima-se a amplitude e os factores de correcção de fase necessários para recuperar os coeficientes de absorção e de difusão do bloco de calibração. Após a calibração, adquirir mais 16 seg de dados sobre o bloco e visualmente avaliar a adequação do diacalibração e com um in-house MATLAB GUI. A medida uA e uS 'devem coincidir com os coeficientes reais do bloco de calibração em todos os comprimentos de onda. Recalibrar se o ajuste é pobre. Se os ganhos detector precisa ser mudado, ou fibras de origem e detector precisa ser desconectado durante as medições, repita o procedimento de calibração do dispositivo FDNIRS. No fim da sessão de medição, adquirir outra sec 16 de dados no bloco de calibração para verificar se a calibração foi mantida durante as medições sobre o assunto. Se a calibragem não foi mantido, dê uma segunda calibração no final da medição e aplicam-se os dados obtidos. 3. DCS Configurações Abra o em casa DCS aquisição de dados GUI e carregar o arquivo de configuração correspondente à sonda óptica que está sendo usada. Antes de iniciar as medições, verifique se a potência do laser da fonte de DCS é apropriado para a exposição da pele medindo tele potência de laser da fonte de DCS com um medidor de energia e verificando o tamanho do ponto, com uma placa de visualização IR (o laser emite a 785 nm, o que não é visível). O DCS potência de laser é de ~ 60 mW e acoplado a uma fibra de diâmetro relativamente pequeno (400-600 um). Para atender aos padrões ANSI para a exposição da pele, a luz no sonda deve ser atenuada e difundida em uma grande área. Isto é conseguido através da cobertura da extremidade da fibra com um 3 mm de diâmetro branco folha de Teflon (Figura 2-A). O Teflon é dispersores e amplamente difunde o feixe de laser. Na cabeceira, assegurar que a potência do laser ao nível da sonda é inferior a 25 mW e o tamanho do ponto é maior do que 3 mm em diâmetro. Quanto aos FDNIRS, desligue sempre fontes e detectores de movimento, quando a sonda óptica. DCS é a detecção de fotões de contagem e não há ajustamento de ganho de APD, como é necessário para o dispositivo FDNIRS. Uma bandeira do software de aquisição indica se muita luz é detectada, caso em que a luz de acoplamento para IETsua fonte ou as fibras do detector tem de ser reduzida, rodando os conectores de fibra. Detecção de luz adequada está na gama de 200,000-4,000,000 fotões detectados (correspondente a -26 ~ 0 dB no monitor do computador). Evite luz interior excessiva para reduzir o ruído de fundo. A DCS não necessita de calibração para medir CBF i. O fluxo de sangue é proporcional ao tempo que demora a perder correlação. Um bloco sólido não é suficiente para verificar a qualidade do sinal, pois não há dispersão de partículas em movimento para causar cárie. Braço de um experimentador vez mostra decadência – o mais rápido o fluxo de sangue, mais íngreme a decadência. 4. Aquisição de Dados Enquanto FDNIRS e medições DCS pode ser feito rapidamente em seqüência, primeiro medir todos os locais com um dispositivo e, em seguida, repita a mesma progressão com o outro dispositivo, usando software de aquisição independente correspondente a cada um. Meça sete locais que cobrem frontal, temporal e PARIETáreas al, de acordo com um sistema de 10-20 (Fp1, Fpz, FP2, C3, C4, P3, P4), em sequência (Figura 2-B). Parte do cabelo ao longo da linha da fonte de detector, e colocar a sonda em que a região da cabeça. Ligue FDNIRS lasers e detectores e verificar a qualidade do sinal: a contagem de amplitude deve ser entre 2.000 e 20.000 e fase muda SNR <2 graus. Se estiver fora desses intervalos, reposicionar a sonda, assegurando cabelo é partido e todas as fontes e detectores estão em contacto com a pele. Aquisição de dados para 16 seg. Repita as medições até três vezes em cada local (Figura 2-C), partindo o cabelo e reposicionamento da sonda num local ligeiramente diferente para cada aquisição. Isto é feito para minimizar o efeito de não homogeneidades locais, tais como cabelo e superficiais grandes vasos e para fornecer os valores representativos de uma região, em vez de um único ponto. Ligue o laser e detectores de DCS e aquisição de dados para 10 seg. Mude a posição da sonda e repcomer as aquisições (como com as medidas FDNIRS). Desligue todos os lasers ao mover a sonda entre os locais. A coleta de dados em todos os sete locais nem sempre é possível. Descontinuar medição, se o sujeito se manifesta qualquer sinal de angústia ou de movimento. Repetir a aquisição, se possível. Eletrodos de EEG ou equipamento respiratório pode também impedir medições em alguns locais. 5. Medida de parâmetros sistêmicos Para o cálculo do CMRO 2i, dois parâmetros sistémicas, a oxigenação arterial (SaO 2) e hemoglobina no sangue (HGB), deve ser adquirida. HGB também é necessário para calcular CBV. Enquanto oximetria de pulso convencional prevê medidas de São dois, HGB é convencionalmente medida com um exame de sangue. Um oxímetro de pulso novo, desenvolvido pela Masimo Corporation, é capaz de medir HGB não invasiva, utilizando comprimentos de onda múltiplos. O dispositivo é aprovado pelo FDA para crianças> 3 kg, e permite uma medição rápida de cabeceiraure de ambos SaO2 e Hb. Registro SaO 2 e HGB usando um Masimo oxímetro de pulso (spot Pronto verificar o pulso co-oxímetro). Para estas medições, anexar um sensor de uso único adesivo para o dedão do pé do bebê. HGB será exibido no monitor dentro de alguns segundos. Quando não for possível utilizar o pulso Masimo co-oxímetro, medida SaO 2 com outros oxímetros de pulso aprovados pela FDA. HGB pode ser recuperado ou prontuários clínicos ou estimadas usando valores normativos. 6. Análise de Dados Abra um em casa pós-processamento de análise de dados GUI usando MATLAB. Este software não só calcula todos os parâmetros hemodinâmicos, mas também usa a redundância de dados automaticamente para avaliar a qualidade de medição e restringir os resultados. Automáticas critérios objetivos para o controle de qualidade consistem descartando dados para FDNIRS se: R2 <0,98 para o ajuste do modelo de dados experimentais, valor-p> 00,02 para o coeficiente de correlação do momento do produto de Pearson entre os oito coeficientes de absorção medidos e o ajuste da hemoglobina (Figura 3-A), p-valor> 0,02 para o ajustamento linear dos coeficientes de dispersão reduzida versus comprimento de onda (figura 3-B) 15. Se mais do que 33 por cento dos dados méritos devoluções, todo o conjunto é descartado. Para os DCS, os dados são descartados se: a cauda do ajuste de curva diferente de 1 por mais do que 0,02, a variação acumulada entre os três primeiros pontos da curva é maior do que 0,1, ou o valor médio dos três primeiros pontos é mais de 1,6 (Figura 4). Se mais do que 50 por cento das curvas são descartados, ou os valores de ajuste possuir um coeficiente de variação> 15 por cento, de todo o conjunto é descartado 15. Calcule absoluta HBO e concentrações HBR pelo ajuste dos coeficientes de absorção em todos os comprimentos de onda, usando os valores da literatura para Hb coeficientes de extinção e 16uma concentração de 75 por cento de água no tecido 17. Derivar concentração de hemoglobina total (HBT = HbO + HBR) e SO 2 (HBO / HBT) de concentrações HBO e HBr. Estimar o volume sanguíneo cerebral através da equação descrita no Ijichi et al 18. CBV = (HBT × MW Hb) / (HGB × D bt), onde Hb = 64.500 MW [g / mol] representa o peso molecular da Hb, e D bt = 1,05 g / ml é a densidade do tecido cerebral. Calcule CBF i ajustando as funções de autocorrelação medidos temporais para a equação de correlação de difusão. O enquadramento teórico para calcular CBF i é em Boas et al. E Boas e Yodh 10,11. Nas equações, utilizar coeficientes de absorção individuais medidos a partir FDNIRS e uma média dos coeficientes de espalhamento de todo o conjunto da população. Calcula-se o índice de consumo de oxigénio cerebral usando a medida de FDNIRS SO <sub> 2, e a medida do DCS CBFi com a seguinte equação: CMRO 2i = (HGB CBFi × × (SaO 2 – SO 2)) / (4 x MW Hb × β) 15, em que o factor 4 reflete as quatro moléculas de O 2 ligados uns aos hemoglobina e β é a contribuição percentual do compartimento venoso para a oxigenação da hemoglobina medição 19.