Nós combinamos domínio da freqüência medidas espectroscopia no infravermelho próximo de oxigenação cerebral hemoglobina com medidas de correlação difusas espectroscopia de índice de fluxo sangüíneo cerebral para estimar um índice de metabolismo do oxigênio. Nós testamos a utilidade desta medida como uma ferramenta de triagem de cabeceira para avaliar a saúde e desenvolvimento do cérebro do recém nascido.
Lesão cerebral perinatal continua a ser uma importante causa de mortalidade e morbidade infantil, mas ainda não há uma ferramenta eficaz que pode cabeceira precisão tela para lesão cerebral, a evolução lesão, monitor ou avaliar a resposta à terapia. A energia usada pelos neurônios é derivado em grande parte do metabolismo oxidativo de tecidos, e hiperatividade neural e morte celular são refletidas por mudanças correspondentes no metabolismo cerebral de oxigênio (CMRO 2). Assim, as medidas de CMRO 2 são reflexo da viabilidade neuronal e fornecer informação de diagnóstico importante, tornando CMRO 2 um alvo ideal para a medição de cabeceira de saúde do cérebro.
Imagiologia cerebral técnicas como a tomografia por emissão de pósitrons (PET) e emissão de fóton único tomografia computadorizada medidas (SPECT) de rendimento de glicose cerebral e metabolismo do oxigênio, mas estas técnicas exigem a administração de radionucleotides, então eles são usados apenas nos casos mais graves.
De onda contínua de espectroscopia de infravermelho próximo (CWNIRS) prevê medidas de radiação não-invasivos e não-ionizante de saturação de oxigênio da hemoglobina (SO 2) como um substituto para o consumo de oxigênio cerebral. No entanto, SO 2 é menos do que o ideal como um substituto para o metabolismo cerebral de oxigênio, como é influenciado tanto pelo fornecimento de oxigênio e consumo. Além disso, as medições de SO 2 não são sensíveis o suficiente para detectar horas após a lesão cerebral 1,2 insulto, pois o consumo de oxigênio e entrega alcançar o equilíbrio depois de transientes agudos 3. Nós investigamos a possibilidade de utilização de NIRS mais sofisticados métodos ópticos para quantificar o metabolismo cerebral de oxigênio à beira do leito em recém-nascidos saudáveis e cérebro lesado. Mais especificamente, nós combinamos os NIRS domínio da freqüência (FDNIRS) medida de SO 2 com a espectroscopia de correlação difusa (DCS) medida de índice de fluxo de sangue (CBF i) yield um índice de CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5.
Com os FDNIRS combinados / sistema DCS somos capazes de quantificar o metabolismo cerebral e hemodinâmica. Isto representa uma melhoria em relação CWNIRS para detectar a saúde do cérebro, o desenvolvimento do cérebro e resposta ao tratamento em recém-nascidos. Além disso, este método adere a todas as UTI Neonatal (UTIN) políticas de controle de infecção e políticas institucionais para a segurança do laser. Trabalho futuro vai procurar integrar os dois instrumentos para reduzir o tempo de aquisição à beira do leito e implementar feedback em tempo real sobre a qualidade dos dados para reduzir a taxa de rejeição de dados.
O dispositivo FDNIRS é um sistema no domínio da frequência personalizada de ISS Inc. com dois conjuntos idênticos de 8 diodos laser emitindo em oito comprimentos de onda que variam 660-830 nm, e dois tubos fotomultiplicadores (PMT) detectores. Fontes e detectores são moduladas a 110 MHz e 110 MHz, acrescido de 5 kHz, respectivamente, para se conseguir a detecção heteródina 6. Cada diodo laser é ligado por 10 mseg em seqüência, para um tempo de aquisição 160 ms total por ciclo. Fontes e detectores são acoplados a fibra óptica e dispostos em uma linha em uma sonda óptica. A disposição das fibras na sonda é tal que se produz quatro diferentes fonte de detector-separações. Ao medir a luz transmitida (atenuação de amplitude de deslocamento de fase e) a distâncias diversas, é possível quantificar a absorção (mA) e espalhamento (mS ') coeficientes do tecido sob observação. A partir dos coeficientes de absorção em comprimentos de onda múltiplos, que, em seguida, estimar os valores absolutos das oxigenado (HBO) edesoxigenada (HBR) concentrações de hemoglobina 7, volume sanguíneo cerebral (CBV) e saturação de oxigênio da hemoglobina (SO 2).
O dispositivo DCS é uma casa – sistema integrado semelhante ao desenvolvido pelos drs. Arjun Yodh e Turgut Durduran da Universidade da Pensilvânia 8,9. O sistema DCS, que consiste de um sólido – laser de estado coerência, longo em 785 nm, quatro fóton-contagem fotodiodo avalanche (APD) detectores (EG & G Perkin Elmer SPCM-AQRH) apresentam baixa contagem de escuro (<50 contagens / s) e uma alta rendimento quântico (> 40% em 785 nm), e um canal de quatro, 256-bin multi-tau correlacionador, com resolução de 200 nseg. Com o DCS medimos o fluxo sanguíneo microvascular no córtex cerebral, quantificando as flutuações de intensidade de luz temporais multiplamente disperso que surge a partir de desvios Doppler produzido pelo movimento de células vermelhas do sangue. A técnica, semelhante ao laser de fluxometria de Doppler no sangue (isto é, eles são Fourier Transform análogos), mede uma função de autocorrelação das flutuações de intensidade de cada canal de detector calculado por um dispositivo de correlação digital, ao longo de um intervalo de tempo de atraso de 200 ns – 0,5 seg. O correlator calcula a intensidade temporais auto-correlação da luz re-emergindo a partir do tecido. Em seguida, ajuste da equação de difusão de correlação para a função de autocorrelação medido, adquirida sequencialmente, cerca de uma vez por segundo, para se obter o índice de fluxo de sangue (CBF i) 10,11. DCS medidas de mudanças no fluxo de sangue têm sido extensivamente validados 12,13. Ao combinar as medidas FDNIRS de SO 2 com as medidas DCS da CBF i, conseguimos uma estimativa do metabolismo cerebral de oxigênio (CMRO 2i).
Nós demonstramos uma medição quantitativa da hemodinâmica cerebral e metabolismo com FDNIRS e DCS na população neonatal. A configuração da sonda é otimizado para medir córtex cerebral neonatal 14. Mudanças de fluxo de sangue medidos pela DCS têm sido extensivamente validados contra outras técnicas em estudos animais e humanos 22,23. Usando uma medida directa DCS do fluxo sanguíneo, que são capazes de reduzir a variância no cálculo da CMRO 2i 24. A variância de medidas repetidas também foi menor do que as mudanças entre as regiões cerebrais e com 20 anos de idade.
A partir dos nossos resultados anteriores, CBFi e CMRO 2i mostraram alterações significativas com PMA em recém-nascidos prematuros saudáveis. A medida de CMRO 2i é mais capaz de detectar danos cerebrais do que a medida de SO 2. Isto sugere que as medidas combinadas de parâmetros vasculares e metabólicos servir b como mais robustoiomarkers de saúde do cérebro neonatal e desenvolvimento do que a saturação de oxigênio sozinho. Melhorias técnicas incidirá sobre a integração de dois instrumentos para reduzir o tempo de aquisição de 35-40% por sessão ea implementação de feedback em tempo real sobre a qualidade dos dados para reduzir a frequência das medidas descartadas. No futuro próximo, este sistema pode ser entregue para os utilizadores finais clínicos como um monitor de cabeceira novel de oxigénio metabolismo cerebral anormal. Ao medir trajetórias de CMRO 2 ao longo do tempo também pode aumentar significado clínico e prever resultados. Esta ferramenta poderia, finalmente, fazer uma contribuição significativa para a melhoria da gestão de lesão cerebral neonatal.
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecem a todas as famílias para a sua participação neste estudo e os enfermeiros, médicos e pessoal na UTI Neonatal, o Berçário de Cuidados Especiais, Neurologia Pediátrica, e as unidades de maternidade no Massachusetts General Hospital, Brigham e do Hospital da Mulher e Hospital Infantil de Boston por sua ajuda e apoio. Em particular, agradeço Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Julianne Mazzawi, e Steven A. Ringer. Os autores também agradecem Marcia Kocienski-Filip, Yvonne Sheldon, Alpna Aggarwall, Maddy Artunguada e Genevieve Nave por sua ajuda durante as medições. Este projecto é apoiado pelo NIH R01-HD042908, R21-HD058725, P41-RR14075 e R43-HD071761. Marcia Kocienski-Filip e Yvonne Sheldon são suportados pelo Prêmio de Ciência Clínica Translational UL1RR025758 à Universidade de Harvard e do Brigham e do Hospital da Mulher, do Centro Nacional de Pesquisa de Recursos. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva do authors e não representam necessariamente a posição oficial do Centro Nacional de Pesquisa de Recursos ou do National Institutes of Health.
Equipment | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
Imagent | ISS | FDNIRS | |
DCS laser fibers | Thorlabs | FT400 | DCS component |
DCS detector fiber | Thorlabs | 780HP | DCS component |
DCS laser | CrystaLaser | DL785-070-S | DCS component |
DCS detector | Pacer International | SPCM-AQRH-14-FC | DCS component |
DCS Correlator | Correlator.com | Flex05-8ch | DCS component |
Pronto co-oximeter | Masimo | HGB and SaO2 monitor | |
NOVA | OPHIR | 7Z01500 | Laser power meter |
Sensor card | Newport | F-IRC1-S | IR viewer |
Neutral Density filter | Kodak | NT54-453 |