Niet-invasieve monitoring van microvasculaire oxygenatie en reactieve hyperemie met behulp van hybride, nabij-infrarood diffuse optische spectroscopie voor kritieke zorg
Summary
We beschrijven een protocol om niet-invasief en continu de absolute microvasculaire bloedstroomindex en zuurstofverzadiging in het bloed te meten met behulp van een multimodaal apparaat op basis van nabij-infrarood diffuse optica. Vervolgens evalueren we de stofwisseling van zuurstofverbruik en reactieve hyperemie met behulp van een vasculaire occlusietest.
Abstract
De detectie van niveaus van verslechtering van het microvasculaire zuurstofverbruik en reactieve hyperemie is van vitaal belang in de intensive care. Er zijn echter geen praktische middelen voor een robuuste en kwantitatieve evaluatie. Dit artikel beschrijft een protocol om deze stoornissen te evalueren met behulp van een hybride nabij-infrarood diffuus optisch apparaat. Het apparaat bevat modules voor nabij-infrarood tijdopgeloste en diffuse correlatiespectroscopieën en pulsoximetrie. Deze modules maken de niet-invasieve, continue en real-time meting mogelijk van de absolute, microvasculaire bloed/weefselzuurstofverzadiging (StO2) en de bloedstroomindex (BFI) samen met de perifere arteriële zuurstofverzadiging (SpO2). Dit apparaat maakt gebruik van een geïntegreerd, computergestuurd tourniquetsysteem om een gestandaardiseerd protocol uit te voeren met optische gegevensverzameling van de brachioradialis-spier. De gestandaardiseerde vasculaire occlusietest (VOT) zorgt voor de variaties in de occlusieduur en -druk die in de literatuur worden gerapporteerd, terwijl de automatisering de verschillen tussen operators minimaliseert. Het protocol dat we beschrijven richt zich op een occlusieperiode van 3 minuten, maar de details die in dit artikel worden beschreven, kunnen gemakkelijk worden aangepast aan andere duur en manchetdruk, evenals aan andere spieren. De opname van een uitgebreide meting van de herstelperiode bij aanvang en na de occlusie maakt het mogelijk de basiswaarden voor alle parameters te kwantificeren en de deoxygenatiesnelheid van bloed/weefsel die overeenkomt met de stofwisseling van zuurstofverbruik. Zodra de manchet is losgemaakt, karakteriseren we de reoxygenatiesnelheid, omvang en duur van de hyperemische respons in BFI en StO2. Deze laatste parameters komen overeen met de kwantificering van de reactieve hyperemie, die informatie geeft over de endotheelfunctie. Bovendien bieden de bovengenoemde metingen van de absolute concentratie van zuurstofrijk en zuurstofarm hemoglobine, BFI, de afgeleide stofwisseling van zuurstofverbruik, StO2 en SpO2 een nog te onderzoeken rijke dataset die de ernst van de ziekte, gepersonaliseerde therapieën en managementinterventies kan vertonen.
Introduction
Ernstig zieke patiënten, met name die met sepsis en andere soortgelijke aandoeningen, vertonen vaak verminderde reactieve hyperemie en microvasculaire oxygenatie 1,2,3. Tijdens de eerste golven van de COVID-19-pandemie had een onvoorzien aantal patiënten intensive care-behandeling nodig, waarbij de impact van het virus op het endotheel duidelijk werd, maar zonder een duidelijke strategie om 4,5,6 te beoordelen en te beheersen. Als gevolg hiervan is er een groeiende erkenning van het belang van het opsporen van endotheeldisfunctie, die indirect kan worden geëvalueerd door reactieve hyperemie, op de intensive care, d.w.z. de populaties op de intensive care (ICU)7. Een praktische, robuuste en algemeen beschikbare beoordeling van de zuurstofafgifte en -consumptie aan de weefsels zal naar verwachting van het grootste belang zijn bij het optimaliseren van reanimatiestrategieën en het direct aanpakken van problemen met de microcirculatie. Studies hebben consequent aangetoond dat aanhoudende veranderingen in de microcirculatie en gebrek aan samenhang tussen macrocirculatie en microcirculatie tot op zekere hoogte voorspellend zijn voor orgaanfalen en ongunstige uitkomsten bij patiënten die getroffen zijn door septische shock of hemorragische shock, naast andere kritieke aandoeningen, zelfs wanneer systemische parameters als normaal worden beschouwd 8,9,10. Het is duidelijk geworden dat het ontoereikend is om alleen op macrocirculatoire parameters te vertrouwen, aangezien microcirculatie een cruciale rol speelt bij de oxygenatie van weefsels en de orgaanfunctie 11,12,13. Dit artikel beschrijft een protocol dat gebruik maakt van een nieuw multimodaal apparaat op basis van nabij-infrarood diffuse optische technologieën dat is ontwikkeld binnen een internationaal consortium dat zich richt op IC-patiënten. Het project, VASCOVID (https://vascovid.eu), werd gemotiveerd door de COVID-19-pandemie om de microvasculaire gezondheid in perifere spieren op de intensive care te evalueren. We hebben een protocol ontworpen met behulp van het ontwikkelde VASCOVID-apparaat dat tot doel heeft ons begrip van deze parameters te vergroten en hoe deze parameters nuttig kunnen zijn bij het behandelen van ernstig zieke patiënten met een veel bredere reikwijdte dan COVID-19-patiënten.
Nabij-infraroodspectroscopie (NIRS) wordt al tientallen jaren gebruikt om microcirculatie niet-invasief te beoordelen in een breed scala aan klinische toepassingen, waaronder de IC-patiënten 14,15,16,17. Het is belangrijk op te merken dat de eenvoudigste toepassing van NIRS, d.w.z. continue golf NIRS (CW-NIRS), wordt geïmplementeerd in veelgebruikte en klinisch goedgekeurde apparaten17,18, die worden gebruikt voor het meten van de absolute concentraties van oxy- (HbO) en deoxy-hemoglobine (HbR) om de zuurstofverzadiging in bloed/weefsel (StO2) van de microvasculatuur te berekenen. Hoewel deze apparaten nichetoepassingen hebben gevonden in klinisch beheer, zoals tijdens hartchirurgie, hebben ze duidelijke beperkingen vanwege de fysica van de voortplanting van fotonen in weefsels. Dit betekent dat hun nauwkeurigheid, precisie en herhaalbaarheid twijfelachtig zijn, daarom worden ze vaak gebruikt als trendmonitors19,20. Bovendien worden hun resultaten sterk beïnvloed door oppervlakkige weefsels zoals de overlappende vet- en huidlagen.
Tijdopgeloste NIRS (TRS) maakt gebruik van korte laserpulsen in het picosecondebereik op meerdere golflengten om hun vertraging en verbreding te beoordelen na het passeren van een weefsel21. Hierdoor kan TRS de effecten van absorptie scheiden van verstrooiing om robuuste, nauwkeurige en nauwkeurige schattingen te verkrijgen, waardoor het ook de totale hemoglobineconcentratie (HbT) kan berekenen. Aangezien TRS ook padlengtes oplost, kan het worden gebruikt om oppervlakkige signalen beter te scheiden van de diepe signalen van belang 18,21. Dit gaat ten koste van complexiteit, prijs en omvang. In de afgelopen jaren zijn TRS-systemen echter minder complex en duurder geworden, wat heeft geresulteerd in toegankelijkere en gebruiksvriendelijkere apparaten. Dit manuscript beschrijft een apparaat dat gebruik maakt van een compacte OEM (Original Equipment Manufacturer) commerciële TRS-module22,23.
Diffuse correlatiespectroscopie (DCS) is een andere nabij-infraroodtechnologie die gebruik maakt van de temporele statistieken van diffuse spikkels om de beweging van lichtverstrooiende deeltjes te kwantificeren, die worden gedomineerd door rode bloedcellen in weefsels16,24. Het is op zijn beurt bekend dat dit een indicator is van de microvasculaire bloedstroom, die we de bloedstroomindex (BFI)25 noemen. Het gelijktijdige gebruik van TRS en DCS in een hybride optisch apparaat biedt inzicht in het zuurstofmetabolisme door gebruik te maken van gemeenschappelijke modellen om de lokale zuurstofextractiefractie af te leiden en te vermenigvuldigen met de bloedstroom 15,26,27.
Om de microcirculatie op de IC te beoordelen, wordt NIRS vaak gebruikt met een vasculaire occlusietest (VOT), een ischemische uitdaging die wordt uitgevoerd door de bloedtoevoer naar de gesonde perifere spier gedurende een bepaalde duur (enkele minuten) te blokkeren28,29,30,31,32. Meestal wordt het uitgevoerd door een tourniquet op te blazen die om de bovenarm is gewikkeld boven de systolische druk33. Tijdens de VOT beoordelen de clinici de reactie van de microvasculaire bloedoxygenatie op veranderingen in de bloedstroom om zuurstofmetabolisme in rust en reactieve hyperemie af te leiden34. De veronderstelling is dat tijdens de VOT, met de manchet opgeblazen tot ver boven de occlusiedruk van de ledematen, er geen in- of uitstroom van bloed is. Daarom vertoont het begin van VOT een neerwaartse helling van StO2, d.w.z. deoxygenatie (DeO2), aangezien zuurstof door het weefsel wordt verbruikt, wat een schatting van de stofwisseling van zuurstofverbruik mogelijk maakt. Wanneer de VOT eindigt en de manchet leegloopt, stroomt het bloed naar binnen om de uitputting te compenseren, wat leidt tot een hyperemische reactie. Deze rush genereert een scherpe opwaartse helling in StO2, d.w.z. een reoxygenatie (ReO2). De hyperemische respons, die een toename is ten opzichte van de initiële basislijn met een langzaam herstel terug naar de basislijn, schat de reactieve hyperemie. De combinatie van NIRS met een VOT heeft steeds meer belangstelling gekregen op de intensive care vanwege het gebruiksgemak en het potentieel voor het voorspellen van nadelige uitkomsten en zelfs mortaliteit in kritieke omstandigheden zoals sepsis 35,36,37.
Tijdens de COVID-19-pandemie hebben onze groepen een wereldwijd consortium geïnitieerd en onlangs de zogenaamde HEMOCOVID-19-studie afgerond, die een verband aantoont tussen perifere microcirculatoire veranderingen en de ernst van acuut respiratoir distress syndroom bij COVID-19-patiënten6. Dit werd ook ondersteund door andere werken 7,38. Al deze studies werden uitgevoerd met de bovengenoemde CW-NIRS-systemen, en leden dus aan hun tekortkomingen. Bovendien was de uitvoering van VOT niet gestandaardiseerd in verschillende onderzoeken en wordt deze beïnvloed door verschillende parameters, zoals occlusieduur, tourniquetdruk en operatorgebaseerde variaties 29,39,40. Een literatuuronderzoek toont duidelijk aan dat het belangrijk is om de bloedstroom te meten, gestandaardiseerde protocollen te hebben en een robuust NIRS-systeem te hebbenom VOT en NIRS grip te geven in de klinieken. Daarom hebben we voorgesteld dat door gebruik te maken van een meer geavanceerde vorm van NIRS (TRS), het meten van de bloedstroom en het standaardiseren van de manchetcontrole tijdens VOT, een betere discriminatie van pathologische aandoeningen van gezonde aandoeningen kan worden bereikt. Daartoe hebben we dit hybride diffuse optische apparaat ontwikkeld dat meerdere modules integreert, waaronder twee nabij-infrarood diffuse optische modules van TRS en DCS, pulsoximetrie en een geautomatiseerde tourniquet. De pulsoximetriemodule levert de hartslag (HR), perfusie-index en het percentage arteriële zuurstofverzadiging (SpO2). In het apparaat wordt een snelle tourniquet gebruikt, wat van cruciaal belang is voor het uitvoeren van VOT. Het apparaat wordt geleverd met een optionele accessoiredoos waarmee we tijdens het gebruik aanvullende informatie kunnen verkrijgen voor uitgebreide en continue kwaliteitscontrole, zoals routinematige en praktische meting van de instrumentresponsfunctie (IRF) voor TRS en de meting op een weefselnabootsend fantoom voor het evalueren van longitudinale stabiliteit. Het apparaat wordt weergegeven als gebruikt op de IC in figuur 1.
Afbeelding 1: Opstelling aan het bed van het draagbare apparaat op de IC met de sondes en manchet bevestigd aan de patiënt. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
De multimodale slimme sonde bevat optische vezels van de bron en detector voor zowel TRS als DCS met optische filters in het apparaat die interferentie tussen DCS en TRS voorkomen. De bron-detector scheiding die in dit systeem wordt gebruikt, is 25 mm. Bovendien bevat de sonde een capacitieve aanraaksensor, die een waardevolle veiligheidsfunctie biedt om lasergevaren te voorkomen volgens de laserveiligheidsnorm (IEC 60601-2-22:2019)41. Het laserveiligheidssysteem in het apparaat zorgt ervoor dat de laseremissie alleen optreedt wanneer de sonde in contact komt met het weefsel. Als het losraken van de sonde wordt gedetecteerd, worden de lasers onmiddellijk uitgeschakeld, waardoor de veiligheid van zowel patiënten als operators wordt gegarandeerd. Bovendien is de sonde geïntegreerd met een versnellingsmeter, belastingssensor en lichtsensor voor extra functionaliteit en gegevensverzameling.
Dit artikel beschrijft het geautomatiseerde protocol waarbij we de brachioradialis-spier gelijktijdig met een VOT meten met behulp van het ontwikkelde apparaat. De tijdlijn van het protocol is weergegeven in figuur 2. Het protocol is volledig geautomatiseerd en er zijn geen interventies van operators nodig tijdens de uitvoering. Door gebruik te maken van de mogelijkheden van dit nieuwe apparaat, willen we waardevolle inzichten verkrijgen die de artsen in staat stellen de fysiopathologie van perifeer zuurstofverbruik beter te begrijpen en ook de verhouding tussen zuurstofverbruik en -afgifte te beoordelen, waardoor ze de patiëntenzorg uitgebreid en efficiënt kunnen verbeteren.
Figuur 2: Tijdlijn van het protocol. De patiënt is gedurende de hele tijdlijn in rust met een druk van 0 mmHg bij de initiële basislijn en herstelperiode. De VOT wordt uitgevoerd met een tourniquet die is opgeblazen tot een druk van 50 mmHg hoger dan de systolische bloeddruk van de patiënt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Protocol
Representative Results
Discussion
We hebben een volledig geautomatiseerd, robuust, niet-invasief apparaat gedemonstreerd voor de continue meting en monitoring van skeletspieren met behulp van hybride diffuse optica voor het evalueren van microvasculaire oxygenatie, bloedperfusie en reactieve hyperemie. Met behulp van dit protocol met het VASCOVID-apparaat kunnen we tegelijkertijd absolute hemodynamische parameters van HbO, HbR en HbT meten; zuurstofverzadiging van StO2 en SpO2; DeO2 en ReO2; en BFI. De weergegeven real-time StO2 en BFI worden verkregen uit de ruwe gegevens van de vorige seconde van respectievelijk de TRS- en DCS-modules. De montageprocedure is niet tijdrovend, aangezien moderne processors standaardmodellen van een semi-oneindig, homogeen medium gebruiken. De verkregen parameters schetsen niet het volledige beeld van de endotheelfunctie. Gemeten reactieve hyperemie heeft echter een prognostische waarde aangetoond bij verschillende acute aandoeningen waarbij de endotheelstoornis een belangrijke rol speelt, zoals septische shock of COVID-19. 6,28 Het protocol bevat ook een geautomatiseerde kwaliteitscontrole die de parameters van het apparaat registreert, die nuttig zijn voor een onderzoeksprotocol voor het geval later een onverklaarbare anomalie wordt gedetecteerd in de gegevens van een patiënt.
De kwantificering van de overlappende vetlaag en de armomtrek is belangrijk bij het meten van de brachioradialis-spier in dit protocol, aangezien de fotonen voornamelijk door de overlappende weefsels gaan wanneer ze worden geïnjecteerd en wanneer ze worden gedetecteerd. Het is algemeen bekend in de diffuse optica dat er een geassocieerd partieel volume-effect is. Daarom moet de oppervlakkige informatie worden vastgelegd en gebruikt bij het analyseren van de gegevens om rekening te houden met het effect van variaties in vetweefsel46,47. Dit wordt verder versterkt in deze patiëntenpopulaties die van belang zijn, aangezien het gebruikelijk is bij IC-patiënten om oedeem te ontwikkelen waarbij de ledematen gezwollen zijn omdat water wordt vastgehouden als gevolg van immobilisatie en andere redenen48. Bij dergelijke patiënten kan de variatie in omtrek tijdens het verblijf op de IC informatie geven over de ernst van oedeem. Het pad van de lichtbron die de detectoren bereikt, moet door alle oppervlakkige lagen gaan.
De manchet moet comfortabel om de arm worden gewikkeld en zorgen voor een goede pasvorm. Het is echter belangrijk om overmatige beklemming te vermijden die overmatige druk op de arm zou kunnen uitoefenen, alleen door het omwikkelen van de manchet49. Het doel is om een veilige en comfortabele pasvorm te bereiken zonder onnodige compressie te veroorzaken, wat de hemodynamische basisparameters kan veranderen. Als het de arm samendrukt, komt de gegevenskwaliteit voor het hele protocol in het gedrang en wordt de uitgeoefende druk effectief toegevoegd aan de doeldruk van VOT. Als de manchet losjes om de arm is gewikkeld, is er meer lucht nodig om de doeldruk te bereiken en wordt er dus meer tijd genomen. Dit kan weefsel de tijd geven om de fysiologie aan te passen, aangezien de zuurstoftoevoer langzaam wordt verminderd, wat moet worden vermeden50.
Het is belangrijk om de slimme sonde zo te bevestigen dat het juiste contact blijft zonder overmatige druk op het weefsel uit te oefenen. Dit maakt betrouwbare metingen mogelijk en vermijdt het risico op lokale ischemie. Lokale ischemie treedt op wanneer de bloedtoevoer naar het gebied wordt beperkt, wat leidt tot een gecompromitteerde bloedsomloop en mogelijk corrumpering van de metingen.
De capacitieve aanraaksensor op de sonde wordt door het laserveiligheidssysteem gebruikt om ervoor te zorgen dat de laser alleen schijnt wanneer de sonde aan het weefsel is bevestigd. Als de patiënt een hoge haardichtheid op de arm heeft, kan de gevoeligheid van de aanraaksensor in het gedrang komen. Het aanbrengen van een dunne transparante dubbele tape aan de sensorzijde van de sonde kan het probleem met de aanraaksensor effectief verminderen. Wanneer de sonde samen met deze tape aan de harige arm wordt bevestigd, geeft deze een betrouwbaar en stabiel aanraaksignaal. Vooraf gedefinieerde sneden van deze tape zijn beschikbaar voor de slimme sonde met scheiding tussen lichtbronnen en detectoren. De scheiding is essentieel om de vorming van een direct lichtkanaal tussen bron- en detectorvensters te voorkomen, wat de kwaliteit van de metingen kan beïnvloeden. Het gebruik van transparante dubbele tape dient als een praktische oplossing om de betrouwbaarheid van aanraakdetectie in deze omstandigheden te vergroten. Als de aanraakdetectie tijdens het protocol verloren gaat, worden de lasers uitgeschakeld en gaat de meting verloren. De sonde heeft ook een belastingssensor die in de toekomst kan worden gebruikt als back-up veiligheidsmaatregel.
Als de patiënt zijn arm beweegt of als een kleine klinische ingreep de stabiliteit van de verkregen signalen tijdens de basislijnfase verstoort, wat resulteert in scherpe pieken, is het raadzaam om de extend-functie te gebruiken. Deze functie maakt het mogelijk om gedurende drie minuten een stabiele basislijn te verkrijgen, wat zorgt voor een consistente en betrouwbare signaalmeting.
Het is belangrijk om te bedenken dat de bloeddruk van de patiënt aanzienlijke veranderingen kan ondergaan na het starten van het protocol, wat van invloed kan zijn op het vermogen om de streefdruk van 50 mmHg hoger dan de systolische bloeddruk voor de VOT te bereiken. Deze fluctuaties in de bloeddruk kunnen worden beïnvloed door verschillende factoren, zoals de fysiologische reactie van de patiënt, medicatie-effecten of andereklinische aandoeningen. Daarom moet de doeldruk worden aangepast door indien nodig op de knoppen “+” of “-” te drukken om een consistente toediening van de VOT te garanderen.
De typische uitvoering van VOT heeft beperkingen als gevolg van operatorvariabiliteit, die in dit protocol wordt aangepakt door een automatische VOT te hebben. We gebruiken de strategie om de occlusiedruk van 50 mmHg boven het systolische bloeddrukniveau in te stellen. Deze methode stopt de bloedstroom en is in eerdere onderzoeken gerapporteerd voor het uitvoeren van de VOT53,54. De geïndividualiseerde doeldruk voor VOT in dit protocol helpt bij het vermijden van vasoconstrictie die kan optreden door een algemene doeldruk voor VOT vast te stellen. Pijn veroorzaakt door een onnodig hoge druk kan de meting beïnvloeden en vasoconstrictie veroorzaken, bijvoorbeeld bij een patiënt met een systolische druk van 120 mmHg en een doeldruk van 200 mmHg of 250 mmHg29. We merken op dat patiënten die op IC’s worden opgenomen een verhoogd risico op trombose hebben, voornamelijk als gevolg van factoren zoals langdurige immobiliteit en sedatie55. Dit houdt in dat dit protocol, om risico’s te vermijden, niet kan worden gebruikt bij patiënten die lijden aan trombose of tromboflebitis.
De toepassing van dit protocol kan nuttig zijn in de IC-populatie waar verminderde reactieve hyperemie een veel voorkomend kenmerk is en kan bijdragen aan microvasculaire afwijkingen 3,56. De parameters die in dit protocol zijn verkregen, zonder tussenkomst van de operator tijdens de meting, zijn eerder in de literatuur afzonderlijk of in een kleine combinatie gebruikt voor sepsis, kanker, beroerte enz. om pathologische aandoeningen te onderscheiden 1,11,15,31. Daarom zijn wij van mening dat de combinatie van deze relevante parameters gunstig is voor verschillende klinische toepassingen. De gegevens die door dit protocol worden vastgelegd, kunnen helpen bij het selecteren van geschikte therapeutische strategieën om de vasculaire gezondheid te verbeteren57. De waardevolle inzichten over weefseloxygenatie en bloedstroomdynamiek tijdens occlusie en reperfusie stellen ons in staat om de adequaatheid van de bloedtoevoer naar vitale organen te beoordelen. Het kan helpen bij het identificeren van weefselhypoxie en het begeleiden van interventies om de orgaanperfusie te optimaliseren58. Door gebruik te maken van real-time informatie over microvasculaire oxygenatie en reactieve hyperemie, helpt het als een extra hulpmiddel bij het begeleiden van hemodynamisch beheer, vloeistofreanimatie en vasopressortherapie59,60. Dit zorgt ervoor dat interventies worden afgestemd op de individuele behoeften van de patiënt, waardoor weefseloxygenatie en perfusie worden geoptimaliseerd61,62. Bovendien kunnen bij mechanisch beademde patiënten evolutieve veranderingen in microvasculaire oxygenatie en bloedstroom binnen een spontane ademhalingsproef van het grootste belang zijn bij het evalueren van de cardiovasculaire tolerantie om de verhoogde metabole belasting als gevolg van het werk van ademen zonder hulp op te vangen en te overwinnen2. Namens dat is een dagelijkse kritische en uitdagende beslissing voor de IC-patiënten over mechanische beademing het speenproces, dat eindigt wanneer de patiënt in staat wordt geacht om zelfstandig te ademen en de endotracheale tube wordt verwijderd. De longitudinale toepassing van dit protocol kan worden gebruikt om de effectiviteit van interventies te evalueren, ziekteprogressie te volgen en behandelingsstrategieën te begeleiden.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gefinancierd door Fundació CELLEX Barcelona, Fundació Mir-Puig, Ajuntament de Barcelona, Agencia Estatal de Investigación (PHOTOMETABO, PID2019-106481RB-C31/10.13039/501100011033), het “Severo Ochoa”-programma voor expertisecentra in R&D (CEX2019-000910-S), Generalitat de Catalunya (CERCA, AGAUR-2017-SGR-1380, RIS3CAT-001-P-001682 CECH), FEDER EC, Fundacion Joan Ribas Araquistain, l’FCRI (Convocatòria Joan Oró 2023), Europese Commissie Horizon 2020 (Subsidies nrs. 101016087 (VASCOVID), 101017113 (TinyBrains), 871124 (LASERLAB-EUROPE V), 101062306 (Marie Skłodowska-Curie)), de Fundació La Marató de TV3 (2017,2020) en de speciale programma’s LUX4MED/MEDLUX.
Materials
| Alcohol swabs | No specific | N/A | For cleaning the probes and cuff after measurement |
| Black cloth | No specific | N/A | For blocking ambient light |
| Blood pressure monitor | OMRON | N/A | Hopital ICU equipment or off the shelf product |
| Body fat Calliper | Healifty | 3257040-6108-1618385551 | For measuring the fat layer |
| Examination gloves | No specific | N/A | To be used for interacting with patients |
| Kintex tape | No specific | N/A | For attaching the probe on arm |
| Koban wrap | No specific | N/A | For attaching the probe on arm |
| Measuring tape | YDM Industries | 25-SB-30-150V3-19-1 | For measuring the arm circumference |
| Scissors | No specific | N/A | for cutting tapes |
| VASCOVID precommercial prototype | VASCOVID consortium | N/A | Integrated at ICFO |
References
- Mesquida, J., Masip, J., Gili, G., Artigas, A., Baigorri, F. Thenar oxygen saturation measured by near infrared spectroscopy as a noninvasive predictor of low central venous oxygen saturation in septic patients. Intensive Care Medicine. 35, 1106-1109 (2009).
- Mesquida, J., et al. Thenar oxygen saturation (StO2) alterations during a spontaneous breathing trial predict extubation failure. Annals of Intensive Care. 10 (1), 1-7 (2020).
- Mikacenic, C., et al. Biomarkers of endothelial activation are associated with poor outcome in critical illness. PloS One. 10 (10), e0141251 (2015).
- Varga, Z., et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. The Lancet. 395 (10234), 1417-1418 (2020).
- Castro, P., et al. Is the endothelium the missing link in the pathophysiology and treatment of COVID-19 complications. Cardiovascular Drugs and Therapy. 36 (3), 547-560 (2022).
- Mesquida, J., et al. Peripheral microcirculatory alterations are associated with the severity of acute respiratory distress syndrome in COVID-19 patients admitted to intermediate respiratory and intensive care units. Critical Care. 25, 1-10 (2021).
- Fernández, S., et al. Distinctive biomarker features in the endotheliopathy of COVID-19 and septic syndromes. Shock (Augusta, Ga). 57 (1), 95 (2022).
- Sakr, Y., Dubois, M. J., De Backer, D., Creteur, J., Vincent, J. L. Persistent microcirculatory alterations are associated with organ failure and death in patients with septic shock). Critical Care Medicine. 32 (9), 1825-1831 (2004).
- Trzeciak, S., et al. Early microcirculatory perfusion derangements in patients with severe sepsis and septic shock: relationship to hemodynamics, oxygen transport, and survival. Annals of Emergency Medicine. 49 (1), 88-98 (2007).
- Tachon, G., et al. Microcirculatory alterations in traumatic hemorrhagic shock. Critical Care Medicine. 42 (6), 1433-1441 (2014).
- Duranteau, J., et al. The future of intensive care: the study of the microcirculation will help to guide our therapies. Critical Care. 27 (1), 1-13 (2023).
- Mason McClatchey, P., et al. Impaired tissue oxygenation in metabolic syndrome requires increased microvascular perfusion heterogeneity. Journal of Cardiovascular Translational Research. 10 (1), 69-81 (2017).
- Gurley, K., Shang, Y., Yu, G. Noninvasive optical quantification of absolute blood flow, blood oxygenation, and oxygen consumption rate in exercising skeletal muscle. Journal of Biomedical Optics. 17 (7), 075010 (2012).
- Lin, P. Y., et al. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. Journal of Visualized Experiments. (73), e4379 (2013).
- Cortese, L., et al. The LUCA device: a multi-modal platform combining diffuse optics and ultrasound imaging for thyroid cancer screening. Biomedical Optics Express. 6 (6), 3392-3409 (2021).
- Durduran, T., Yodh, A. G. Diffuse correlation spectroscopy for non-invasive, micro-vascular cerebral blood flow measurement. Neuroimage. 85, 51-63 (2014).
- Hong, K. S., Yaqub, M. A. Application of functional near-infrared spectroscopy in the healthcare industry: A review. Journal of Innovative Optical Health Sciences. 12 (06), 1930012 (2019).
- Torricelli, A., et al. Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping. Neuroimage. 85, 28-50 (2014).
- Tremblay, J. C., King, T. J. Near-infrared spectroscopy: can it measure endothelial function. Experimental Physiology. 101 (11), 1443-1444 (2016).
- Cortese, L., et al. Performance assessment of a commercial continuous-wave near-infrared spectroscopy tissue oximeter for suitability for use in an international, multi-center clinical trial. Sensors. 21 (21), 6957 (2021).
- Contini, D., et al. Multi-channel time-resolved system for functional near infrared spectroscopy. Optics Express. 14 (12), 5418-5432 (2006).
- Lacerenza, M., et al. Wearable and wireless time-domain near-infrared spectroscopy system for brain and muscle hemodynamic monitoring. Biomedical Optics Express. 11 (10), 5934-5949 (2020).
- Lacerenza, M., et al. Performance and reproducibility assessment across multiple time-domain near-infrared spectroscopy device replicas. Design and Quality for Biomedical Technologies XV – SPIE. 11951, 43-48 (2022).
- Durduran, T., Choe, R., Baker, W. B., Yodh, A. G. Diffuse optics for tissue monitoring and tomography. Reports on Progress in Physics. 73 (7), 076701 (2010).
- Boas, D. A., Campbell, L. E., Yodh, A. G. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations. Physical Review Letters. 75 (9), 1855 (1995).
- Giovannella, M., et al. BabyLux device: a diffuse optical system integrating diffuse correlation spectroscopy and time-resolved near-infrared spectroscopy for the neuromonitoring of the premature newborn brain. Neurophotonics. 6 (2), 025007-025007 (2019).
- Amendola, C., et al. A compact multi-distance DCS and time domain NIRS hybrid system for hemodynamic and metabolic measurements. Sensors. 21 (3), 870 (2021).
- Mesquida, J., Gruartmoner, G., Espinal, C. Skeletal muscle oxygen saturation (StO2) measured by near-infrared spectroscopy in the critically ill patients. BioMed Research International. (2013), (2013).
- Gerovasili, V., Dimopoulos, S., Tzanis, G., Anastasiou-Nana, M., Nanas, S. Utilizing the vascular occlusion technique with NIRS technology. International Journal of Industrial Ergonomics. 40 (2), 218-222 (2010).
- Siafaka, A., et al. Acute effects of smoking on skeletal muscle microcirculation monitored by near-infrared spectroscopy. Chest. 131 (5), 1479-1485 (2007).
- Donati, A., et al. Near-infrared spectroscopy for assessing tissue oxygenation and microvascular reactivity in critically ill patients: a prospective observational study. Critical Care. 20, 1-10 (2016).
- Iannetta, D., et al. Reliability of microvascular responsiveness measures derived from near-infrared spectroscopy across a variety of ischemic periods in young and older individuals. Microvascular Research. 122, 117-124 (2019).
- Niezen, C. K., Massari, D., Vos, J. J., Scheeren, T. W. L. The use of a vascular occlusion test combined with near-infrared spectroscopy in perioperative care: a systematic review. Journal of Clinical Monitoring and Computing. 36 (4), 933-946 (2022).
- Donati, A., et al. Recombinant activated protein C treatment improves tissue perfusion and oxygenation in septic patients measured by near-infrared spectroscopy. Critical Care. 5 (5), 1-7 (2009).
- Neto, A. S., et al. Association between static and dynamic thenar near-infrared spectroscopy and mortality in patients with sepsis: a systematic review and meta-analysis. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 76 (1), 226-233 (2014).
- Shapiro, N. I., et al. The association of near-infrared spectroscopy-derived tissue oxygenation measurements with sepsis syndromes, organ dysfunction and mortality in emergency department patients with sepsis. Critical Care. 15 (5), 1-10 (2011).
- Orbegozo, D., et al. Peripheral muscle near-infrared spectroscopy variables are altered early in septic shock. Shock. 50 (1), 87-95 (2018).
- Lu, S., et al. Comparison of COVID-19 induced respiratory failure and typical ARDS: similarities and differences. Frontiers in Medicine. 9, 829771 (2022).
- Parežnik, R., Knezevic, R., Voga, G., Podbregar, M. Changes in muscle tissue oxygenation during stagnant ischemia in septic patients. Intensive Care Medicine. 32, 87-92 (2006).
- Nanas, S., et al. Inotropic agents improve the peripheral microcirculation of patients with end-stage chronic heart failure. Journal of Cardiac Failure. 14 (5), 400-406 (2008).
- International electrical equipment – IEC. Medical electrical equipment – Part 2-22: Particular requirements for basic safety and essential performance of surgical, cosmetic, therapeutic and diagnostic laser equipment. International electrical equipment – IEC. , (2019).
- Cortese, L., et al. Recipes for diffuse correlation spectroscopy instrument design using commonly utilized hardware based on targets for signal-to-noise ratio and precision. Biomedical Optics Express. 12 (6), 3265-3281 (2021).
- Zhou, C., et al. Diffuse optical correlation tomography of cerebral blood flow during cortical spreading depression in rat brain. Optics Express. 14 (3), 1125-1144 (2006).
- Selb, J., et al. Sensitivity of near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy to brain hemodynamics: simulations and experimental findings during hypercapnia. Neurophotonics. 1 (1), 015005-015005 (2014).
- Amendola, C., et al. Assessment of power spectral density of microvascular hemodynamics in skeletal muscles at very low and low-frequency via near-infrared diffuse optical spectroscopies. Biomedical Optics Express. 14 (11), 5994-6015 (2023).
- Craig, J. C., Broxterman, R. M., Wilcox, S. L., Chen, C., Barstow, T. J. Effect of adipose tissue thickness, muscle site, and sex on near-infrared spectroscopy derived total-[hemoglobin+ myoglobin]. Journal of Applied Physiology. 123 (6), 1571-1578 (2017).
- Nasseri, N., Kleiser, S., Ostojic, D., Karen, T., Wolf, M. Quantifying the effect of adipose tissue in muscle oximetry by near infrared spectroscopy. Biomedical Optics Express. 7 (11), 4605-4619 (2016).
- Ahmadinejad, M., Razban, F., Jahani, Y., Heravi, F. Limb edema in critically ill patients: Comparing intermittent compression and elevation. International Wound Journal. 19 (5), 1085-1091 (2022).
- Van Vo, T., Hammer, P. E., Hoimes, M. L., Nadgir, S., Fantini, S. Mathematical model for the hemodynamic response to venous occlusion measured with near-infrared spectroscopy in the human forearm. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54 (4), 573-584 (2007).
- Junejo, R. T., Ray, C. J., Marshall, J. M. Cuff inflation time significantly affects blood flow recorded with venous occlusion plethysmography. European Journal of Applied Physiology. 119, 665-674 (2019).
- Baker, W. B., et al. Pressure modulation algorithm to separate cerebral hemodynamic signals from extracerebral artifacts. Neurophotonics. 3 (3), 035004-035004 (2015).
- Martirosov, A. L., et al. Improving transitions of care for critically ill adult patients on pulmonary arterial hypertension medications. American Journal of Health-System Pharmacy. 77 (12), 958-965 (2020).
- Bezemer, R., Lima, A., Klijn, E., Bakker, J., Ince, C. Assessment of tissue oxygen saturation during a vascular occlusion test using near-infrared spectroscopy: Role of the probe spacing and measurement site studied in healthy volunteers. Critical Care. (13), 1-2 (2009).
- Futier, E., et al. Use of near-infrared spectroscopy during a vascular occlusion test to assess the microcirculatory response during fluid challenge. Critical Care. (15), 1-10 (2011).
- Attia, J. R., et al. Deep vein thrombosis and its prevention in critically ill adults. Archives of Internal Medicine. 161 (10), 1268-1279 (2001).
- Reinhart, K., Bayer, O., Brunkhorst, F., Meisner, M. Markers of endothelial damage in organ dysfunction and sepsis. Critical Care Medicine. 30 (5), S302-S312 (2002).
- Georger, J. F., et al. Restoring arterial pressure with norepinephrine improves muscle tissue oxygenation assessed by near-infrared spectroscopy in severely hypotensive septic patients. Intensive Care Medicine. 36, 1882-1889 (2010).
- Lipcsey, M., Woinarski, N. C., Bellomo, R. Near infrared spectroscopy (NIRS) of the thenar eminence in anesthesia and intensive care. Annals of Intensive Care. 2 (1), 1-9 (2012).
- Kazune, S., Caica, A., Luksevics, E., Volceka, K., Grabovskis, A. Impact of increased mean arterial pressure on skin microcirculatory oxygenation in vasopressor-requiring septic patients: an interventional study. Annals of Intensive Care. 9 (1), 1-10 (2019).
- Lima, A., van Bommel, J., Jansen, T. C., Ince, C., Bakker, J. Low tissue oxygen saturation at the end of early goal-directed therapy is associated with worse outcome in critically ill patients. Critical Care. 13 (5), 1-7 (2009).
- Rogers, C. A., et al. Randomized trial of near-infrared spectroscopy for personalized optimization of cerebral tissue oxygenation during cardiac surgery. BJA: British Journal of Anaesthesia. 119 (3), 384-393 (2017).
- Jozwiak, M., Chambaz, M., Sentenac, P., Monnet, X., Teboul, J. L. Assessment of tissue oxygenation to personalize mean arterial pressure target in patients with septic shock. Microvascular Research. 132, 104068 (2020).
