Non-invasive de mesure optique du métabolisme cérébral et hémodynamique chez les nourrissons

1. Préparation pour les mesures de chevet Les FDNIRS ainsi que les systèmes DCS sont compacts et faciles à déplacer sur un petit chariot au chevet de l'enfant à l'hôpital (figure 1). Après le déplacement du chariot avec les dispositifs à côté du lit, allumer les systèmes et connecter la sonde optique pour les FDNIRS et dispositifs DCS. Assurez-vous que deux expérimentateurs sont présents pour chaque mesure: l'une pour gérer les instruments et l'ordinateur, et l'autre pour maintenir la sonde. Choisir la sonde appropriée en fonction de l'âge post-menstruel de l'enfant (PMA). La sonde optique avec FDNIRS séparations source-détecteur de 1 cm, 1,5, 2 et 2,5 est utilisé pour les nourrissons <37 semaines PMA et la sonde avec des séparations FDNIRS 1,5, 2, 2,5 et 3 cm est utilisé pour les nourrissons plus âgés (Figure 2-A ). Le choix de courtes séparations source-détecteur est dictée par la taille prématurés "petite courbure et grosse tête. Lorsque vous utilisez une sonde avec un grand prématuré, le RELATtivement plus petite taille de la tête du bébé et sa courbure importante ainsi obstacle à un contact effectif entre la tête du bébé et de toutes les sources et les détecteurs. Pour cette raison, la sonde avec FDNIRS séparations source-détecteur de 1 cm, 1,5, 2 et 2,5 convient pour une utilisation avec les prématurés. Notre recherche a vérifié que les choix des séparations source-détecteur sont suffisantes pour mesurer les propriétés optiques du cortex cérébral de 14 à la fois prématuré et à terme. DCS fibres de source et de détecteur sont disposés dans une rangée parallèle aux fibres FDNIRS avec des distances source-détecteur de détecteur 1,5 (une) et 2 cm (trois détecteurs) dans les deux sondes prématurés et à terme. Désinfecter les sondes optiques avec un chiffon Sani-désinfection essuyer et insérez la sonde et de fibres dans une douille à usage unique en plastique polypropylène. 2. Réglages de gain et d'étalonnage FDNIRS Ouvrez l'interface utilisateur FDNIRS graphique (GUI) et sélectionnez le fichier des paramètres du programmebloc correspondant à la sonde et d'étalonnage utilisé. Pour ajuster les gains détecteur, placez doucement la sonde sur une zone de la tête du sujet sans poils (de préférence le côté gauche du front) et le maintenir dans la même position sans appliquer de pression. Activer les sources et les détecteurs et régler la tension jusqu'à ce que le PMT amplitude selon l'une quelconque des lasers source atteint 20.000 chiffres. 32.000 comptes est la numérisation maximale de l'analogue de carte d'acquisition numérique, et les gains doivent être fixés au-dessous de ce seuil pour éviter la saturation lors de l'acquisition des données. Les gains devraient être situé dans la zone frontale parce que cette région est généralement la plus faible absorption de la lumière laser et est donc plus enclin à saturation. Désactiver les sources et les détecteurs et la sonde retour sur le bloc d'étalonnage. Les lasers doivent être éteints lors du déplacement de la sonde pour la protection des yeux, les détecteurs doivent être mis hors tension parce PMT sont très sensibles et l'exposition à une lumière vive increases bruit de fond et peut les endommager définitivement. Avec la sonde de retour sur le bloc d'étalonnage, utiliser la densité neutre (ND) si des acides gras saturés paire source-détecteur. Les filtres ND différentes peuvent être sélectionnées grâce à des gains d'optimisation chez les nourrissons avec différentes couleurs de peau Tenir la sonde immobile pendant 16 secondes lors de l'exécution de la procédure d'étalonnage. Comme nous n'avons pas déplacer physiquement une source à différentes distances d'un seul détecteur pour obtenir un système multi-distance, mais au lieu d'utiliser quatre combinaisons de deux sources indépendantes et deux détecteurs indépendants, nous avons besoin de calibrer la puissance différente des deux sources et les différents gains des deux détecteurs. En mesurant un bloc d'étalonnage des propriétés optiques connues, nous estimons l'amplitude et la phase des facteurs de correction nécessaires pour récupérer les coefficients d'absorption et de dispersion du bloc d'étalonnage. Après l'étalonnage, d'acquérir sec 16 de plus de données sur le bloc et évaluer visuellement l'adéquation des ee étalonnage avec une interface graphique en interne MATLAB. La mesure pA et ms "doivent correspondre aux coefficients réels du bloc d'étalonnage à toutes les longueurs. Recalibrer si l'ajustement est médiocre. Si les gains de détection doivent être modifiés, ou des fibres de source et du détecteur doivent être déconnectés durant les mesures, répétez la procédure d'étalonnage de l'appareil FDNIRS. À la fin de la séance de mesure, acquérir un autre 16 secondes de données sur le bloc d'étalonnage pour vérifier si l'étalonnage a été maintenue pendant les mesures sur l'objet. Si le calibrage n'a pas été entretenu, prendre un second calibrage à la fin de la mesure et d'appliquer aux données acquises. 3. Réglages DCS Ouvrez le DCS en interne l'acquisition de données graphique et chargez le fichier de paramètres correspondant à la sonde optique utilisée. Avant de commencer les mesures, vérifiez que la puissance du laser de la source DCS est approprié pour l'exposition cutanée par la mesure de til la puissance du laser de la source DCS avec un mesureur de puissance et de contrôle de la taille du spot avec une carte de visualisation IR (le laser émet à 785 nm, ce qui n'est pas visible). La puissance laser est DCS ~ 60 mW et couplé à une fibre de diamètre relativement petit (400-600 um). Pour répondre aux normes ANSI pour l'exposition cutanée, à la lumière de la sonde doit être atténuée et diffusée sur une grande surface. Ce résultat est obtenu en recouvrant l'extrémité de la fibre avec un diamètre de 3 mm blanc feuille de téflon (Figure 2-A). Le téflon est fortement diffusant et diffuse largement le faisceau laser. Au chevet du patient, en sorte que la puissance du laser à la sonde est inférieure à 25 mW et la dimension du spot est plus grande que 3 mm de diamètre. En ce qui concerne les FDNIRS, éteignez toujours sources et de détecteurs lors du déplacement de la sonde optique. Détection DCS est à comptage de photons et il n'ya pas de réglage du gain APD tel que requis pour l'appareil FDNIRS. Un drapeau dans le logiciel d'acquisition indique si trop de lumière est détectée, auquel cas la lumière de couplage de l'IETsa source ou fibres de détection doit être réduite en tournant les connecteurs fibre optique. Adéquate détection de la lumière est sur la plage de 200,000-4,000,000 photons détectés (ce qui correspond à -26 à 0 dB sur l'écran de l'ordinateur). Evitez la lumière ambiante excessive pour réduire le bruit de fond. Le DCS ne nécessitent pas d'étalonnage pour mesurer CBF i. Le flux sanguin est proportionnel au temps qu'il faut pour perdre corrélation. Un bloc solide ne suffit pas de vérifier la qualité du signal, car il n'existe pas de particules diffusantes en mouvement pour provoquer la pourriture. Un bras expérimentateur montre au contraire la carie – plus le flux sanguin, plus la carie. 4. Acquisition de données Alors que FDNIRS et des mesures DCS peut être fait rapidement dans l'ordre, d'abord mesurer tous les emplacements avec un seul appareil, puis répétez la même progression avec l'autre appareil, en utilisant le logiciel d'acquisition indépendante correspondant à chacun. Mesurer sept endroits couvrant frontale, temporale et Parietal zones, selon un système 10-20 (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4), dans l'ordre (Figure 2-B). La partie des cheveux le long de la ligne de source-détecteur et placer la sonde sur la zone de la tête. Tournez sur les lasers et les détecteurs FDNIRS et vérifier la qualité du signal: Chiffres d'amplitude doit être comprise entre 2.000 et 20.000 et déphasages SNR <2 degrés. Si en dehors de ces plages, repositionner la sonde, assurant cheveux est séparée et toutes les sources et les détecteurs sont en contact avec la peau. Acquérir des données pendant 16 secondes. Répéter les mesures jusqu'à trois fois à chaque endroit (Figure 2-C), séparant les cheveux et le repositionnement de la sonde dans un endroit légèrement différent pour chaque acquisition. Ceci est fait pour minimiser les effets des inhomogénéités locales comme les cheveux et les gros vaisseaux superficiels et de fournir des valeurs représentatives d'une région, plutôt que d'un seul point. Allumez le laser et les détecteurs de DCS et acquérir des données pendant 10 secondes. Repositionner la sonde et représentantmanger les acquisitions (comme les mesures FDNIRS). Éteignez tous les lasers lors du déplacement de la sonde entre les emplacements. La collecte de données dans les sept lieux n'est pas toujours possible. Cesser les mesures si le sujet manifeste aucun signe de détresse ou de mouvement. Recommencez l'acquisition si possible. Électrodes EEG ou de l'équipement respiratoire peut également empêcher des mesures dans certains endroits. 5. Mesure des paramètres systémiques Pour le calcul de CMRO 2i, deux paramètres systémiques, l'oxygénation artérielle (SaO 2) et de l'hémoglobine dans le sang (HGB), doivent être acquises. HGB est également nécessaire pour calculer CBV. Alors que l'oxymétrie de pouls conventionnel prévoit des mesures de SaO 2, du HGB ​​est classiquement mesurée par un test sanguin. Un oxymètre de pouls nouveau, mis au point par Masimo Corporation, est capable de mesurer de façon non invasive HGB en utilisant des longueurs d'onde multiples. Le dispositif est approuvé par la FDA pour les enfants> 3 kg, et permet une mesu chevet rapidesure à la fois de SaO 2 et HGB. Enregistrement SaO 2 et HGB l'aide d'un oxymètre de pouls Masimo (spot Pronto vérifier le pouls de co-oxymètre). Pour ces mesures, fixer un adhésif à usage unique capteur au gros orteil du pied du bébé. HGB sera affiché sur l'écran pendant quelques secondes. Quand il n'est pas possible d'utiliser le pouls Masimo co-oxymètre, mesure SaO 2 avec d'autres oxymètres de pouls approuvés par la FDA. HGB peut être soit récupéré à partir de dossiers de patients cliniques ou estimées à l'aide des valeurs normatives. 6. Analyse des données Ouvrir une maison de post-traitement d'analyse de données en utilisant l'interface graphique MATLAB. Non seulement ce logiciel évalue tous les paramètres hémodynamiques, mais utilise également la redondance des données pour évaluer automatiquement la qualité de la mesure et de restreindre la recherche. Automatiques des critères objectifs pour le contrôle de la qualité consistent en éliminant des données pour FDNIRS si: R2 <0,98 pour l'ajustement du modèle des données expérimentales, la p-valeur> 0.02 Pour le coefficient de corrélation de Pearson entre les coefficients d'absorption mesurées huit et l'ajustement d'hémoglobine (figure 3-A), valeur p> 0,02 pour l'ajustement linéaire des coefficients de diffusion réduits par rapport aux longueurs d'onde (figure 3-B) 15. Si plus de 33 pour cent de fond des données de la mise en dépôt, l'ensemble est mis au rebut. Pour le DCS, les données sont rejetées si: la queue de la courbe d'adaptation est différent de 1 de plus de 0,02, la variation cumulative entre les 3 premiers points de la courbe est supérieur à 0,1, ou la valeur moyenne des 3 premiers points est plus de 1,6 (figure 4). Si plus de 50 pour cent des courbes sont éliminées, ou les valeurs d'ajustement ont un coefficient de variation> 15 pour cent, l'ensemble est mis au rebut 15. Calculer absolue HbO et les concentrations de HBr en ajustant les coefficients d'absorption à toutes les longueurs, en utilisant les valeurs de la littérature pour l'Hb extinction coefficients 16 etune concentration de 75 pour cent de l'eau dans le tissu 17. Dériver concentration d'hémoglobine totale (HBT = HbO + HBr) et de SO 2 (HBO / hbt) à partir des concentrations HBO et HbR. Estimer le volume sanguin cérébral en utilisant l'équation décrite dans Ijichi et al 18. CBV = (HBT × MW Hb) / (HGB × D bt), où MW Hb = 64.500 [g / mole] est le poids moléculaire de l'hémoglobine, et D bt = 1,05 g / ml est la masse volumique du tissu cérébral. Calculer CBF i en ajustant les fonctions de mesure d'autocorrélation temporelle de l'équation de corrélation de diffusion. Le cadre théorique détaillée pour calculer CBF i est dans Boas et al. Boas et yod et 10,11. Dans les équations, utiliser les coefficients d'absorption mesurés à partir de chaque FDNIRS et une moyenne des coefficients de diffusion dans la population. Calculer l'indice de la consommation cérébrale en oxygène en utilisant la mesure FDNIRS de SO <sub> 2 et la mesure de DCS CBFI avec l'équation suivante: CMRO 2i = (HGB × × CBFI (SaO 2 – SO 2)) / (4 × × β Hb MW) 15, où le facteur 4 correspond aux quatre molécules O 2 liés l'un à l'hémoglobine et β est la contribution pour cent du compartiment veineux à la mesure de l'oxygénation d'hémoglobine 19.