JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

Bebeklerde Serebral Metabolizma ve Hemodinamiğin Noninvaziv Optik Ölçüm

Published: March 14, 2013
doi:
10.3791/4379
, , , , , , , ,
1Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging,Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 2Lab. PALM,Université de Caen Basse-Normandie, 3Fetal-Neonatal Neuroimaging and Developmental Science Center,Boston Children’s Hospital, Harvard Medical School, 4ISS, INC.

Summary

Biz oksijen metabolizmasının bir dizin tahmin etmek serebral kan akımı indeksi diffüz korelasyon spektroskopisi önlemler ile serebral hemoglobin oksijenasyon frekans etki yakın kızılötesi spektroskopi önlemler birleştirdi. Biz yenidoğan beyin sağlığı ve gelişimi değerlendirmek için bir başucu tarama aracı olarak bu önlemin programı test.

Abstract

Perinatal beyin hasarı bebek mortalite ve morbidite önemli bir nedeni olmaya devam etmektedir, ancak henüz doğru beyin hasarı, monitör yaralanma evrimi veya tedaviye yanıtı değerlendirmek için görüntüleyebilecek etkili bir başucu aracı yoktur. Nöronlar tarafından kullanılan enerjinin büyük ölçüde doku oksidatif metabolizma türetilmiştir ve nöral hiperaktivite ve hücre ölümü serebral oksijen metabolizmasında gelen değişiklikler (CMRO 2) yansıtılmaktadır. Böylece, CMRO 2 önlemlerin nöronal canlılığı yansıtıcı ve CMRO 2 beyin sağlığı başucu ölçümü için ideal bir hedef haline kritik tanısal bilgi sağlar.

Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve serebral glukoz ve oksijen metabolizmasının tek foton emisyon bilgisayarlı tomografi (SPECT) verim önlemler, ancak bu tekniklerin radionucleotides yönetimi gerektiren Beyin görüntüleme teknikleri, bu nedenle sadece en akut durumlarda kullanılır.

Sürekli-dalga yakın kızılötesi spektroskopi (CWNIRS) serebral oksijen tüketimi için bir vekil olarak hemoglobin oksijen satürasyonu non-invaziv ve non-iyonize radyasyon önlemler (SO 2) sağlar. Ancak, SO 2 daha az oksijen sunumu ve tüketimi hem de etkilenir gibi serebral oksijen metabolizması için bir vekil olarak ideal fazladır. Oksijen tüketimi ve teslimat akut geçici 3 sonrası dengeye ulaşması için Ayrıca, SO 2 ölçümleri, hakaret 1,2 sonrasında beyin hasarı saat algılamak için yeterince duyarlı değildir. Biz sağlıklı ve beyin hasarlı yenidoğanlarda başucunda serebral oksijen metabolizması ölçmek daha sofistike NIRS optik yöntemlerle mümkün olup olmadığı araştırıldı. Daha spesifik olarak, biz yiel için diffüz korelasyon spektroskopisi (DCS) kan akım indeksi ölçümü (CBF i) ile frekans alanı NIRS (FDNIRS) SO 2 ölçü kombined CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5 bir dizin.

Kombine FDNIRS / DCS sistemi ile biz beyin metabolizması ve hemodinami ölçmek mümkün. Bu beyin sağlığı, beyin gelişimi ve yenidoğanlarda tedaviye yanıt saptanmasında CWNIRS üzerinde bir iyileşmeyi temsil etmektedir. Dahası, bu yöntem enfeksiyon kontrolü ve lazer güvenliği konusunda kurumsal politikalar üzerindeki tüm yenidoğan yoğun bakım ünitesi (NICU) politikalarına bağlıdır. Gelecekteki çalışmalar başucunda toplama süresini kısaltmak ve veri ret oranını azaltmak için veri kalitesi hakkında gerçek zamanlı geri bildirim uygulamak için iki araçları entegre çalışacaktır.

Introduction

FDNIRS cihaz 660 dan 830 nm arasında değişen sekiz dalga boylarında, ve iki fotoçoğaltıcı tüpü (PMT) dedektörleri yayan diyot lazer 8, iki özdeş seti ile ISS, Inc özelleştirilmiş bir frekans etki sistemi. Kaynaklar ve dedektörler heterodin algılama 6 ulaşmak için, sırasıyla 110 MHz ve 110 MHz artı 5 kHz olarak modüle edilir. Her lazer diyot döngü başına 160 msn toplam alma süresi için, sırayla 10 msn için açık. Kaynaklar ve dedektörler fiber optik birleştiğinde ve bir optik prob bir dizilir. Prob üzerindeki liflerin düzenleme, dört farklı kaynak detektör ayrımları üreten olduğu gibi. Birden fazla mesafelerde iletilen ışık (genlik zayıflaması ve faz kayması) ölçerek, biz gözlem altında doku emilimini (uA) ve saçılma (μs ') katsayıları sayısal olarak. Çoklu dalga boylarındaki soğurma katsayıları, biz sonra oksijenli (HBO) mutlak değerleri tahmin vedeoksijenlenmedeki (HBR) hemoglobin 7, serebral kan hacmi (CBV) ve hemoglobin oksijen satürasyonu (SO 2).

Yerleşik sistem Dr tarafından geliştirilen bir benzer – DCS cihaz bir ev sahipliği yapmaktadır. Pennsylvania 8,9 Üniversitesi'nde Arjun Yodh ve Turgut Durduran. Bir katı oluşur DCS sisteminin – 785 nm dalga boyunda durum, uzun uyum lazer, dört foton sayma çığ fotodiyod (APD) düşük koyu sayımları (<50, sayı / saniye) içeren detektör (EG & G Perkin Elmer SPCM-AQRH) ve yüksek kuantum verimi (785 nm>% 40) ve 200 nsec çözünürlüğe sahip dört kanallı, 256 bin multi-tau korelatör. DCS ile biz kırmızı kan hücreleri hareket tarafından üretilen Doppler vardiya kaynaklanan çarpma saçılan ışığın zamansal yoğunluk dalgalanmaları niceleme tarafından serebral kortekste mikrovasküler kan akımını ölçmek. Lazer Doppler kan flowmetre benzer tekniği, (yani Fourier Tr vardır0,5 sn – ansform analogları), 200 nsec bir gecikme zaman aralığında bir dijital korelatör tarafından hesaplanan her dedektör kanal yoğunluğu dalgalanmaların bir otokorelasyon fonksiyonunu ölçer. Korelatör dokudan hortlamaya ışığın zamansal yoğunluğu oto-korrelasyon hesaplar. Biz sonra ölçülen otokorelasyon fonksiyonu difüzyon korelasyon denklemi sığacak saniyede bir kere, sırayla alınan, kan akım indeksi (CBF i) 10,11 elde etmek. Kan akımı değişikliklerinin DCS tedbirleri yoğun 12,13 valide edilmiştir. CBF i DCS tedbirleri ile SO 2 FDNIRS önlemler birleştirerek, serebral oksijen metabolizması (CMRO 2i) bir tahminini elde.

Protocol

1. Bedside Önlemleri Hazırlık FDNIRS ve DCS sistemleri hastanede bebeğin yatağının (Şekil 1) bir küçük arabası üzerinde hareket etmek için kompakt ve kolay. Yatağımın cihaz ile sepeti taşıdıktan sonra, sistemlerini açın ve FDNIRS ve DCS cihazlara optik prob bağlayın. Aletleri ve bilgisayar yönetmek için, diğeri prob tutmak için: iki deneyci her ölçüm için mevcut olduğundan emin olun. Bebeğin postmenstrüel (PMA) göre uygun probu seçin. 1, 1.5, 2, 2.5 cm FDNIRS kaynak detektör ayrımları ile optik sensör bebeklerde <37 hafta, PMA ve sonda FDNIRS ayrımları ile 1.5, 2, 2.5 ve 3 cm için kullanılan büyük bebeklerin (Şekil 2 A için kullanılmıştır ). Kısa kaynak-dedektör ayrımları seçimi Prematüre bebeklerin küçük boyutlu ve büyük baş eğriliği tarafından dikte edilmektedir. bir prematüre bebek ile daha büyük bir sonda kullanarak, RelatBebeğin başı ve onun önemli eğrilik ively küçük boyut birlikte bebeğin baş ve bütün kaynaklar ve dedektörler arasındaki etkili temas engelleyebilir. Bu nedenle, 1, 1.5, 2 ve 2.5 cm FDNIRS kaynak detektör ayrımları ile prob preterm ile kullanım için de aynen geçerlidir. Araştırmalarımız seçilen kaynak-dedektör ayrımları preterm ve term hem 14 serebral korteksin optik özellikleri ölçmek için yeterli olduğunu doğrulamıştır. DCS Kaynak ve dedektör lifler kaynak-dedektör 1.5 mesafeleri (bir dedektör) ve her iki prematüre ve miadında yenidoğanlarda probları 2 cm (üç dedektörler) ile FDNIRS lifleri paralel dizilir. Bir Sani-bez, tek kullanımlık polipropilen plastik kol içine prob ve lifler silin ve eklemek dezenfeksiyon ile optik problar Sanitize. 2. FDNIRS Kazanç Ayarlar ve Kalibrasyon FDNIRS Grafiksel Kullanıcı Arayüzü (GUI) açın ve program ayarları dosyasını seçinsondaya denk düşen ve ayarlama bloğu kullanılmaktadır. Dedektör kazanç ayarlamak için hafifçe saç (tercihen alnın sol tarafındaki) olmadan konu kafasına bir alan üzerinde prob yerleştirin ve herhangi bir basınç uygulamadan aynı pozisyonda onu korumak. Kaynaklar ve dedektörler açın ve kaynak lazerler herhangi genliği 20.000 sayar ulaşıncaya kadar PMT gerilimini ayarlamak. 32,000 sayıları dijital acquisition kartı analog maksimum sayısallaştırma ve kazançlar veri toplama sırasında doygunluk önlemek için eşiğin altında ayarlanması gerekir. Bu bölge genelde lazer ışığı emme düşük olan ve bu nedenle doyma en eğilimli olduğu için kazanç ön bölge olarak belirlenmesi gerekir. Kaynaklar ve dedektörler kapatın ve kalibrasyon bloğu prob dönün. Lazerler göz güvenliği için prob taşırken kapalı olması gerekir; Proje Yönetim Ekipleri herhangi bir parlak ışığa çok duyarlı ve pozlama çünkü dedektörleri kapalı olması gerekir iarka plan gürültü ncreases ve bunları kalıcı olarak zarar verebilir. Geri kalibrasyon bloğu üzerinde prob, nötr yoğunluğu (ND) filtresi kullanan herhangi bir kaynak-dedektör çifti doymuş olursa. Kalibrasyon prosedürü çalışırken Farklı ND filtreler farklı cilt tonları nedeniyle bebeklerde optimize kazançlar için seçilebilir 16 sn için hala prob tutun. Fiziksel olarak çok mesafe düzeni sağlamak için tek bir detektör farklı uzaklıklarda bir kaynak taşımak, ancak bunun yerine iki bağımsız kaynaklar ve iki bağımsız dedektörler dört kombinasyon kullanmak istemediğim için, biz iki kaynaktan farklı güç için kalibre ve gerek iki dedektörün farklı kazanımlar. Bilinen optik özelliklerinin bir kalibrasyon bloğu ölçerek, biz genlik ve kalibrasyon bloğunun emilim ve dağılma katsayılarının kurtarmak için gerekli faz düzeltme faktörleri tahmin ediyoruz. Kalibrasyondan sonra, blok verileri 16 saniye daha kazanmak ve görsel inci yeterliliğini değerlendirmekbir in-house MATLAB GUI ile e kalibrasyon. Ölçülen uA ve μs 'tüm dalgaboylarında kalibrasyon bloğunun gerçek katsayıları eşleşmesi gerekir. Uyum kötü ise yeniden ayarlayın. Dedektör kazanç değişti, ya da kaynak ve dedektör lifler ölçümler sırasında bağlantısı gerekiyor gerekiyorsa, FDNIRS cihazın kalibrasyon işlemi tekrarlayın. Ölçüm oturumun sonunda, kalibrasyon konusunda ölçümler sırasında desteklendiğini doğrulamak için kalibrasyon bloğu üzerindeki verilerin başka bir 16 sn kazanır. Kalibrasyon tutulan değil ise, ölçüm sonunda ikinci bir kalibrasyon almak ve alınan veri için de geçerlidir. 3. DCS Ayarları In-house DCS veri toplama GUI açın ve kullanılan optik prob karşılık ayarları dosyası yüklenemedi. Ölçümler çalıştırmadan önce, DCS kaynak lazer güç t ölçerek cilt pozlama için uygun olduğunu doğrulayıno güç metre ve bir IR görüntüleme kartı (lazer hangi görünmüyorsa, 785 nm'de yayar) ile spot büyüklüğü kontrol ile DCS kaynak lazer güç. DCS lazer gücü ~ 60 mW ve bir kısmının nispeten küçük çaplı elyaf (400-600 mikron) bağlanmıştır. Cilt pozlama için ANSI standartları karşılamak için, Probdaki ışığı zayıflatılmış ve geniş bir alan boyunca yayılmış olmalıdır. Bu, 3 mm çap beyaz teflon tabakanın (Şekil 2 A) ile fiber uç kaplama elde edilir. Teflon yüksek saçılma ve yaygın lazer ışını yayınımı. Yatağımın anda, Probdaki lazer gücü az 25 mW ve spot çapı 3 mm'den büyük olduğundan emin olun. Optik prob taşırken FDNIRS gelince, her zaman kaynaklar ve dedektörler kapatın. DCS algılama foton sayma ve gibi FDNIRS cihaz için gerekli değildir AKB kazanç ayarı vardır. Çok fazla ışık tespit edilirse toplama yazılımı bir bayrak, hangi gösterir durumda EIT için kaplin ışığındaonun kaynak veya detektör elyaf elyaf bağlayıcıları çevirerek azaltılması gerekir. Yeterli ışık algılama 200,000-4,000,000 tespit fotonlar (bilgisayar ekranında -26 ~ 0 dB karşılık gelen) aralığında yer almaktadır. Arka plan gürültüsünü azaltmak için odanın aşırı ışık kaçının. DCS kalibrasyon CBF i ölçmek için gerektirmez. Kan akışı korelasyon kaybetmek için gereken süreyi orantılıdır. Bir katı blok çürümelerine neden için hiçbir hareketli saçılma parçacıklar vardır çünkü sinyal kalitesini kontrol etmek için yeterli değildir. Kan akımı, dik çürümesi hızlı – Bir deneycinin kolu yerine çürüme gösterir. 4. Veri Toplama FDNIRS ve DCS ölçümleri sırayla hızlı yapılabilir iken, birinci cihaz ile tüm yerlerde ölçmek ve daha sonra her birine karşılık gelen bağımsız toplama yazılımı kullanarak, diğer cihaz ile aynı ilerlemesini tekrarlayın. Kapsayan yedi yerden ölçün, frontal, temporal ve pariet10-20 sistem (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4) göre al alanları, sırası ile (Şekil 2 B). Parça kaynak-dedektör hattı boyunca saç ve başın o alana probu yerleştirin. FDNIRS lazerler ve dedektörleri açın ve sinyal kalitesini kontrol edin: genlik sayıları 2.000 ile 20.000 arasında olmalıdır ve faz SNR <2 derece kaydırır. Bu aralıkları dışında, prob yerini değiştirirseniz, sağlanması saç ayırdı ve tüm kaynaklar ve dedektörler cilt ile temas halinde bulunmaktadır. 16 saniye için veri edinin. Saç kesme ve her edinimi için biraz farklı bir noktada prob konumlandırma, her yerde üç kez (Şekil 2-C) ölçümleri kadar tekrarlayın. Bu tür saç ve yüzeysel büyük gemiler gibi yerel homojensizliklerin etkisini en aza indirmek ve yerine tek bir nokta daha, bir bölgenin temsilcisi değerleri sağlamak için yapılır. DCS lazer ve dedektör açın ve 10 saniye için veri elde. Prob ve rep konumlandırınsatın almalar (FDNIRS önlemler gibi) yiyin. Konumları arasındaki prob taşırken tüm lazerler kapatın. Yedi yerlerde veri toplama her zaman mümkün değildir. Konu sıkıntı veya hareket belirtisi gösterir eğer ölçümler durdurun. Mümkünse satın Retry. EEG elektrotları veya solunum cihazı da bazı yerlerde ölçümler önleyebilir. 5. Sistemik Parametrelerinin Ölçü CMRO 2i, iki sistemik parametreler, kan (HGB) arteryel oksijenasyon (SaO 2) ve hemoglobin hesaplanması için edinilmesi gerekir. HGB da CBV hesaplamak için gereklidir. Geleneksel pulse oksimetre SaO 2 önlemler sunarken, HGB geleneksel bir kan testi ile ölçülür. Masimo Corporation tarafından geliştirilen yeni bir pulse oksimetre, çoklu dalga boyları kullanılarak non-invaziv HGB ölçebilir. Cihaz bebeklerde> 3 kg için FDA onaylı ve hızlı bir başucu ölçüm için izin verirSaO 2 ve HGB hem ure. Tutanak SaO 2 ve HGB bir Masimo pulse oksimetre (Pronto nokta darbe eş oksimetre kontrol) kullanarak. Bu ölçümler için, bebeğin ayak başparmağı için bir yapışkan tek kullanımlık sensör takmak. HGB birkaç saniye içinde ekranda görüntülenir. Diğer FDA onaylı nabız oksimetre ile Masimo nabız co-oksimetre, ölçü SaO 2 kullanmak mümkün olmadığında. HGB da hastaların klinik kayıtlarından kurtarıldı veya normatif değerleri kullanılarak tahmin edilebilir. 6. Veri Analizi MATLAB kullanarak bir in-house post-processing veri analizi GUI açın. Bu yazılım ile tüm hemodinamik parametreler tahmin değil, aynı zamanda otomatik ölçüm kalitesini değerlendirmek ve sonuçlarını sınırlamak için veri fazlalığını kullanır sadece. <Deneysel verilerin model uyum, p-değeri 0.98> R2 0: kalite kontrol için otomatik objektif kriterler FDNIRS için veri atma durumunda oluşurSekiz ölçülen soğurma katsayıları arasındaki Pearson çarpım moment korelasyon katsayısı ve hemoglobin uyum için .02 (Şekil 3-A), dalgaboyu karşı azaltılmış saçılma katsayıları lineer uyum için p değeri> 0.02 (Şekil 3-B) 15. Veri yararları çıkarılmasının daha fazla yüzde 33 ise, bütün seti atılır. DCS için, veriler, atılır edilir: eğri uydurma bir kuyruk 0,02 'den daha fazla göre 1 farklıdır, eğrinin ilk 3 noktalar arasındaki kümülatif varyasyon 0.1' den fazla, ya da 3 birinci noktaları ortalama değeri olan daha 1.6 (Şekil 4). daha Eğriler yüzde 50'sinden fazlasını atılır, ya uyum değerleri varyasyon> yüzde 15 katsayısı varsa, bütün set 15 atılır. Hb söndürme katsayısı 16 için literatür değerleri kullanarak ve tüm dalga boylarında absorpsiyon katsayıları takarak mutlak HBO ve HBR konsantrasyonları hesaplayındoku 17, bir su yüzde 75 oranında konsantrasyonu. Toplam hemoglobin konsantrasyonu (HBT = HBO + HBr) ve HBO ve HBR konsantrasyonları SO 2 (HBO / HBT) türet. Ijichi ve ark 18. tarif denklem kullanılarak serebral kan hacmi tahmin edilmesi. CBV = (HBT x MW Hb) / (HGB x D bt), burada MW Hb = 64,500 [g / mol] Hb molekül ağırlığıdır, ve D bt = 1.05 g / ml beyin dokusu yoğunluğudur. Difüzyon korelasyon denklemi ölçülen zamansal otokorelasyon fonksiyonları takarak CBF i hesaplayın. CBF hesaplamak için ayrıntılı teorik çerçeve i Boas ve ark. Ve Boas ve Yodh 10,11 bulunmaktadır. Denklemler yılında FDNIRS ve bütün nüfusun saçılma katsayıları ortalama ölçülen bireysel absorpsiyon katsayıları kullanın. SO FDNIRS ölçü kullanarak serebral oksijen tüketimi endeksi hesaplama <subAşağıdaki denklem> 2 ve CBFi ve DCS ölçüsü: CMRO 2i = (HGB × CBFi × (SaO 2 – SO 2)) / (4 × MW Hb × β) faktörü 4 dört O 2 molekülleri yansıtır 15, Her hemoglobine bağlanır ve β hemoglobin oksijen ölçümü 19 venöz bölmesinin yüzde katkıdır.

Representative Results

Geçtiğimiz beş yıl içinde fizibilite ve önerilen yöntemin klinik yarar göstermiştir. Özellikle, SO 2 daha beyin sağlığı ve gelişimi daha fazla temsilcisi olması CMRO 2 göstermiştir. 50'den fazla sağlıklı bebeklerde kesitsel bir çalışmada, bulduğumuz CBV, yaşamın ilk yılında (Şekil 5) 4 SO 2 kalıntılar sabit iki katından daha fazla iken. 70 sağlıklı yenidoğanda bir çalışmada biz de CMRO 2i, CBV ve CBF PET glukoz alımı ile tutarlı frontal bölgede (Şekil 6) 20, daha temporal ve parietal bölgelerde yüksek iken SO 2 beyin bölgeleri boyunca sabit olduğu bulundu bulgular 21. CBV, CBF ve CMRO 2 mo iken bizim çalışmaların ikisinde de, sürekli içinde 2 SO yüzde 60-70 aralığında, bu oksijen sunumu yakından yerel tüketim eşleşen gösteriryeniden sıkıca sinir gelişimi ile birleştiğinde. CMRO 2i yenidoğan beyin hasarı saptamada SO 2 daha iyi bir tarama aracı olduğunu doğrulamak için, biz birkaç ay yaralanma sonrası kronik fazında (birkaç bebeklerde) akut faz 5 sırasında beyin yaralı bebeklerde ölçülür, ve. CMRO 2i akut ve kronik iki aşaması sırasında normalden önemli ölçüde farklı ise 2, hem erken (1-15 gün tetkikten sonra) ve kronik (ay yaralanma sonrası) dönemlerinde belirgin beyin hasarı ile değişmediğini nasıl SO Şekil 7'de Sonuçlar gösterisi . Özellikle, CMRO 2i nöron kaybı nedeniyle kronik fazında akut beyin hasarı sonrası çünkü nöbet aktivitesinin faz, ve normalden daha düşük sırasında yükselir. Hipoksik iskemik yaralanma olan bebekler anda alt beyin metabolizması için hipotermi (TH) ile muamele edilmiş ve hipoksik ins sonra hasarı azaltmaktadırULT. Terapötik Hipotermi üç gün boyunca korunur ve tedavi sırasında 11 bebekte (Şekil 8) izlemek mümkün olmuştur. Biz CMRO 2i anlamlı TH sırasında normalin altında seviyesine düşer ve bu azalma tedavi ve gelişimsel sonuçları ile yanıt ile ilişkili gibi görünüyor bulundu. Bu ilk sonuçlar FDNIRS-DCS yöntemi hipotermi tedavisi rehberlik ve optimize etmek mümkün olabileceğini düşündürmektedir. Şekil 1. FDNIRS ve DCS cihazlarla sepeti resmi. İki araçlar NICU bebeğin yatağının taşınmış olabilir küçük bir arabaya sığacak kadar kompakt. Şekil 2.. (A) Optik prob konfigürasyonu. <strong> (B) ölçüm konum şeması. (C) bir bebek üzerinde tipik bir FDNIRS-DCS ölçümü bir fotoğraf. Şekil 3. Ölçülen iyi ve kötü uyum Temsilcisi örnekleri (A) soğurma katsayıları ve hemoglobin fit (B) saçılma katsayıları ve lineer uyum. P-değeri> 0.02 kötü bir uyum gösterir. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın . Şekil 4. Hesaplanan yoğunluk dalgalanmaları bir otokorelasyon fonksiyonu iyi ve kötü uyum temsilcisi örneği0.5 sn – 200 nsec bir gecikme zaman aralığında bir korelatör. Kötü uyum resimde eğri uydurma bir kuyruk 0.02 daha fazla tarafından 1 farklıdır ve ilk 3 puan varyasyonu 0.1 daha fazladır. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın . Şekil 5,. Doğumdan bir yaşına kadar bebeklerde, frontal, temporal ve parietal bölgelerde CBV ve SO 2 değişiklikler. Şekil 6. CBF, SO 2, CBV ve frontal, te CMRO 2i70 sağlıklı yenidoğanlarda mporal ve parietal bölgelerde. Şekil 7. SO 2 normalden önemli ölçüde farklı değil iken anormal oksijen tüketimi örnekleri ve normal SO 2 bebekte beyin hasarı sonrası. Beyin hasarı normale göre CMRO 2 değişiklikler ile karakterize edilir. DCS ölçü bu ölçümler sırasında mevcut değildi, çünkü bu iki rakamlar, CMRO 2, Grubb ilişki kullanılarak hesaplanmıştır unutmayınız. Şekil 8. hipotermi vs yaş grubundaki sağlıklı kontroller sırasında 11 bebeklerin rCMRO 2. Oksijen metabolizması güçlü hipotermi tedavisi ile tüm bebeklerin azalır.

Discussion

Biz Yenidoğan nüfus FDNIRS ve DCS ile serebral hemodinamik ve metabolizma bir kantitatif ölçümü göstermiştir. Prob konfigürasyonu Yenidoğan serebral korteks 14 ölçüm için optimize edilmiştir. DCS ile ölçülen kan akımı değişiklikleri yaygın hayvan ve insan çalışmalarında 22,23 Diğer tekniklere karşı valide edilmiştir. Kan akımının doğrudan DCS ölçü kullanarak, CMRO 2i 24 hesaplanmasında varyans azaltmak edebiliyoruz. Tekrarlanan ölçümler gelen varyans da beyin bölgeleri arasında ve 20 yaş ile değişiklik daha küçüktü.

Bizim daha önceki sonuçlardan CBFi ve CMRO 2i sağlıklı prematüre yenidoğanlarda PMA ile önemli değişiklikler gösterdi. CMRO 2i ölçüsü iyi SO 2 ölçü daha beyin hasarı tespit edebiliyor. Bu vasküler ve metabolik parametrelerin kombine tedbirler olarak daha sağlam b hizmet etmektediroksijen satürasyonu yalnız fazla neonatal beyin sağlığı ve gelişimi iomarkers. Teknik gelişmeler alma süresi 35-40 seans başına ve% atılır önlemlerin sıklığını azaltmak için veri kalitesi hakkında gerçek zamanlı geribildirim uygulaması azaltmak için iki araçların entegrasyonu üzerinde durulacak. Yakın gelecekte, bu sistem değişmiş serebral oksijen metabolizmasının bir roman başucu monitör olarak klinik son kullanıcılara teslim edilebilir. Zamanla CMRO 2 yörüngeleri ölçerek de klinik önemi arttırmak ve sonuçlarını tahmin edebilir. Bu araç sonuçta neonatal beyin hasarına gelişmiş yönetim yolunda önemli bir katkı yapabilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar Yenidoğan Yoğun Bakım, Özel Bakım Hemşirelik, Pediatrik Nöroloji ve doğum birimleri Massachusetts General Hospital, Brigham ve Kadın Hastanesi ve Boston Çocuk Hastanesi tüm bu çalışmaya katılıp katılmadıkları için aileleri ve hemşireler, doktorlar ve personel teşekkür onların yardım ve destek için. Özellikle biz Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Julianne Mazzawi ve Steven A. Ringer ederim. Yazarlar ayrıca ölçümler sırasında yardım için Marcia Kocienski-Filip, Yvonne Sheldon Alpna Aggarwall, Maddy Artunguada ve Genevieve Nave ederim. Bu proje NIH R01-HD042908, R21-HD058725, P41-RR14075 ve R43-HD071761 tarafından desteklenmektedir. Marcia Kocienski-Filip ve Yvonne Sheldon Klinik Translational Bilim Harvard Üniversitesi ve Brigham Ödül UL1RR025758 ve Araştırma Kaynakları Ulusal Merkezi'nden Kadın Hastanesi tarafından desteklenmektedir. İçerik sadece bir sorumluluğuduruthors ve zorunlu Araştırma Kaynakları veya Ulusal Sağlık Enstitüleri için Ulusal Merkezi resmi görüşlerini temsil etmemektedir.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Zaramella, P., et al. Can tissue oxygenation index (TOI) and cotside neurophysiological variables predict outcome in depressed/asphyxiated newborn infants?. Early Hum. Dev. 83, 483-489 (2007).
  2. van Bel, F., Lemmers, P., Naulaers, G. Monitoring neonatal regional cerebral oxygen saturation in clinical practice: value and pitfalls. Neonatology. 94, 237-244 (2008).
  3. Boas, D. A., Franceschini, M. A. Haemoglobin oxygen saturation as a biomarker: the problem and a. 369, 4407-4424 (2011).
  4. Franceschini, M. A., et al. Assessment of infant brain development with frequency-domain near-infrared spectroscopy. Pediatr. Res. 61, 546-551 (2007).
  5. Grant, P. E., et al. Increased cerebral blood volume and oxygen consumption in neonatal brain injury. J. Cereb. Blood Flow Metab. 29, 1704-1713 (2009).
  6. Feddersen, B. A., Piston, D. W., Gratton, E. Digital parallel acquisition in frequency domain fluorimetry. Rev. Sci. Instrum. 60, 2929-2936 (1989).
  7. Fantini, S., et al. Frequency-domain multichannel optical detector for non-invasive tissue spectroscopy and oximetry. Opt. Eng. 34, 34-42 (1995).
  8. Cheung, C., Culver, J. P., Kasushi, T., Greenberg, J. H., Yodh, A. G. In vivo cerebrovascular measurement combining diffuse near-infrared absorption and correlation spectroscopies. Phys. Med. Biol. 46, 2053-2065 (2001).
  9. Durduran, T., et al. Diffuse optical measurement of blood flow, blood oxygenation, and metabolism in a human brain during sensorimotor cortex activation. Opt. Lett. 29, 1766-1768 (2004).
  10. Boas, D. A., Campbell, L. E., Yodh, A. G. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations. Phys. Rev. Lett. 75, 1855-1859 (1995).
  11. Boas, D. A., Yodh, A. G. Spatially varying dynamical properties of turbid media probed with diffusing temporal light correlation. J. Opt. Soc. Am. A. 14, 192-215 (1997).
  12. Buckley, E. M., et al. Validation of diffuse correlation spectroscopic measurement of cerebral blood flow using phase-encoded velocity mapping magnetic resonance imaging. J. Biomed. Opt. 17, 037007 (2012).
  13. Irwin, D., et al. Influences of tissue absorption and scattering on diffuse correlation spectroscopy blood flow measurements. Biomedical Optics Express. 2, 1969-1985 (2011).
  14. Dehaes, M., et al. Assessment of the frequency-domain multi-distance method to evaluate the brain optical properties: Monte Carlo simulations from neonate to adult. Biomed. Opt. Exp. 2, 552-567 (2011).
  15. Roche-Labarbe, N., et al. Noninvasive optical measures of CBV, StO2, CBF index, and rCMRO2 in human premature neonates’ brains in the first six weeks of life. Hum. Brain Mapp. 31, 341-352 (2010).
  16. Wray, S., Cope, M., Delpy, D. T., Wyatt, J. S., Reynolds, E. O. Characterization of the near infrared absorption spectra of cytochrome aa3 and haemoglobin for the non-invasive monitoring of cerebral oxygenation. Biochim. Biophys. Acta. 933, 184-192 (1988).
  17. Wolthuis, R., et al. Determination of water concentration in brain tissue by Raman spectroscopy. Anal. Chem. 73, 3915-3920 (2001).
  18. Ijichi, S., et al. Developmental changes of optical properties in neonates determined by near-infrared time-resolved spectroscopy. Pediatr. Res. 58, 568-573 (2005).
  19. Watzman, H. M., et al. Arterial and venous contributions to near-infrared cerebral oximetry. Anesthesiology. 93, 947 (2000).
  20. Lin, P. Y., et al. Regional and hemispheric asymmetries of cerebral hemodynamic and oxygen metabolism in newborns. Cereb. Cortex. , (2012).
  21. Chugani, H. T. A critical period of brain development: studies of cerebral glucose utilization with PET. Prev. Med. 27, 184-188 (1998).
  22. Carp, S. A., Dai, G. P., Boas, D. A., Franceschini, M. A., Kim, Y. R. Validation of diffuse correlation spectroscopy measurements of rodent cerebral blood flow with simultaneous arterial spin labeling MRI; towards MRI-optical continuous cerebral metabolic monitoring. Biomed. Opt. Exp. 1, 553-565 (2010).
  23. Durduran, T., et al. Optical measurement of cerebral hemodynamics and oxygen metabolism in neonates with congenital heart defects. J. Biomed. Opt. 15, 037004 (2010).
  24. Roche-Labarbe, N., et al. Near infrared spectroscopy assessment of cerebral oxygen metabolism in the developing premature brain. J. Cereb. Blood Flow Metab. 32, 481-488 (2012).

Tags

Non-invasiveOptical MeasurementCerebral MetabolismHemodynamicsInfantsPerinatal Brain InjuryBedside ToolBrain HealthCMRO2Neuronal ViabilityDiagnostic InformationPositron Emission Tomography (PET)Single-photon Emission Computed Tomography (SPECT)RadionucleotidesContinuous-wave Near-infrared Spectroscopy (CWNIRS)Hemoglobin Oxygen Saturation (SO2)SurrogateCerebral Oxygen ConsumptionOxygen DeliveryBrain Injury

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Lin, P., Roche-Labarbe, N., Dehaes, M., Carp, S., Fenoglio, A., Barbieri, B., Hagan, K., Grant, P. E., Franceschini, M. A. Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants. J. Vis. Exp. (73), e4379, doi:10.3791/4379 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image