Niet-invasieve optische meting van Cerebral Metabolisme en Hemodynamica bij zuigelingen

1. Voorbereiding voor Bedside maatregelen De FDNIRS en de DCS-systemen zijn compact en eenvoudig om op een kleine kar te verplaatsen naar het bed van de baby in het ziekenhuis (figuur 1). Na het verplaatsen van de kar bij de apparaten die het bed, zet de systemen en sluit de optische sonde naar de FDNIRS en DCS-apparaten. Zorg ervoor dat twee onderzoekers aanwezig zijn voor elke meting: een om de instrumenten en de computer te beheren, en een om de sonde te houden. Kies de juiste probe volgens de baby postmenstruele leeftijd (PMA). De optische sonde met FDNIRS bron-detector scheidingen van 1, 1,5, 2 en 2,5 cm gebruikt voor zuigelingen <37 weken PMA en de probe met FDNIRS scheidingen 1,5, 2, 2,5 en 3 cm gebruikt voor oudere kinderen (figuur 2-A ). De keuze van een kortere bron-detector scheidingen wordt gedicteerd door prematuren 'kleine formaat en groter hoofd kromming. Bij gebruik van een grotere sonde met een te vroeg geboren baby, de met beively kleinere omvang van het hoofd van de baby en haar belangrijke kromming samen daadwerkelijke contact tussen het hoofd van de baby en alle bronnen en detectoren. Daarom de probe met FDNIRS bron-detector scheidingen van 1, 1,5, 2 en 2,5 cm is passend voor gebruik met prematuren. Ons onderzoek heeft vastgesteld dat de gekozen bron-detector scheidingen voldoende zijn om optische eigenschappen van de cerebrale cortex van zowel premature en termijndeposito 14 te meten. DCS bron en detector vezels zijn aangebracht in een rij parallel aan de FDNIRS vezels met bron-detector afstand van 1,5 (een detector) en 2 cm (drie detectoren) in zowel premature en voldragen zuigelingen probes. Sanitize de optische probes met een Sani-doek desinfecteren vegen en plaats de sonde en vezels in een eenmalig gebruik polypropyleen plastic hoesje. 2. FDNIRS Gain Instellingen en kalibratie Open de FDNIRS Graphical User Interface (GUI) en selecteer het programma-instellingen bestandovereenkomt met de probe en kalibratieblok gebruikt. Om detector voordelen passen plaats voorzichtig de sonde op een gebied van het hoofd van de proefpersoon onthaard (bij voorkeur de linkerzijde van het voorhoofd) en onderhouden in dezelfde positie zonder druk. Schakel en detectoren en pas PMT voltage tot de amplitude van elke van de bron lasers bereikt 20.000 telt. 32.000 telt is de maximale digitalisering van de analoge naar digitale acquisitie kaart, en de winsten moeten worden ingesteld onder die drempel om verzadiging te vermijden tijdens de data-acquisitie. De winst moet worden ingesteld in het frontale gebied, omdat deze regio heeft in het algemeen de laagste absorptie van laserlicht en is daarom het meest gevoelig voor verzadiging. Zet de bronnen en detectoren en geeft het probe om de kalibratie blok. De lasers moeten worden uitgeschakeld bij het verplaatsen van de sonde voor het oog de veiligheid, de detectoren moeten worden uitgeschakeld, omdat PMT's zijn zeer gevoelig en blootstelling aan een helder licht increases achtergrondgeluiden en kan permanent beschadigen. Met de sonde terug op de kalibratie blok, gebruik maken van de ND (neutrale dichtheid) filter als een bron-detector paar verzadigde verbindingen. Verschillende ND filters kunnen worden geselecteerd als gevolg van het optimaliseren van winst bij kinderen met verschillende huidskleuren Houd de sonde nog gedurende 16 seconden tijdens het uitvoeren van de kalibratie procedure. Aangezien we niet fysiek een bron naar verschillende afstanden van een detector om een ​​multi-afstand regeling te bereiken, maar gebruik vier combinaties van twee onafhankelijke bronnen en twee onafhankelijke detectoren moeten we voor de verschillende kalibreren van de twee bronnen de verschillende voordelen van de twee detectoren. Door het meten van een kalibratieblok bekende optische eigenschappen schatten we de amplitude en fase correctiefactoren nodig absorptie-en verstrooiingscoëfficiënten van het kalibratieblok herstellen. Na de kalibratie te verwerven 16 meer sec van gegevens over het blok en optische beoordeling van de toereikendheid van de ee kalibratie met een in-house MATLAB GUI. De gemeten uA en us 'moet overeenkomen met de werkelijke coëfficiënten van de kalibratie blok op alle golflengten. Kalibreer indien de pasvorm is slecht. Als detector winsten moeten worden gewijzigd, of de bron en detector vezels moeten worden losgekoppeld tijdens de metingen, herhaalt u de kalibratie procedure van het FDNIRS apparaat. Aan het einde van de meetsessie verwerven eens 16 sec van gegevens over de kalibratieblok nagaan of de kalibratie werd gedurende metingen aan het onderwerp. Indien de kalibratie niet gehandhaafd, raadpleeg tweede kalibratiepunt aan het einde van de meting en toepassing op de verkregen gegevens. 3. DCS-instellingen Open de in-house DCS data-acquisitie GUI en laad het bestand met instellingen die overeenkomen met de optische sonde wordt gebruikt. Voordat u begint met metingen, controleert u of het laservermogen van de DCS bron geschikt is voor blootstelling van de huid door het meten van thij laservermogen van de DCS bron met een vermogensmeter en het controleren van de puntgrootte met een IR-weergave-kaart (de laser zendt op 785 nm, wat niet zichtbaar is). De DCS laservermogen is ongeveer 60 mW en gekoppeld met een relatief kleine diameter vezels (400-600 um). Om ANSI-normen voor blootstelling van de huid te voldoen, moet het licht aan de sonde worden verzwakt en verspreid over een groot gebied. Dit wordt bereikt door van de punt van de vezel met een diameter van 3 mm wit vel Teflon (figuur 2-A). De Teflon is zeer verstrooiing en breed verspreidt de laserstraal. Aan het bed, ervoor dat het laservermogen op de probe is minder dan 25 mW en de spot groter is dan 3 mm in diameter. Wat de FDNIRS moet altijd eerst de bronnen en detectoren bij het verplaatsen van de optische sonde. DCS detectie foton tellen en er geen APD versterkingsinstelling wordt vereist voor de FDNIRS apparaat. Een vlag in de acquisitie software geeft aan of te veel licht wordt gedetecteerd, in welk geval het licht koppeling aan het EIThaar bron of detector vezels moet worden verminderd door de glasvezelconnectoren. Voldoende licht detectie is op het bereik van de 200,000-4,000,000 gedetecteerde fotonen (overeenkomend tot -26 ~ 0 dB op de computer display). Vermijd overmatig kunstlicht om achtergrondgeluid te verminderen. De DCS vereist geen kalibratie CBF i te meten. Bloedstroom is evenredig aan de tijd die nodig correlatie te verliezen. Een massief blok is niet voldoende om de signaalkwaliteit controleren, omdat er geen bewegende verstrooiende deeltjes aan bederf veroorzaken. Een onderzoeker de arm toont in plaats verval – hoe sneller de bloedstroom, hoe steiler het verval. 4. Data Acquisition Terwijl FDNIRS en DCS metingen kunnen snel worden gedaan in de juiste volgorde, eerst meten alle locaties met een apparaat en herhaal dezelfde progressie met het andere apparaat, met behulp van onafhankelijke acquisitie software die overeenkomt met elke. Meet zeven locaties met betrekking tot frontale, temporale en Parietal gebieden volgens een 10-20 systeem (Fp1, VBZ FP2, C3, C4, P3, P4) in sequentie (Figuur 2-B). De haren langs de bron-detector lijn en plaats de sonde op die gebieden van het hoofd. Schakel FDNIRS lasers en detectoren en controleer de signaalkwaliteit: amplitude tellingen moet tussen 2.000 en 20.000 en faseverschuivingen SNR <2 graden. Als buiten deze bereiken, verplaatsen de probe, zodat een scheiding wordt en alle bronnen en detectoren in contact met de huid. Verwerven gegevens voor 16 sec. Herhaal metingen tot drie keer per locatie (Figuur 2-C), scheiden het haar en herpositionering van de probe in een iets andere plek per acquisitie. Dit wordt gedaan om het effect van lokale inhomogeniteiten zoals haren en oppervlakkige grote schepen minimaliseren en waarden representatief een regio in plaats van een enkele vlek geven. Zet de DCS laser en detectoren en verwerven data gedurende 10 sec. Plaats de sonde en repeet de acquisities (zoals bij de FDNIRS maatregelen). Schakel alle lasers bij het verplaatsen van de sonde tussen locaties. Gegevensverzameling in alle zeven locaties is niet altijd mogelijk. Stop met metingen als het onderwerp zich manifesteert enig teken van ongemak of beweging. Probeer de overname, indien mogelijk. EEG-elektroden of respiratoire apparatuur kan ook verhinderen dat de metingen op sommige locaties. 5. Maatregel van Systemische Parameters Voor de berekening van CMRO 2i, twee systemische parameters, arteriële oxygenatie (SaO 2) en hemoglobine in het bloed (HGB), moet worden verworven. HGB is ook nodig om CBV berekenen. Terwijl conventionele pulsoximetrie voorziet in maatregelen van São 2 wordt HGB conventioneel gemeten met een bloedonderzoek. Een nieuwe pulsoximeter, ontwikkeld door Masimo Corporation, kan HGB meten niet-invasieve door meerdere golflengten. Het apparaat is door de FDA goedgekeurd voor kinderen> 3 kg, en zorgt voor een snelle bed measure zowel SaO 2 en HGB. Record SaO 2 en HGB met behulp van een Masimo pulsoximeter (Pronto controle ter plaatse pulse co-oximeter). Voor deze metingen bevestigen een lijm voor eenmalig gebruik sensor op de grote teen van de voet van de baby. HGB wordt weergegeven op de monitor binnen een paar seconden. Wanneer het niet mogelijk is de Masimo pulse co-oximeter, maatregel SaO 2 met andere FDA goedgekeurde pulsoximeters. HGB kan worden verhaald op de patiënt klinische grafieken of geschat met behulp van normatieve waarden. 6. Data-analyse Open een eigen post-processing data-analyse GUI met behulp van MATLAB. Deze software niet alleen schat alle hemodynamische parameters, maar maakt ook gebruik van de redundantie van gegevens voor het automatisch beoordelen kwaliteit van de meting en de resultaten te beperken. Automatische objectieve criteria voor kwaliteitscontrole uit gegevens te verwijderen voor FDNIRS als: R2 <0,98 voor het model fit van de experimentele data, p-waarde> 00,02 voor de Pearson correlatiecoëfficiënt tussen de acht gemeten absorptiecoëfficiënten en hemoglobine fit (Figuur 3-A), p-waarde> 0,02 voor de lineaire fit van de gereduceerde verstrooiing coëfficiënten tegen golflengte (figuur 3-B) 15. Indien meer dan 33 procent van de data verdiensten ontdoen, is het geheel verwijderd. Voor DCS, data wordt verwijderd indien: de staart van de curve fitting verschilt van een meer dan 0,02, de cumulatieve variatie tussen de eerste 3 punten van de kromme is dan 0,1, of de gemiddelde waarde van de drie eerste punten is dan 1,6 (Figuur 4). Indien meer dan 50 procent van de curves worden verwijderd of de fit waarden een variatiecoëfficiënt> 15 procent, is het geheel weggegooid 15. Bereken absolute HBO en HbR concentraties door het aanbrengen van de absorptie-coëfficiënten bij alle golflengtes, met behulp van literatuur waarden voor Hb extinctiecoëfficiënten 16 eneen 75 procent concentratie van water in weefsel 17. Leid totale hemoglobineconcentratie (HBT = HBO + HbR) en SO 2 (HBO / HBT) van HBO en HbR concentraties. Schatting cerebrale bloedvolume behulp van de vergelijking beschreven in Ijichi et al. 18. CBV = (HBT x MW Hb) / (HGB x D bt), waarbij MW = 64.500 Hb [g / mol] is het molecuulgewicht van Hb en D bt = 1,05 g / ml is het hersenweefsel dichtheid. Bereken CBF i door het aanbrengen van de gemeten tijd autocorrelatie functies om de verspreiding correlatie vergelijking. De gedetailleerde theoretisch kader te CBF berekenen i is in Boas et al.. En Boas en yodh 10,11. In de vergelijkingen met afzonderlijke absorptiecoëfficiënten gemeten FDNIRS en een gemiddelde van de coëfficiënten verstrooiing over de gehele bevolking. Bereken de index van cerebrale zuurstofverbruik door de mate van SO FDNIRS <sub> 2 en DCS maat CBFi met de volgende vergelijking: CMRO 2i = (x HGB CBFi × (SaO 2 – SO 2)) / (4 x MW Hb × β) 15, waarbij de factor 4 geeft de vier O 2 moleculen aan elkaar gebonden hemoglobine en β is het percentage bijdrage van de veneuze compartiment aan de hemoglobine oxygenatie meting 19.