乳幼児の脳代謝と血行動態の非侵襲的光計測

1。ベッドサイド対策のための準備 FDNIRSとDCSのシステムは、病院で乳児の枕元（ 図1）に小さなカートで移動する、コンパクトで簡単です。 枕元にデバイスとカートを移動した後、システムの電源をオンにしFDNIRSおよびDCSデバイスに光プローブを接続します。楽器やコンピュータを管理するために、もう一方は、プローブを保持するために、二つの実験者はすべての測定のために存在することを確認します。 乳児の月経（PMA）に応じて適切なプローブを選択してください。 1、1.5、2、2.5 cmのFDNIRS光源-検出器分離による光プローブは乳児のために使用されている<37週PMAとFDNIRS分離1.5、2、2.5、3 cmのプローブの乳児（図2に使用され）。短い光源 – 検出器分離の選択は、早産児 '小さいサイズと大きい頭部曲率によって決定される。早産児でより大きなプローブを用いて、relat赤ちゃんの頭とその重要曲のively小さいサイズが一緒に乳児の頭とすべての源と検出器との間の効果的な接触を妨げる。このような理由から、1、1.5、2、2.5 cmのFDNIRS光源 – 検出器分離とプローブは早産児で使用するための継手です。我々の研究は、選択された光源-検出器分離が早産と長期の両方の14の大脳皮質の光学特性を測定するのに十分であることを確認しました。 DCSの源と検出器繊維が光源 – 検出器間の距離は1.5（1検出器）との両方の時期尚早と正期産児プローブで2cm（3検出器）とFDNIRS繊維に平行に一列に配置されている。 シングルユースポリプロピレンプラスチックスリーブにプローブと繊維を拭いて挿入消毒サニ布で光プローブをサニタイズする。 2。 FDNIRSゲイン設定とキャリブレーション FDNIRSグラフィカルユーザインタフェース（GUI）を開き、プログラムの設定ファイルを選択プローブに対応するキャリブレーションブロックが使用されている。 検出器のゲインを調整するには、優しく髪（できれば額の左側）を使用せずに被験者の頭部の領域にプローブを配置し、任意の圧力を適用することなく、同じ位置にそれを維持する。源と検出器の電源をオンにして、ソースレーザーの任意の振幅が20,000カウントに達するまでPMT電圧を調整します。 32000カウントは、デジタル·アクイジション·カードにアナログの最大デジタル化であり、利得は、データ集録中に飽和を避けるために、そのしきい値より低く設定する必要があります。この領域は、一般的にレーザ光の最小吸収を有し、したがって、飽和に最も発生しやすいため利益を前頭に設定する必要があります。 源と検出器の電源をオフにして、キャリブレーション·ブロックへのプローブを返します。レーザーは目の安全のためにプローブを移動させるときにオフにする必要があります; PMTには非常に敏感で、任意の明るい光iへの曝露であるため、検出器はオフにする必要バックグラウンドノイズをncreasesと永久に損傷することがあります。 バックリブレーション·ブロック上のプローブを用いて、中立密度（ND）フィルターを使用し、任意の光源 – 検出器ペアが飽和します。異なるNDフィルターは、さまざまな肌のトーンに起因する乳児の最適ゲインに選択することができ、キャリブレーションの手順を実行しているときに16秒のためにまだプローブを保持します。我々は物理的に多距離スキームを達成するために、単一の検出器からの距離が異なる1つのソースを移動するのではなく、2つの独立したソースと2つの独立した検出器の4つの組み合わせを使用していないので、我々は2つ​​のソースの異なるパワーを校正する必要があり、 2つの検出器の異なるゲイン。既知の光学特性のキャリブレーション·ブロックを測定することにより、我々は、キャリブレーションブロックの吸収と散乱係数を回復するために必要な振幅と位相補正係数を推定する。 キャリブレーション後、ブロックにデータの16秒以上を取得して、視覚的に目の妥当性を評価社内のMATLAB GUIを備えた電子校正。測定μAおよびμsの 'は、すべての波長のキャリブレーション·ブロックの実際の係数と一致する必要があります。フィット感が悪い場合に校正します。 検出器のゲインを変更する必要がある、または光源と検出器の繊維が測定中に切断する必要がある場合は、FDNIRSデバイスのキャリブレーション手順を繰り返します。 測定セッションの終了時に、キャリブレーションをテーマに測定中に維持されたかどうかを確認するためにキャリブレーション·ブロック上のデータの別の16秒を獲得。キャリブレーションが維持されていない場合は、測定終了時第2のキャリブレーションを取って、取得したデータに適用されます。 3。 DCS設定社内のDCSデータ収集GUIを開いて、使用されている光プローブに対応した設定ファイルを読み込む。 測定を開始する前に、DCSの光源のレーザパワーがtを測定することにより、肌の露出のために適切であるかどうかを確認パワーメータとIRの視野カード（レーザーが表示されていない785 nmで発光する）でのスポットサイズをチェックすると、DCSソースの彼はレーザーパワー。 DCSのレーザー出力は約60 mWであり、比較的小さな直径のファイバー（400〜600ミクロン）に結合されている。肌の露出のためのANSI規格を満たすためには、プローブの光は減衰し、大面積にわたって拡散しなければなりません。これは、直径3mmの白いテフロンシート（ 図2-a）とファイバの先端をカバーすることによって達成される。テフロンは非常に飛散し、広くレーザービームを拡散されています。枕元で、プローブでのレーザパワーが25未満mWで、スポットサイズは​​直径3ミリメートル以上であることを確認します。光プローブを移動するときFDNIRSについては、常に情報源と検出器をオフにします。 DCSの検出は、フォトンカウンティングあり、FDNIRSデバイスに対して要求されるように全くAPDのゲイン調整はありません。あまりにも多くの光が検出された場合に収集ソフトウェアのフラグは、光がEITに結合その場合には、ことを示し彼女の源や検出器の繊維が光ファイバコネクタを回して小さくする必要がある。十分な光検出が200,000-4,000,000検出された光子（コンピュータ·ディスプレイ上の-26〜0 dBに相当）の範囲にある。バックグラウンドノイズを低減するために、過剰な部屋の明かりを避けてください。 DCSは、キャリブレーションがCBFのiを測定する必要はありません。血流は相関を失うのにかかる時間に比例します。は可動散乱粒子が存在しないため、固体ブロックは崩壊を引き起こすために信号品質をチェックするのに十分ではありません。速い血流、急峻な減衰 – 実験者の腕ではなく、減衰を示す。 4。データ収集 FDNIRSとDCSの測定が連続して素早く行うことができますが、最初の一つのデバイスとすべての場所を測定し、各々に対応する独立したアクイジション·ソフトウェアを使用して、他のデバイスと同じ進行を繰り返す。 カバー7の位置を測定し、前頭側頭、パリエット10-20システム（FP1、FPZ、FP2、C3、C4、P3、P4）によるとアル·エリア、シーケンス内（ 図2-B）。部分が光源 – 検出線に沿っ髪と頭のその領域にプローブを配置します。 FDNIRSレーザーや検出器の電源をオンにし、信号品質を確認してください。振幅数は2000と20,000と位相シフトのSNR <2度の間でなければなりません。これらの範囲外で、プローブの位置を変更した場合、確実に髪が別れ、すべての源と検出器は、皮膚と接触しているされています。 16秒間のデータを取得する。髪を別れ、それぞれの取得のためのわずかに異なる場所にプローブの位置を変更し、それぞれの場所で3回（ 図2-C）に測定を繰り返します。これは、髪と浅大型船などのローカル不均一性の影響を最小限にすると値領域の代表ではなく、単一のスポットを提供するために行われる。 DCSのレーザーや検出器の電源をオンにして、10秒間のデータを取得する。プローブとrepの位置を変更（FDNIRS対策と同様に）買収を食べる。 場所の間にプローブを移動するときに、すべてのレーザーをオフにします。すべての7つの場所でのデータ収集は、常に可能とは限りません。被験者が苦痛または運動の兆候を明示する場合、測定を中止してください。可能であれば取得を再試行してください。脳波電極や呼吸装置はまた、いくつかの場所で測定できない場合があります。 5。全身パラメータの測定 CMRO 2iの計算、2全身のパラメータ、動脈血酸素化（SAO 2）と、血液中のヘモグロビン（HGB）については、取得する必要があります。 HGBもCBVを計算するために必要とされる。従来のパルスオキシメトリは、Sao 2の措置を提供していますが、商法典は、従来の血液検査で測定されます。マシモ社によって開発された新たなパルスオキシメータは、複数の波長を用いて非侵襲的にHGB測定することができます。デバイスは、乳幼児> 3キロのためのFDAの承認を受けており、迅速な枕元measを可能にするSAO 2とHGBの両方のURE。 マシモパルスオキシメータ（プロントスポットチェックパルスオキシメータ共）を使用してレコードSAO 2およびHGB。これらの測定では、赤ちゃんの足の親指に接着シングルユースセンサーを取り付けます。 HGBは、数秒以内にモニターに表示されます。 それは他のFDAの承認を受けたパルスオキシメータとマシモパルスオキシメータの共同、メジャーSAO 2を使用することができないとき。 HGBはどちら患者の臨床チャートから回収または規範の値を用いて推定することができる。 6。データ解析社内後処理データ解析MATLABを使用してGUIを開きます。このソフトウェアは、すべての血行動態パラメータを推定するだけでなく、自動的に測定品質を評価し、結果を制約するために、データの冗長性を使用していないだけ。 場合、品質管理のための自動客観的な基準がFDNIRSためのデータを破棄で構成されています：R2は<実験データのモデル適合のための0.98、p値> 0波長（ 図3-B）を15対縮小散乱係数の線形フィットのための8つの測定吸収係数とヘモグロビン収まる（ 図3-A）間のピアソンの積率相関係数0.02、p値> 0.02。データのメリットを捨てるの33％以上ある場合、セット全体が破棄されます。 DCSは、データが破棄された場合：フィッティングカーブの尾以上0.02 1と異なる点は、曲線の3点のうちの第一の累積変動が0.1以上である、または3の最初のポイントの平均値はもっとある1.6（ 図4）より。曲線の50％以上が捨てたり、フィットの値は変動係数> 15パーセントを持っている場合、セット全体は15破棄されます。 Hbの絶滅係数16の文献値を使用して、すべての波長の吸収係数を当てはめることによって、絶対HBOとHBrの濃度を計算し、17組織内の水の75パーセントの濃度。 HBOとHBR濃度から総ヘモグロビン濃度（HBT = HBO + HBR）およびSO 2（HBO / HBT）を導出する。 伊地知ら 18に記載の式を用いて脳血液量を見積もります。 CBV =（HBT×MW Hb値 ）/（HGB×D BT）、MWのHbは = 64500 [g /モル] Hbの分子量であり、D BT = 1.05グラム/ mlの脳組織の密度である。 拡散相関式に測定された時間的な自己相関関数をフィッティングすることによりCBF iを計算する。 CBFを計算するための詳細な理論的枠組みは、 私はボアズらとボアスとユッド10,11になっています。方程式では、FDNIRS、全体人口全体の散乱係数の平均値から測定された個々の吸収係数を使用しています。 SOのFDNIRS尺度を用いて、脳酸素消費量の指標を算出<sub次の式で> 2とCBFiのDCS尺度：CMRO 2I =（HGB CBFi××（SAO 2 – 、SO 2））/（4×MWのHb×β）と第4因子は4 O 2分子を反映している15、各ヘモグロビンに結合し、βはヘモグロビンの酸素化の測定は19〜静脈コンパートメントの寄与率です。