Non-invasive optische Messung des zerebralen Metabolismus und Hämodynamik bei Säuglingen

Ein. Vorbereitung für Bedside Maßnahmen Die FDNIRS und die DCS-Systeme sind kompakt und einfach auf einem kleinen Karren des Säuglings Krankenbett im Krankenhaus (Abbildung 1) zu bewegen. Nach dem Umzug der Wagen mit den Geräten an das Bett, auf den Systemen ab und schließen Sie das optische Sonde den FDNIRS und DCS-Geräte. Stellen Sie sicher, dass zwei Experimentatoren Geschenk für jede Messung sind: ein, die Instrumente und Computer zu verwalten, und eine, um die Sonde zu halten. Wählen Sie die passende Sonde gemäß des Kindes postmenstruellen Alter (PMA). Die optische Sonde mit FDNIRS Quelle-Detektor-Abständen von 1, 1,5, 2 und 2,5 cm wird für Säuglinge <37 wks PMA und die Sonde mit FDNIRS Trennungen 1,5, 2, 2,5 und 3 cm verwendet wird für ältere Babys (Abbildung 2-A gebrauchter ). Die Wahl der kürzeren Quelle-Detektor-Trennungen von Frühgeborenen "kleine und größere Kopfkrümmung diktiert. Bei Verwendung eines größeren Sonde mit einem Frühgeborenen, die Relatively geringere Größe der Kopf des Babys und seine signifikante Krümmung zusammen wirksamen Kontakt zwischen Kopf des Kindes und alle Quellen und Detektoren. Aus diesem Grund ist die Sonde mit FDNIRS Quelle-Detektor-Abständen von 1, 1,5, 2 und 2,5 cm passend für die Verwendung mit Frühgeborenen. Unsere Untersuchungen haben nachgewiesen, dass die ausgewählten Quellen-Detektor-Trennungen ausreicht, um optische Eigenschaften der Hirnrinde von beiden Frühgeborenen und 14 zu messen sind. DCS Quelle und Detektor Fasern sind in einer Reihe parallel zu den Fasern mit FDNIRS Quelle-Detektor-Abständen von 1,5 (ein Detektor) und 2 cm (drei Detektoren) in beiden Frühgeborenen und Neugeborenen Sonden angeordnet. Sanitize die optischen Sonden mit einem Sani-Tuch Desinfektion wischen und legen Sie die Sonde und Fasern in eine Einweg-Polypropylen-Kunststoff Ärmel. 2. FDNIRS Gain-Einstellungen und Kalibrierung Öffnen Sie die FDNIRS Graphical User Interface (GUI) und wählen Sie die Programm-Einstellungen-Dateientsprechend der Sonde und Kalibrierblock verwendet wird. Zum Detektor Verstärkungen einzustellen, sanft zu platzieren die Sonde auf einer Fläche des Kopfes des Subjektes ohne Haare (vorzugsweise der linken Seite der Stirn) und halten diesen in der gleichen Position ohne Druck auszuüben. Schalten Quellen und Detektoren und PMT-Spannung einzustellen, bis die Amplitude des einen der Source-Lasern erreicht 20.000 Zählungen. 32.000 Zählungen die maximale Digitalisierung der Analog-Digital-Erfassungskarte und Verstärkungen erforderlich unterhalb dieser Schwelle eingestellt werden, um eine Sättigung während der Datenaufnahme zu vermeiden. Die Verstärkungen sollte im vorderen Bereich eingestellt werden, da dieser Bereich in der Regel den geringsten Absorption von Laserlicht und ist daher besonders anfällig für Sättigung. Schalten Sie die Quellen und Detektoren und Rückkehr der Sonde zur Kalibrierung Block. Die Laser müssen ausgeschaltet werden, wenn die Sonde für Augensicherheit; die Detektoren müssen ausgeschaltet werden, weil PMTs sehr empfindlich und der Exposition gegenüber hellem Licht sind increases Hintergrundgeräusche und kann dauerhaft beschädigt werden. Mit der Sonde zurück auf die Kalibrierung Block, die neutrale Dichte (ND)-Filter, wenn alle Quelle-Detektor-Paar sättigt. Verschiedene ND-Filter kann durch die Optimierung Gewinne bei Säuglingen mit verschiedenen Hauttönen ausgewählt werden Halten Sie die Sonde noch für 16 sec während der Ausführung der Kalibrierung. Da wir nicht physisch zu bewegen einer Quelle auf unterschiedlichen Entfernungen von einem einzigen Detektor, eine Multi-Abstand Regelung zu erreichen, sondern stattdessen vier Kombinationen von zwei unabhängigen Quellen und zwei unabhängigen Detektoren, müssen wir uns auf die verschiedenen Leistungen der beiden Quellen zu kalibrieren und die verschiedenen Verstärkungen der beiden Detektoren. Durch Messung eine Kalibrierung Block von bekannten optischen Eigenschaften schätzen wir, die Amplitude und Phase Korrekturfaktoren benötigt, um die Absorptions-und Streukoeffizienten der Kalibrierkörper erholen. Nach der Kalibrierung erwerben 16 weitere sec von Daten auf dem Block und visuell die Angemessenheit der the Kalibrierung mit einem in-house MATLAB GUI. Die gemessene uA und us 'sollten die tatsächlichen Koeffizienten der Kalibrierung Block bei allen Wellenlängen entsprechen. Kalibrieren Sie, wenn der fit ist schlecht. Wenn Detektor Gewinne geändert werden, oder die Quelle und Detektor Fasern müssen während der Messungen abgeschaltet werden müssen, wiederholen Sie die Kalibrierung des FDNIRS Gerät. Am Ende der Messreihe erwerben weitere 16 sec von Daten auf dem Kalibrierkörper zu verifizieren, ob die Kalibrierung während der Messungen auf dem Gegenstand gehalten wurde. Wenn die Kalibrierung nicht gepflegt, nehmen eine zweite Kalibrierung am Ende der Messung und gelten für die erfassten Daten. 3. DCS-Einstellungen Öffnen Sie die in-house DCS Datenerfassung GUI und laden Sie die Einstellungen-Datei entsprechend der optischen Sonde verwendet wird. Vor Beginn der Messungen sicher, dass die Laserleistung des DCS-Quelle geeignet für Hautkontakt durch Messung ter Laserleistung des DCS-Quelle mit einem Leistungsmesser und Kontrolle der Fleckgröße mit einem IR gesichtet Karte (die Laser emittiert bei 785 nm, was nicht sichtbar). Das DCS Laserleistung beträgt ~ 60 mW und mit einem relativ kleinen Durchmesser Faser (400-600 um). Um ANSI-Standards für Hautkontakt zu erfüllen, muss das Licht an der Sonde abgeschwächt und gestreut über eine große Fläche. Dies wird durch Abdecken der Spitze der Faser mit einem Durchmesser von 3 mm weißen Teflonfolie (Abbildung 2-A) erreicht. Die Teflon ist stark streuenden und stark streut das Laserstrahl. Am Krankenbett, sicherzustellen, dass die Laserleistung auf die Sonde weniger als 25 mW ist und die Spotgröße ist größer als 3 mm im Durchmesser. Wie für die FDNIRS, immer ausschalten Quellen und Detektoren beim Bewegen der optischen Sonde. DCS Detektion ist Photonenzählung und es gibt keine APD Verstärkungseinstellung wie es für die FDNIRS Vorrichtung erforderlich. Eine Fahne mit dem Erwerb Software zeigt, wenn zu viel Licht detektiert wird, in welchem ​​Fall Lichtkopplung EITQuelle oder ihr Detektorfasern muss durch Drehen der Faser-Verbinder verringert werden. Ausreichend Licht Erkennung ist auf den Bereich der 200,000-4,000,000 detektierten Photonen (entsprechend -26 ~ 0 dB auf dem Computer-Display). Vermeiden Sie übermäßige Raumbeleuchtung, um Hintergrundgeräusche zu reduzieren. Das DCS muss nicht kalibriert werden, um CBF i messen. Blutflusses ist proportional zu der Zeit, die zur Korrelation verlieren. Ein fester Block nicht ausreichen, um die Signalqualität zu überprüfen, weil es keine beweglichen Streupartikel dem Zerfall verursachen. Ein Experimentator Arm zeigt stattdessen Zerfall – je schneller die Durchblutung, desto steiler ist der Zerfall. 4. Data Acquisition Während FDNIRS und DCS Messungen schnell hintereinander durchgeführt werden, zuerst messen alle Standorte mit einem Gerät und wiederholen Sie dann die gleiche Progression mit dem anderen Gerät mit unabhängigen Software zur Erfassung entsprechend jeder. Messen sieben Standorten abdeckt frontalen, temporalen und Parietal Bereiche, gemäß einer 10-20 Systems (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4), in der Reihenfolge (2-B). Teilen Sie die Haare an der Quelle-Detektor-Linie und legen Sie die Sonde auf diesem Bereich des Kopfes. Schalten Sie FDNIRS Lasern und Detektoren und überprüfen Sie die Signalqualität: Amplitude Counts sollten zwischen 2.000 und 20.000 sein und Phasenverschiebungen SNR <2 Grad. Wenn außerhalb dieser Bereiche liegen, die Position der Sonde wird sichergestellt Haaren getrennt und alle Quellen und Detektoren sind in Kontakt mit der Haut. Erfassung von Daten für 16 sec. Wiederholen Messungen bis zu dreimal an jedem Standort (Abbildung 2-C), Abschied die Haare und Neupositionierung der Sonde in einem etwas anderen Ort für jede Akquisition. Dies geschieht, um Wirkung von lokalen Inhomogenitäten wie Haare und oberflächlich großen Gefäße zu minimieren und die repräsentativ für einen Bereich, anstatt einer einzigen Stelle bereitzustellen. Schalten Sie den DCS-Laser und Detektoren und erwerben für 10 sek. Positionieren Sie die Sonde und repessen die Akquisitionen (wie bei den FDNIRS Maßnahmen). Schalten Sie alle Laser, wenn die Sonde zwischen den Standorten. Datenerhebung in allen sieben Standorten ist nicht immer möglich. Unterbrechen Messungen, wenn das Thema manifestiert Anzeichen von Stress oder Bewegung. Wiederholen Sie die Übernahme, wenn möglich. EEG-Elektroden oder Atemschutz kann auch verhindern, dass Messungen in einigen Orten. 5. Measure of Systemic Parameter Für die Berechnung der CMRO 2i, zwei systemische Parameter, arterielle Sauerstoffsättigung (SaO2) und Hämoglobin im Blut (HGB), muss erworben. HGB ist auch erforderlich, um CBV berechnen. Während konventionelle Pulsoximetrie sieht Maßnahmen von São 2, HGB konventionell mit einem Bluttest gemessen. Eine neue Pulsoximeter durch Masimo Corporation entwickelt wurde, ist in der Lage, HGB nichtinvasiven Messung durch die Verwendung mehrerer Wellenlängen. Das Gerät ist für Kinder> 3 kg FDA-zugelassen und ermöglicht eine schnelle Bett Maßnahmenure sowohl SaO 2 und HGB. Rekord SaO 2 und HGB mit einem Masimo-Pulsoximeter (Pronto Ort-Kontrolle Pulse CO-Oximeter). Für diese Messungen legen einen Klebstoff Einweg-Sensor mit dem großen Zeh des Babys Fuß. HGB wird auf dem Monitor innerhalb von ein paar Sekunden angezeigt. Wenn es nicht möglich ist, die Masimo SET Pulse CO-Oximeter, messen SaO 2 mit anderen FDA-zugelassene Pulsoximeter verwenden. HGB kann entweder von Patienten klinische Charts wiederhergestellt werden oder anhand von normativen Werten. 6. Data Analysis Öffnen Sie ein in-house Nachbearbeitung Datenanalyse GUI mit MATLAB. Diese Software nicht nur schätzt alle hämodynamischen Parameter, sondern nutzt auch die Redundanz der Daten automatisch beurteilen die Qualität der Messung und beschränken Ergebnisse. Automatische objektive Kriterien für die Qualitätskontrolle aus Verwerfen Daten für FDNIRS wenn R2 <0,98 für das Modell fit für den experimentellen Daten, p-Wert> 00,02 für die Pearson Produkt-Moment-Korrelation zwischen den acht gemessenen Absorptionskoeffizienten und der Hämoglobin-fit (Abbildung 3-A), p-Wert> 0,02 für die lineare Anpassung der reduzierten Streukoeffizienten Abhängigkeit von der Wellenlänge (Abbildung 3-B) 15. Wenn mehr als 33 Prozent der Daten Verdienste Verwerfen, wird der gesamte Satz verworfen. Für die DCS, wenn Daten verworfen: der Schwanz der Ausgleichskurve unterscheidet sich von 1 um mehr als 0,02, ist die kumulative Schwankung zwischen den ersten drei Punkten der Kurve mehr als 0,1, oder der Mittelwert der drei ersten Punkte ist als 1,6 (Abbildung 4). Wenn mehr als 50 Prozent der Kurven verworfen werden, oder die Passung Werte haben einen Variationskoeffizienten> 15 Prozent, wird die gesamte Gruppe 15 verworfen. Berechnen absoluter HbO und HBr Konzentrationen durch Einpassen der Absorptionskoeffizienten bei allen Wellenlängen, mit Literaturwerten für Hb Extinktionskoeffizienten 16 undein 75 Prozent Konzentration von Wasser im Gewebe 17. Leiten Gesamt-Hämoglobinkonzentration (HBT = HbO + HbR) und SO 2 (HBO / HbT) von HBO und HbR Konzentrationen. Schätzen zerebralen Blutvolumens Verwendung der Gleichung Ijichi et al 18 beschrieben. CBV = (HbT × MW Hb) / (x D HGB bt), wobei MW Hb = 64.500 [g / mol] ist das Molekulargewicht von Hb und D bt = 1,05 g / ml ist das Hirngewebe Dichte. Berechnen CBF i durch Einpassen der gemessenen zeitlichen Autokorrelationsfunktionen der Diffusion Korrelationsgleichung. Die detaillierten theoretischen Rahmen zur CBF berechnet i ist Boas et al. Und Boas und Yodh 10,11. In den Gleichungen verwenden einzelnen Absorptionskoeffizienten von FDNIRS und einem Durchschnitt von den Streukoeffizienten in der gesamten Bevölkerung gemessen. Berechnen des Index der cerebralen Sauerstoffverbrauch durch Verwendung des FDNIRS Maß für SO <sub> 2 und dem DCS Maß CBFI mit der folgenden Gleichung: CMRO 2i = (HGB × CBFI × (SaO 2 – SO 2)) / (4 × MW Hb × β) 15, wobei der Faktor 4 spiegelt die vier O 2-Moleküle gebunden an jedes Hämoglobin und β ist der prozentuale Beitrag der venösen Abteil zum Hämoglobinoxygenierung Messung 19.