מדידה אופטית לא פולשנית של מטבוליזם ופרמטרים המודינמיים במוח אצל תינוקות

1. הכנה לצעדי המיטה את FDNIRS ומערכות DCS הם קומפקטיים וקלים להזזה על עגלה קטנה לצד מיטתו של התינוק בבית החולים (איור 1). אחרי שהעביר את העגלה עם התקנים למיטה, להפעיל את המערכות ולחבר את הבדיקה האופטית לFDNIRS והתקני DCS. ודא ששני הנסיינים נוכחים לכל מידה: אחד לניהול המכשירים והמחשבים, וכדי להחזיק בחללית. בחר את הבדיקה המתאימה בהתאם לגיל ההריון של התינוק (PMA). הבדיקה האופטית עם FDNIRS הפרדות מקור גלאי של 1, 1.5, 2 ו -2.5 סנטימטר משמשת לתינוקות <37 wks PMA ואת החללית עם הפרדות FDNIRS 1.5, 2, 2.5 ו 3 סנטימטר משמש לתינוקות מבוגרים יותר (איור 2- ). הבחירה של הפרדות קצרות מקור גלאים מוכתבת על ידי גודל הקטן של התינוקות פגים ועקמומיות ראש גדולות. בעת שימוש בחללית גדולה יותר עם תינוק מוקדם, relatגודל קטן יותר של ively ראשו של התינוק והעקמת המשמעותית שלה יחד לסכל קשר אפקטיבי בין ראשו של התינוק וכל המקורות והגלאים. מסיבה זו, הבדיקה עם FDNIRS הפרדות מקור גלאי של 1, 1.5, 2 ו -2.5 סנטימטר ראויה לשימוש בפגים. המחקר הוכיח שההפרדות שנבחרו מקור הגלאים מספיקות למדידת תכונות אופטיות של קליפת המוח של 14 שניהם מוקדמים וארוכים. סיבי מקור וגלאי DCS מסודרים בשורה מקבילה לסיבי FDNIRS עם מרחקי מקור גלאים של 1.5 (גלאי אחד) ו 2 סנטימטר (שלושה גלאים) בשתי בדיקות פגים וטווח. לטהר את הבדיקות האופטיות עם סאני בד החיטוי לנגב ולהכניס את החללית וסיבים לתוך שרוול פלסטיק פוליפרופילן שימוש יחיד. 2. FDNIRS הגדרות רווח וכיול פתח את ממשק המשתמש הגרפי FDNIRS (GUI) ובחר את קובץ הגדרות התכניתמקביל לבדיקה וכיול בלוק בשימוש. כדי לכוונן את רווחי גלאי, מניח בעדינות את הבדיקה בשטח של ראשו של הנושא בלי שיער (רצוי בצד השמאל של המצח) ולשמור אותו באותה התנוחה ללא החלה כל לחץ. הפעל מקורות וגלאים ולהתאים את מתח PMT עד המשרעת של כל אחד מלייזרי המקור מגיעה 20,000 סעיפים. 32,000 ספירות הן דיגיטציה המרבית של אנלוגי לכרטיס רכישה דיגיטלי, ורווחים צריכים להיות מוגדרים מתחת לסף, כדי למנוע רוויה במהלך רכישת נתונים. הרווחים צריכים להיות מוגדרים בחלק הקדמי, כי אזור זה בדרך כלל יש קליטה הנמוכה של אור ליזר, ולכן הוא נוטה ביותר לרוויה. כבה את המקורות וגלאים ולהחזיר את החללית לבלוק הכיול. הלייזרים צריכים להיות כבוי בעת מעבר לבדיקת בטיחות עין; הגלאים צריכים להיות כבוי בגלל PMTs רגישים מאוד וחשיפה לכל אור בהיר אניncreases רעשי רקע, ויכול לגרום ניזק בלתי הפיך אותם. עם החללית חזרה על בלוק הכיול, השתמש במסנן הצפיפות הניטראלי (ND), אם בכלל, מרווה את זוג המקור במכונת האמת. ניתן לבחור מסנני ND שונים עקב רווחי אופטימיזציה בתינוקות עם גווני עור שונים החזק את החללית עדיין ל16 שניות תוך כדי ריצת הליך הכיול. מכיוון שאנחנו לא פיסיים להעביר את המקור אחד למרחקים שונים מגלאי יחיד להשיג ערכה רבת מרחק, אך במקום להשתמש בארבעה שילובים של שני מקורות עצמאיים ושני גלאים עצמאיים, אנחנו צריכים לכייל לכוח השונה של שני מקורות ו הרווחים השונים של שני הגלאים. על ידי מדידת בלוק כיול של תכונות אופטיות ידועות, אנו מעריכים את המשרעת וגורמי תיקון שלב הדרושים כדי לשחזר את מקדמי קליטה ופיזור של בלוק הכיול. לאחר כיול, תרכוש 16 שניות יותר של נתונים על הבלוק וחזותי להעריך את הלימות הכיול עם דואר בבית MATLAB GUI. Μa נמדד וμs 'צריך להתאים את המקדמים בפועל של בלוק כיול בכל אורכי הגל. לכייל מחדש אם בכושר ירוד. אם רווחי גלאי צריכים להיות שונים, או סיבי מקור וגלאי צריכים להיות מנותקים במהלך מדידות, לחזור על תהליך הכיול של מכשיר FDNIRS. בסיומה של פגישת המדידה, לרכוש 16 שניות נוספות של נתונים על בלוק הכיול כדי לוודא אם הכיול נשמר במהלך מדידות בנושא. אם הכיול לא נשמר, לקחת כיול 2 בסוף המדידה ותחול על המידע שנרכש. 3. הגדרות DCS פתח בבית DCS נתוני רכישת GUI ולטעון את הקובץ המתאים לבדיקה האופטית בשימוש בהגדרות. לפני שמתחיל מדידות, ודא שכוח הליזר של מקור DCS מתאים לחשיפת עור על ידי מדידה לאהוא כוח הליזר של מקור DCS עם מד כוח ובדיקת גודל המקום עם כרטיס צפיית IR (הליזר פולט ב785 ננומטר, אשר אינו גלוי). כוח ליזר DCS הוא ~ 60 mW ומצמיד את הסיבים בקוטר קטן יחסית (400-600 מיקרומטר). כדי לעמוד בסטנדרטים של ANSI לחשיפת עור, האור בבדיקה חייב להיות מוחלש ומתפזר על פני שטח גדול. זו מושגת על ידי כיסוי קצה הסיב בקוטר 3 מ"מ לבן טפלון גיליון (איור 2-A). הטפלון מאוד פיזור נרחב ומפזר את קרן הליזר. ליד מיטת החולה, להבטיח כי כוח הליזר בבדיקה הוא פחות מ 25 mW וגודל הנקודה גדול יותר מ 3 מ"מ בקוטר. באשר לFDNIRS, תמיד לכבות מקורות וגלאים כשעוברים בדיקה האופטית. איתור DCS הוא פוטון-ספירה ואין התאמת רווח APD כנדרש עבור מכשיר FDNIRS. דגל בתוכנת הרכישה מציין אם יותר מדי אור מזוהה, ובמקרה כזה אור הצימוד לeitהמקור שלה או סיבי גלאי צריך להיות מופחת באמצעות הפיכת מחברי הסיב. גילוי נאות הוא אור בטווח של 200,000-4,000,000 פוטונים אותרו (מקביל ל-26 ~ 0 dB על צג המחשב). הימנע מאור בחדר מוגזם כדי להפחית את רעש רקע. DCS אינו דורש כיול למדוד CBF אני. זרימת דם היא פרופורציונלית לזמן שנדרש כדי לאבד את הקשר. גוש מוצק לא יספיק כדי לבדוק את איכות אות כי אין פיזור חלקיקים נעים לגורמים עששת. הזרוע של הנסיין במקום תערוכות ריקבון – מהר יותר את זרימת הדם, הריקבון התלול יותר. 4. רכישת נתונים אמנם ניתן לעשות FDNIRS ומדידות DCS מהירות ברצף, למדוד תחילה את כל המקומות במכשיר אחד ולאחר מכן לחזור על אותה ההתקדמות עם מכשיר האחר, באמצעות תוכנת רכישה עצמאית מתאימה לכל אחד. מדדו שבעה מקומות כיסוי חזיתי, זמני וparietאזורי al, על פי 10-20 מערכת (FP1, FpZ, FP2, C3, C4, P3, P4), ברצף (איור 2-B). חלק השיער לאורך קו מקור הגלאי ולמקם את החללית שבאזור הראש. הפעל לייזרים וגלאי FDNIRS ולבדוק את איכות האות: ספירת האמפליטודה צריכה להיות בין 2000 ל -20,000 ושלב משמרות SNR <2 מעלות. אם מחוץ לטווחים אלו, למקם מחדש את החללית, שיער הבטחתו נפרד וכל המקורות והגלאים נמצאים במגע עם העור. לרכוש נתונים עבור 16 שניות. חזור על מדידות עד שלוש פעמים בכל מיקום (איור 2-C), פרידת השיער ולמקם מחדש את החללית בנקודה שונה מעט לכל רכישה. הדבר נעשה כדי למזער את ההשפעה של inhomogeneities המקומי כגון שיער וספינות גדולות, שטחיות ולספק ערכים מייצגים של אזור, ולא נקודה אחת. הפעל DCS הליזר וגלאים ולרכוש נתונים עבור 10 שניות. שנה את מיקום הבדיקה והנציגלאכול את הרכישות (כמו באמצעי FDNIRS). כבה את כל הלייזרים בעת מעבר בין מקומות הבדיקה. איסוף נתונים בכל השבעה המקומות לא תמיד אפשרי. יש להפסיק את מדידות אם הנושא בא לידי ביטוי כל סימן של מצוקה או תנועה. נסה שוב את הרכישה אם זה אפשרי. אלקטרודות EEG או ציוד נשימה עשויות גם למנוע מדידות במקומות מסוימים. 5. מדד של פרמטרים מערכתיים לחישוב CMRO 2i, שני פרמטרים מערכתיים, חמצון העורקי (סאו 2) והמוגלובין בדם (HGB), חייב להיות שנרכש. HGB נחוץ גם כדי לחשב CBV. בעוד oximetry הדופק הקונבנציונלי מספק מדדים של סאו 2, HGB נמדד כמקובל בבדיקת דם. Oximeter דופק חדש, שפותח על ידי חברת Masimo, הוא מסוגל למדוד HGB הלא פולשני באמצעות אורכי גל מרובים. המכשיר הוא-FDA אשר לתינוקות> 3 ק"ג, ומאפשר MEAs bedside מהיריור של שניהם סאו 2 ו HGB. שיא סאו 2 ו HGB באמצעות Masimo דופק oximeter (נקודת Pronto לבדוק את הדופק של שיתוף oximeter). מדידות אלה, לצרף חיישן דבק חד פעמי לבוהן רגלו של התינוק. HGB יוצג על המסך תוך כמה שניות. כאשר לא ניתן להשתמש Masimo דופק השיתוף oximeter, מדד סאו 2 עם oximeters דופק-FDA האחר. HGB ניתן לשחזר או מתרשימים הקליניים של המטופלים או נאמד באמצעות ערכים נורמטיביים. 6. ניתוח נתונים פתח בבית לאחר עיבוד נתוני ניתוח GUI באמצעות MATLAB. תוכנה זו לא רק מעריכה את כל הפרמטרים המודינמים, אלא גם משתמשת ביתירות של נתונים כדי להעריך באופן אוטומטי את איכות מדידה והגבלת תוצאות. קריטריונים אובייקטיביים אוטומטיים לבקרת איכות מורכבת מנתוני השלכת לFDNIRS אם: R2 <0.98 להתאמת המודל של הנתונים הניסיוניים, p-value> 0.02 למקדם פירסון מוצר רגע המתאם בין מקדם הקליטה נמדדה 8 וכושר המוגלובין (איור 3-), p-value> 0.02 להתאמה ליניארית של מקדמי הפיזור המופחתים לעומת אורך גל (איור 3-B) 15. אם יותר מ 33 אחוזים מנתוני גוף השלכת, המערך השלם נמחק. לDCS, הנתונים נמחקים אם: הזנב של העקומה ההולמת שונה מ1 על ידי יותר מ 0.02, הווריאציה מצטברת בין 3 הנקודות הראשונות של העקומה היא יותר מ -0.1, או השווי הממוצע של 3 הנקודות הראשונות הוא יותר מ -1.6 (איור 4). אם עברתי יותר מ 50 אחוזים מעיקולים מבוטלים, או את הערכים המתאימים יש לי מקדמים שונים> 15 אחוזים, המערך השלם נמחק 15. חישוב ריכוזי HBr המוחלט HBO והולם את מקדמי קליטה בכל אורכי הגל, תוך שימוש בערכי המוגלובין ספרות להכחדת 16 מקדמים וריכוז 75 אחוזים ממים ברקמות 17. לגזור ריכוז מוחלט המוגלובין (= HBT HBO + HBr) וכן 2 (HBO / HBT) מריכוזי HBO וHBr. מעריך נפח דם במוח באמצעות המשוואה המתוארת בIjichi אח' 18. CBV = (HBT × MW המוגלובין) / (HGB × D BT), שבו MW Hb = 64500 [ג'/ מול] הוא משקל המולקולרי של המוגלובין, וD BT = 1.05 הוא גרם / מיליליטר צפיפות רקמת המוח. חישוב CBF אני ידי התאמת פונקציות autocorrelation הזמניות המדודות למשוואת קורלציה דיפוזיה. המסגרת התיאורטית המפורטת לחשב CBF אני נמצא בבועז ואח'. ובועז וYodh 10,11. במשוואות, השתמש מקדם קליטה בודדה שנמדד מFDNIRS וממוצע של המקדמים התפזרו על פני כל האוכלוסייה. לחשב את מדד צריכת חמצן במוח על ידי שימוש באמצעי FDNIRS של SO <sub> 2 ומידת DCS של CBFi עם המשוואה הבאה: CMRO 2i = (HGB × × CBFi (סאו 2 – SO 2)) / (4 × MW Hb × β) 15, שבו הגורם 4 משקף את 2 ארבע מולקולות O חייבים כל ההמוגלובין וβ הוא תרומת אחוזים מתא הוורידים למדידת חמצון המוגלובין 19.