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

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

Неинвазивный мониторинг микроваскулярной оксигенации и реактивной гиперемии с использованием гибридной диффузной оптической спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона для интенсивной терапии

Published: May 10, 2024
doi:
10.3791/66062
, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
1ICFO – Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology, 2Dipartimento di Fisica,Politecnico di Milano, 3Critical Care Department,Parc Taulí Hospital Universitari, 4Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria,Politecnico di Milano, 5ASPHALION s.l., 6Splendo, 7BioPixS-Biophotonics Standards, IPIC,Tyndall National Institute, 8Hemophotonics s.l., 9PIONIRS s.r.l., 10Consiglio Nazionale delle Ricerche,Istituto di Fotonica e Nanotecnologie, 11Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)

Summary

Описан протокол неинвазивного и непрерывного измерения абсолютного микрососудистого индекса кровотока и насыщения крови кислородом с помощью мультимодального прибора на основе диффузной оптики ближнего инфракрасного диапазона. Затем мы оцениваем скорость метаболизма потребления кислорода и реактивную гиперемию с помощью теста на окклюзию сосудов.

Abstract

Выявление уровней нарушения микроваскулярного потребления кислорода и реактивной гиперемии имеет жизненно важное значение в интенсивной терапии. Однако практических средств для надежной и количественной оценки не существует. В данной статье описывается протокол оценки этих нарушений с использованием гибридного диффузного оптического устройства ближнего инфракрасного диапазона. Прибор содержит модули для ближней инфракрасной спектроскопии с временным разрешением и диффузной корреляционной спектроскопии и пульсоксиметрии. Эти модули позволяют неинвазивно, непрерывно и в режиме реального времени измерять абсолютное микрососудистое насыщение крови и тканей кислородом (StO2) и индекс кровотока (BFI), а также насыщение периферических артерий кислородом (SpO2). В этом устройстве используется интегрированная система наложения жгутов с компьютерным управлением для выполнения стандартизированного протокола со сбором оптических данных от плечелучевой мышцы. Стандартизированный тест на окклюзию сосудов (VOT) учитывает различия в продолжительности окклюзии и давлении, о которых сообщается в литературе, в то время как автоматизация сводит к минимуму различия между операторами. Протокол, который мы описываем, фокусируется на 3-минутном периоде окклюзии, но детали, описанные в этой статье, могут быть легко адаптированы к другой продолжительности и давлению на манжету, а также к другим мышцам. Включение измерения расширенного исходного уровня и периода восстановления после окклюзии позволяет количественно оценить исходные значения по всем параметрам и скорость деоксигенации крови/тканей, которая соответствует скорости метаболизма потребления кислорода. После освобождения манжеты мы характеризуем скорость тканевой реоксигенации, величину и продолжительность гиперемического ответа в BFI и StO2. Эти последние параметры соответствуют количественной оценке реактивной гиперемии, которая дает информацию о функции эндотелия. Кроме того, вышеупомянутые измерения абсолютной концентрации оксигенированного и деоксигенированного гемоглобина, BFI, полученной метаболической скорости потребления кислорода,StO2 иSpO2 предоставляют еще не изученный богатый набор данных, который может продемонстрировать тяжесть заболевания, персонализированную терапию и вмешательства в лечение.

Introduction

У пациентов в критическом состоянии, особенно с сепсисом и другими подобными состояниями, часто наблюдаются нарушения реактивной гиперемии и микроваскулярной оксигенации 1,2,3. Во время первых волн пандемии COVID-19 непредвиденное количество пациентов нуждалось в интенсивной терапии, во время которой воздействие вируса на эндотелий стало очевидным, но без четкой стратегии оценки и лечения 4,5,6. В результате растет признание важности выявления эндотелиальной дисфункции, которая может быть косвенно оценена по реактивной гиперемии, в отделениях интенсивной терапии, т.е. в отделениях интенсивной терапии (ОИТ)7. Ожидается, что практическая, надежная и широко доступная оценка доставки и потребления кислорода к тканям будет иметь первостепенное значение для оптимизации стратегий реанимации и непосредственного решения проблем микроциркуляции. Исследования неизменно показывают, что стойкие микроциркуляторные изменения и отсутствие согласованности между макроциркуляцией и микроциркуляцией в некоторой степени являются предикторами органной недостаточности и неблагоприятных исходов у пациентов, страдающих септическим шоком или геморрагическим шоком, а также другими критическими состояниями, даже когда системные параметры считаются нормальными 8,9,10. Стало очевидно, что полагаться только на макроциркуляторные параметры недостаточно, так как микроциркуляция играет важнейшую роль в оксигенации тканей и функции органов 11,12,13. В данной статье описывается протокол, использующий новое мультимодальное устройство, основанное на технологиях диффузной оптической связи ближнего инфракрасного диапазона, которое было разработано в рамках международного консорциума, специализирующегося на пациентах ОИТ. Проект VASCOVID (https://vascovid.eu) был инициирован пандемией COVID-19 для оценки микрососудистого здоровья периферических мышц в отделениях интенсивной терапии. Мы разработали протокол с использованием разработанного устройства VASCOVID, который направлен на улучшение нашего понимания этих параметров и того, как эти параметры могут быть полезны в лечении пациентов в критическом состоянии с гораздо более широким охватом, чем пациенты с COVID-19.

Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (NIRS) используется для неинвазивной оценки микроциркуляции в течение десятилетий в широком спектре клинических применений, включая пациентов ОРИТ14, 15, 16, 17. Важно отметить, что простейшее применение NIRS, т.е. непрерывно-волновой NIRS (CW-NIRS), реализовано в широко используемых и клинически одобренных приборах 17,18, используемых для измерения абсолютных концентраций окси- (HbO) и дезоксигемоглобина (HbR) для расчета насыщения крови и тканей кислородом (StO2) микроциркуляторного русла. Несмотря на то, что эти устройства нашли свое применение в клиническом лечении, например, во время кардиохирургии, они имеют явные ограничения из-за физики распространения фотонов в тканях. Это означает, что их точность, прецизионность и повторяемость сомнительны, поэтому они часто используются в качестве мониторов тренда 19,20. Кроме того, на их результаты сильно влияют поверхностные ткани, такие как слои жира и кожи.

NIRS (TRS) с временным разрешением использует короткие лазерные импульсы в пикосекундном диапазоне на нескольких длинах волн для оценки их задержки и расширения после прохождения через ткань21. Это позволяет TRS отделять эффекты поглощения от рассеяния для получения надежных, точных и точных оценок, а также позволяет рассчитать общую концентрацию гемоглобина (HbT). Поскольку TRS также разрешает длины пути, его можно использовать для лучшего отделения поверхностных сигналов от глубоких сигналов, представляющих интерес18,21. Это достигается за счет сложности, цены и громоздкости. Однако в последние годы системы TRS стали более сложными и дорогостоящими, что привело к появлению более доступных и простых в использовании устройств. В данной рукописи описывается устройство, использующее компактный коммерческий модуль TRS22,23 производителя оригинального оборудования (OEM).

Диффузная корреляционная спектроскопия (ДКБ) является еще одной технологией ближнего инфракрасного диапазона, которая использует временную статистику диффузных спеклов для количественной оценки движения светорассеивающих частиц, в тканях которых преобладают эритроциты16,24. Это, в свою очередь, хорошо известно как показатель микрососудистого кровотока, который мы называем индексом кровотока (BFI)25. Одновременное использование TRS и DCS в гибридном оптическом устройстве дает представление о метаболизме кислорода за счет использования общих моделей для получения локальной фракции извлечения кислорода и умножения на кровоток 15,26,27.

Для оценки микроциркуляции в отделении интенсивной терапии NIRS часто используется с тестом на окклюзию сосудов (VOT), который представляет собой ишемическую задачу, выполняемую путем блокировки кровоснабжения исследуемой периферической мышцы на определенное время (несколько минут)28,29,30,31,32. Чаще всего его выполняют путем надувания жгута, обернутого вокруг плеча, выше систолического давления33. Во время VOT клиницисты оценивают реакцию оксигенации микрососудов крови на изменения кровотока для получения кислородного метаболизма в покое и реактивной гиперемии34. Предполагается, что во время ВОТ, когда манжета надута значительно выше давления окклюзии конечности, притока или оттока крови не происходит. Таким образом, начало ВОТ показывает нисходящий наклонStO2, т.е. деоксигенацию (DeO2), так как кислород потребляется тканями, что позволяет оценить метаболическую скорость потребления кислорода. Когда VOT заканчивается и манжета сдувается, кровь приливает к ней, чтобы компенсировать ее истощение, что приводит к гиперемической реакции. Этот порыв порождает резкий подъемStO2, т.е. реоксигенацию (ReO2). Гиперемическая реакция, которая представляет собой увеличение по сравнению с исходным уровнем с медленным восстановлением до исходного уровня, оценивает реактивную гиперемию. Комбинация NIRS с VOT вызывает все больший интерес в интенсивной терапии из-за простоты использования и потенциала для прогнозирования неблагоприятных исходов и даже смертности при критических состояниях, таких как сепсис 35,36,37.

Во время пандемии COVID-19 наши группы инициировали создание международного консорциума и недавно завершили так называемое исследование HEMOCOVID-19, показавшее связь между периферическими микроциркуляторными изменениями и тяжестью острого респираторного дистресс-синдрома у пациентов с COVID-196. Это подтверждается и другими работами 7,38. Все эти исследования проводились с использованием вышеупомянутых систем CW-NIRS, поэтому страдали от их недостатков. Кроме того, выполнение VOT не было стандартизировано в различных исследованиях и зависит от различных параметров, таких как продолжительность окклюзии, давление жгута и вариации в зависимости от оператора 29,39,40. Обзор литературы ясно показывает, что для того, чтобы VOT и NIRS получили распространение в клиниках, важно измерять кровоток, иметь стандартизированные протоколы и иметь надежную систему NIRS11. Таким образом, мы предположили, что, используя более совершенную форму NIRS (TRS), измеряя кровоток и стандартизируя контроль манжеты во время VOT, можно добиться лучшей дифференциации патологических состояний от здоровых. С этой целью мы разработали этот гибридный диффузный оптический прибор, который объединяет несколько модулей, включающих два диффузных оптических модуля ближнего инфракрасного диапазона TRS и DCS, пульсоксиметрию и автоматический жгут. Модуль пульсоксиметрии предоставляет данные о частоте сердечных сокращений (ЧСС), индексе перфузии и проценте насыщения артериальной крови кислородом (SpO2). В аппарате используется быстрый жгут, который критически важен для выполнения VOT. Прибор поставляется с дополнительным блоком принадлежностей, который позволяет нам получать дополнительную информацию во время использования для расширенного и непрерывного контроля качества, например, рутинное и практическое измерение функции отклика прибора (IRF) для TRS и измерение на фантоме, имитирующем ткани, для оценки продольной стабильности. На рисунке 1 показано, что устройство используется в отделении интенсивной терапии.

Figure 1
Рисунок 1: Расположение портативного устройства у постели больного в отделении интенсивной терапии с зондами и манжетой, прикрепленными к пациенту. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Мультимодальный интеллектуальный зонд включает в себя оптические волокна источника и детектора как для TRS, так и для DCS с оптическими фильтрами внутри устройства, которые предотвращают помехи между DCS и TRS. Расстояние между источником и детектором, используемое в этой системе, составляет 25 мм. Кроме того, датчик оснащен емкостным сенсорным датчиком, обеспечивающим ценную функцию безопасности для предотвращения лазерных опасностей в соответствии со стандартом лазерной безопасности (IEC 60601-2-22:2019)41. Лазерная система безопасности внутри устройства гарантирует, что лазерное излучение происходит только тогда, когда зонд находится в контакте с тканью. При обнаружении отсоединения датчика лазеры немедленно отключаются, обеспечивая безопасность как пациентов, так и операторов. Кроме того, датчик интегрирован с акселерометром, датчиком нагрузки и датчиком освещенности для дополнительной функциональности и сбора данных.

В данной работе описан автоматизированный протокол, при котором мы зондируем плечелучевую мышцу одновременно с ВОТ с помощью разработанного устройства. Временная шкала протокола показана на рисунке 2. Протокол полностью автоматизирован, и на протяжении всего его выполнения не требуется вмешательство оператора. Используя возможности этого нового устройства, мы стремимся получить ценную информацию, которая позволит врачам лучше понять физиопатологию периферического потребления кислорода, а также оценить соотношение потребления и доставки кислорода, тем самым помогая им всесторонне и эффективно улучшить уход за пациентами.

Figure 2
Рисунок 2: Временная шкала протокола. Пациент находится в состоянии покоя на протяжении всего периода времени с давлением 0 мм рт.ст. на исходном уровне и в период восстановления. ВОТ проводится с наложением жгута, надутого до давления на 50 мм рт.ст., превышающего систолическое артериальное давление пациента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Protocol

Исследование было одобрено местным комитетом по этике в больнице Parc Tauli Hospital Universitari. От пациентов или их ближайших родственников было получено информированное и подписанное согласие. Абсолютными противопоказаниями для включения в протокол явились: клиническое подозрение или эхографическое подтверждение венозного тромбоза в исследуемой руке, другие сосудистые или травматические повреждения в исследуемой руке, потеря целостности кожи или поражения, которые могли препятствовать постановке зонда. 1. Самодиагностика устройства Включите устройство. Устройство начинается с программного обеспечения собственной разработки. Поверните предохранительный ключ в положение ON , поместите датчик полностью внутрь блока функции отклика прибора (IRF) и нажмите кнопку сброса на датчике, если он светится. Нажмите кнопку OK во всплывающем диалоговом окне и подождите, пока устройство будет готово.ПРИМЕЧАНИЕ: Устройство выполняет самопроверку, чтобы обеспечить стабильную работу. Пользователь получает уведомление всплывающим сообщением о готовности устройства. 2. Дополнительные инфракрасные и фантомные измерения Нажмите OK , когда устройство будет готово. Нажмите кнопку «Да », когда будет предложено измерить IRF. Устройство автоматически регулирует интенсивность лазерного излучения для достижения желаемой скорости счета в 1 миллион. Нажмите кнопку Стоп , когда будет наблюдаться стабильная скорость счета и DTOF. Этот IRF сохраняется в файлах, а также загружается в программное обеспечение для использования для расчетов в режиме реального времени. Правильно вставьте датчик в коробку Phantom, чтобы индикатор прикрепленного датчика горел. Нажмите кнопку Phantom , чтобы запустить фантомный протокол.ПРИМЕЧАНИЕ: Тест контроля качества проверяет, что детекторы DCS и TRS принимают достаточное количество фотонов, а также проверяет, находится ли количество темновых сигналов в желаемых пределах. Продолжайте запись в течение не менее 30 секунд после контроля качества, чтобы сохранить достаточное количество данных для дальнейшего автономного анализа. 3. Подготовка к измерению у постели больного Наложите жгут на плечо выше локтя, как это делается при измерении артериального давления. Не оборачивайте манжету свободно или очень туго вокруг руки.ПРИМЕЧАНИЕ: Для неплотного наложения жгута требуется больше воздуха для достижения желаемого давления. Медленное надувание позволяет организму перестроить свою физиологию. Приложите пульсоксиметр к указательному пальцу той же руки. Если нет возможности прикрепить к указательному пальцу, прикрепите его к любому другому пальцу. Найдите плечелучевую мышцу, которую нужно прощупать, которая находится в боковой части предплечья чуть ниже локтя. Попросите пациента разжать и сомкнуть кулак, чтобы нащупать мышцу, положив пальцы на предплечье. В случае пациентов, находящихся под действием седативных препаратов или если они не могут двигаться, проследите за мышцей, слегка повернув руку одной рукой. Почувствуйте мышцу между большим и указательным пальцами другой руки. Измерьте окружность руки вокруг расположенной мышцы с помощью мягкой измерительной ленты, как показано на рисунке 3. Измерьте приблизительную толщину жировой ткани на верхней части мышцы с помощью цифрового штангенциркуля, как показано на рисунке 4. Прикрепите головку зонда к мышце так, чтобы оптические волокна и кабели шли к руке, как показано на рисунке 5.ПРИМЕЧАНИЕ: Не прикрепляйте зонд плотно; Это может повлиять на физиологию тканей. Убедитесь, что волокна не соприкасаются с движущимися объектами, так как это может привести к появлению артефактов в данных. Накройте зонд черной тканью, чтобы заблокировать внешний свет.ПРИМЕЧАНИЕ: Если пациент находится в сознании, сообщите ему, что ВОТ может вызвать ощущение покалывания, и он не должен двигать рукой. Рисунок 3: Измерение окружности руки вокруг плечелучевой мышцы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 4: Измерение толщины жировой ткани на верхней части мышцы с помощью штангенциркуля. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 5: Зонд, прикрепленный к мышце с волокнами и кабелями, идущими к руке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 4. Сбор данных Убедитесь, что светодиодный индикатор, прикрепленный к датчику, на передней панели устройства, горит, а сенсорный значок в программном обеспечении горит зеленым цветом, показывая, что датчик подключен. Нажмите кнопку Протокол с таймером . Убедитесь, что открывается новое диалоговое окно, как показано на рисунке 6. Введите идентификатор субъекта, идентификатор оператора и целевое давление на 50 мм рт.ст. выше систолического артериального давления. Нажмите OK , чтобы запустить автоматический протокол. Данные в режиме реального времени отображаются на графиках. Протокол начинается с контроля качества, который автоматически регулирует мощность лазера и проверяет количество фотонов и интерференцию между модальностями. Проверка качества осуществляется в течение 2 минут. Обратите внимание на круглые значки с надписями TRS и DCS, которые должны стать зелеными в конце проверки качества данных.ПРИМЕЧАНИЕ: Зеленые значки показывают, что скорость подсчета фотонов находится в желаемом диапазоне, в зонд не попадает внешний свет и нет перекрестных помех между модальностями. Следовательно, измерение можно продолжить. Графики сбрасываются в конце фазы качества, и сигналы, представляющие данные пациента, отображаются в режиме реального времени. Перейдите к шагу 2.6, если значки TRS и DCS не становятся зелеными и остаются красными в конце проверки качества. Нажмите кнопку «Стоп», чтобы прервать протокол, если пациент нестабилен или требует внезапного клинического вмешательства в любой момент во время протокола. Нажмите кнопку «Удлинить », чтобы добавить 30 секунд длительности до окклюзии, если пациент двигает рукой и у него нет стабильных исходных сигналов.ПРИМЕЧАНИЕ: Оператор может нажимать кнопку «Удлинить » столько раз и в любой фазе, сколько потребуется; Каждое нажатие кнопки будет прибавлять 30 с. Убедитесь, что жгут автоматически надувается до желаемого давления, чтобы начать VOT. Нажимайте кнопки + или – , чтобы увеличить или уменьшить желаемое давление окклюзии с шагом 5 мм рт.ст., если артериальное давление пациента изменилось после начала протокола. Старт и остановка ВОТ автоматически отмечаются желтыми вертикальными линиями.ПРИМЕЧАНИЕ: Программное обеспечение настроено на непрерывный сбор данных и автоматическое выполнение VOT в течение 3 минут после 3 минут базового уровня. Предварительно определенный стандартный протокол длится еще шесть минут после завершения ВОТ, чтобы оценить восстановление после того, как гиперемический ответ пациента закончится и будет достигнуто стабильное состояние. Нажмите OK , когда оператор получит уведомление о завершении протокола через всплывающее уведомление, которое отмечает успешное завершение протокола. Снимите зонды и манжету с пациента и очистите их с помощью спиртового тампона или его эквивалента. Запишите клиническую и демографическую информацию (в соответствии с заранее определенными протоколами исследования), а также окружность руки в месте расположения зонда и толщину вышележащей жировой ткани в форме данных пациента вручную. Рисунок 6: Скриншот параметров протокола, используемых для автоматического выполнения всего протокола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 5. Анализ данных Используйте сценарий/программу, написанную на вашем любимом языке (например, Python или MATLAB), чтобы открыть и визуализировать записанные двоичные данные. Рассчитайте индекс потребления кислорода, который представляет собой тканевый метаболизм и определяется как:где Hb – гематокрит, который фиксируется из клинических карт пациента в форме данных пациента. Вычислить скоростьDeO2 (наклонStO2 от начала VOT до 1 мин), амплитудуDeO2 (исходный уровеньStO2 – минимумStO2), скоростьReO2 (наклонStO2 от завершения VOT до достижения пикового значения), амплитуду гиперемического пикаStO2 и BFI (пиковые значения) и площадь под кривой (AUC) реактивного отклика после VOT как дляStO2 , так и для BFI.ПРИМЕЧАНИЕ: Вычисление абсолютных значений HbO, HbR, HbT и StO2 в реальном времени достигается алгоритмом аппроксимации с использованием кривых распределения времени пролета (DTOF) из TRS обеих длин волн. Теоретические детали можно найти в Torricelli et al. и Contini et al.18,21. Расчет BFI в режиме реального времени осуществляется с помощью алгоритма аппроксимации с использованием кривых автокорреляции из РСУ. Теоретические подробности можно найти в Дурдуране иЙоде 16.

Representative Results

В продолжающихся клинических исследованиях устройство использовалось в течение более 300 часов несколькими обученными пользователями для выполнения измерений у пациентов отделения интенсивной терапии и здоровой контрольной группы, получения клинически значимых результатов и характеристики производительности системы in vivo в реальных условиях. Здесь мы продемонстрируем несколько примеров временных трассировок данных из одного субъекта, которые видны пользователю. Предварительные результаты протокола измеряются и отображаются в режиме реального времени, такие как HbO, HbR, HbT, StO2, SpO2 и BFI. Описаны различные производные параметры, такие как MRO2, DeO2, ReO2 и AUC. На рисунке 7 показан монитор устройства на шаге 3.3, на котором показано качество данных, где регулируется мощность лазера, автоматически проверяется количество фотонов и перекрестные помехи между модальностями. Монитор устройства показывает две кривые автокорреляции интенсивности (g2), так как устройство имеет два волокна детектора DCS, соединенных с модулями подсчета одиночных фотонов, и DTOF для обеих длин волн устройства TRS. Длина волны лазера, используемого для DCS, составляет 785 нм, в то время как OEM-модуль TRS излучает лазеры с длиной волны 685 нм и 830 нм. Кривые автокорреляции на верхнем графике выглядят зашумленными при меньшем времени задержки. Частично это может быть связано с низкой интенсивностью света в данном конкретном примере. Повышенная интенсивность света и независимые/параллельные детектирующие волокна были рекомендованы для увеличения отношения сигнал/шум для DCS42,43. Поэтому планируется использовать в среднем два канала РСУ для снижения влияния шума и последующего вычисления лучшего BFI. Рисунок 7: Снимок экрана режима мониторинга устройства программного обеспечения на этапе проверки качества данных. На верхнем графике показаны кривые автокорреляции из двух каналов РСУ. На среднем графике показан DTOF для длин волн TRS. На нижнем графике показано количество фотонов как для DCS, так и для TRS. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Начальный исходный период с клиническим монитором, показанный на рисунке 8, имеет зеленые значки для DCS и TRS, указывающие на успешность тестов качества. Отображаемые сигналы выглядят очень стабильно, поэтому функция Extend, описанная в шаге 3.5, в данном случае не понадобилась. Если начальная базовая линия выглядит так, как показано на рисунке 9, необходимо использовать функцию Extend. Эта функция расширяет сбор базовых данных для получения стабильных данных в течение 3 минут, которые можно использовать для вычисления точных базовых значений для всех параметров. Рисунок 8: Снимок экрана режима клинического мониторинга программного обеспечения во время начальной фазы базового уровня, показывающий стабильные исходные сигналы. На верхнем графике показано абсолютное значение гемодинамических параметров, измеренных с помощью TRS, на среднем графике показаны сигналы насыщения кислородом и значение пульса, измеренные с помощью TRS и пульсоксиметра, а на нижнем графике показан BFI, измеренный с помощью РСУ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 9: Снимок экрана, показывающий скачки сигналов из-за движения зонда. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Начало и конец окклюзионной части манжеты отмечены желтыми вертикальными линиями, как показано на рисунке 10. Форма пульса и значения SpO2 не имеют клинического/физиологического значения в этой фазе, так как для пульсоксиметрии используется палец той же руки, который окклюзируется. На это указывает красный значок OXY, выражающий недостоверные данные пульсоксиметра. Чтобы избежать этой ситуации, мы могли бы прикрепить пульсоксиметр к непораженной руке пациента, которая не подвергается жгуту и остается свободной. Тем не менее, мы хотим получить индекс перфузии зондируемой руки с помощью пульсоксиметра для начальной базовой и конечной фаз восстановления, чтобы проанализировать эффекты VOT. Поэтому мы решили использовать пульсоксиметр на той же руке, что и жгут. Рисунок 10: Снимок экрана программного обеспечения, показывающий желтые вертикальные линии, отмечающие начальный и конечный моменты VOT. ЗначенияSpO2 и пульса незначительны, так как кровоток ограничен. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка. На рисунке 11 показана полная временная шкала протокола, указанная на шаге 3.6, включая заключительную фазу восстановления, иллюстрирующую гиперемический ответ и возвращение клинических параметров к исходным значениям. На верхнем графике рисунка 11 показаны параметры абсолютной гемодинамики. Начало ВОТ знаменует собой тенденцию к снижению HbO и тенденцию к росту HbR, поскольку как приток, так и отток крови блокируются окклюзией манжеты. Тренд разворачивается в момент завершения VOT, выходит за пределы начальных базовых значений и возвращается к базовым значениям в фазе восстановления. Средний и нижний графики показывают, что сигнал BFI немного зашумленнее, чем StO2. Это связано с тем, что DCS имеет тенденцию иметь более высокое отношение контрастности к шуму, что видно по большому гиперемическому отклику в BFI42,44. Используя богатый набор данных, полученных с помощью этого нового устройства, осцилляции в BFI были использованы в качестве потенциальных биомаркеров для диагностики пациентов с сепсисом45. Рисунок 11: Снимок экрана клинического монитора, показывающий сигналы на протяжении всей временной шкалы протокола. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. С помощью этого протокола кислород, используемый мышцами, можно контролировать изолированно во время VOT. НаклонDeO2 во время ишемического вызова указывает на то, как ткань потребляет кислород. Раннее снижениеStO2 во время ВОТ, отражает скорость потребления кислорода тканями. Пик гиперемации и последующие тенденции затуханияStO2 и BFI напрямую связаны с гиперемической и микрососудистой реактивностью. Помимо этих очевидных результатов, мы можем использовать несколько потенциальных биомаркеров для классификации конкретной группы пациентов ОИТ. Существующими биомаркерами являются скорость деоксигенации, минимальное значениеStO2 во время VOT, скорость реоксигенации, пиковое значение гиперемии, а также площадь под кривой какStO2 , так и BFI. Эти биомаркеры могут быть использованы для идентификации популяций пациентов и тяжести их заболеваний. Результаты, полученные из примера набора данных пациента, показаны на рисунке 12. Термин «контроль качества данных» обозначает первоначальную проверку качества, которая не относится к данным пациента. Поэтому он не отображается в представлении. Вычисляются средние значенияStO2, BFI и MRO2 за базовый период для сравнения с фазами восстановления VOT и после VOT. Результаты, полученные в ходе этого протокола, могут отличаться от данных из этого примера. Базовые значения всех параметров могут быть выше или ниже, а скорость DeO2 может быть быстрее или медленнее. Гиперемическая реакция может иметь более высокую или меньшую скоростьReO2 и пиковые значения, или может отсутствовать пик. Фаза восстановления может показать более быструю или медленную нормализацию значений. Эти вариации характерны для состояния пациента, страдающего конкретным заболеванием или набором заболеваний. Рисунок 12: Сводка результатов, собранных в автономном режиме. Черной пунктирной линией отмечено начало трех минут базового периода, а красной пунктирной линией отмечены события инфляции и дефляции. На верхнем графике показан сигналStO2 с отмеченными областями для расчетаDeO2 иReO2. На среднем графике показан BFI, а на нижнем — давление жгута. Базовые значения и AUC отображаются синим цветом в соответствующих фазах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Discussion

Мы продемонстрировали полностью автоматизированное, надежное, неинвазивное устройство для непрерывного измерения и мониторинга скелетных мышц с использованием гибридной диффузной оптики для оценки микроваскулярной оксигенации, перфузии крови и реактивной гиперемии. Используя этот протокол с аппаратом VASCOVID, мы можем одновременно измерять абсолютные гемодинамические параметры HbO, HbR и HbT; насыщение кислородом отStO2 иSpO2; DeO2 и ReO2; и BFI. Отображаемые в реальном времени StO2 и BFI получены из исходных данных предыдущей секунды от модулей TRS и DCS соответственно. Процедура подгонки не занимает много времени, так как современные процессоры используют стандартные модели полубесконечной, однородной среды. Полученные параметры не дают полной картины функции эндотелия. Тем не менее, измеренная реактивная гиперемия продемонстрировала прогностическую ценность при ряде острых состояний, в которых эндотелиальное нарушение играет важную роль, таких как септический шок или COVID-19. 6,28 Протокол также включает в себя автоматизированную проверку качества, которая регистрирует параметры прибора, что полезно для протокола исследования в случае, если позже в данных пациента будет обнаружена необъяснимая аномалия.

Количественная оценка перекрывающего жирового слоя и окружности руки важна при измерении плечелучевой мышцы в этом протоколе, поскольку фотоны проходят в основном через перекрывающие ткани при инъекции и при обнаружении. В диффузной оптике хорошо известно, что существует связанный с этим частичный объемный эффект. Таким образом, поверхностная информация должна быть записана и использована при анализе данных, чтобы учесть влияние вариаций в жировой ткани46,47. Это еще больше усиливается в этих группах пациентов, представляющих интерес, поскольку у пациентов ОРИТ часто развивается отек, когда конечности отекают из-за скопления воды из-за иммобилизации и других причин48. У таких пациентов изменение окружности во время пребывания в ОРИТ может дать информацию о тяжести отека. Путь источника света, достигающего детекторов, должен проходить через все поверхностные слои.

Манжета должна быть удобно обернута вокруг руки, обеспечивая плотное прилегание. Тем не менее, важно избегать чрезмерного затягивания, которое может оказать чрезмерное давление на руку исключительно через акт обмотки манжеты49. Цель состоит в том, чтобы добиться надежной и удобной посадки, не вызывая ненужной компрессии, которая может изменить исходные параметры гемодинамики. Если он сожмет руку, качество данных будет скомпрометировано для всего протокола, и оказываемое давление будет эффективно добавлено к целевому давлению VOT. В случае, если манжета неплотно обмотана на руке, потребуется больше воздуха, чтобы достичь целевого давления, и, следовательно, потребуется больше времени. Это может дать тканям время для корректировки физиологии, так как поступление кислорода уменьшается медленно, чего следуетизбегать.

Важно прикрепить смарт-зонд таким образом, чтобы поддерживать надлежащий контакт, не оказывая чрезмерного давления на ткани. Это позволяет проводить надежные измерения, избегая при этом риска локальной ишемии. Локальная ишемия возникает, когда приток крови к этой области ограничен, что приводит к нарушению кровообращения и может привести к искажению измерений51.

Емкостный сенсорный датчик на датчике используется системой лазерной безопасности, чтобы гарантировать, что лазер светит только тогда, когда зонд прикреплен к ткани. Если у пациента высокая густота волос на руке, чувствительность сенсорного датчика может быть нарушена. Нанесение тонкой прозрачной двойной ленты на сенсорную сторону датчика может эффективно устранить проблему сенсорного датчика. Когда зонд прикреплен к волосатой руке вместе с этой лентой, он обеспечивает надежный и стабильный сигнал касания. Для смарт-зонда доступны предустановленные разрезы этой ленты с разделением между источниками света и датчиками. Разделение необходимо для предотвращения образования прямого светового канала между окнами источника и детектора, что может повлиять на качество измерений. Использование прозрачной двойной ленты служит практичным решением для повышения надежности сенсорного считывания в таких обстоятельствах. Если во время протокола происходит потеря сенсорного датчика, лазеры выключаются, и измерение теряется. Зонд также оснащен датчиком нагрузки, который в будущем может быть использован в качестве резервной меры безопасности.

Если пациент двигает рукой или небольшое клиническое вмешательство нарушает стабильность полученных сигналов во время базовой фазы, что приводит к резким пикам, рекомендуется использовать функцию расширения. Эта функция позволяет получать стабильную базовую линию в течение трех минут, обеспечивая последовательное и надежное измерение сигнала.

Важно учитывать, что артериальное давление пациента может претерпеть значительные изменения после начала протокола, что может повлиять на способность достичь целевого давления на 50 мм рт.ст., превышающего систолическое артериальное давление для VOT. На эти колебания артериального давления могут влиять различные факторы, такие как физиологическая реакция пациента, действие лекарств или другие клиническиесостояния. Поэтому при необходимости следует регулировать целевое давление, нажимая кнопки «+» или «-», чтобы обеспечить последовательное введение VOT.

Типичное выполнение VOT имеет ограничения из-за вариативности оператора, которая решается в этом протоколе с помощью автоматического VOT. Мы используем стратегию, чтобы установить окклюзионное давление на 50 мм рт.ст. выше уровня систолического артериального давления. Этот метод останавливает кровоток и был описан в предыдущих исследованиях для выполнения VOT53,54. Индивидуальное целевое давление для VOT в этом протоколе помогает избежать сужения сосудов, которое может произойти при фиксировании общего целевого давления для VOT. Боль, вызванная излишне высоким давлением, может повлиять на измерение, вызывая сужение сосудов, например, у пациента с систолическим давлением 120 мм рт.ст. и целевым давлением 200 мм рт.ст. или 250 мм рт.ст.29. Мы отмечаем, что пациенты, госпитализированные в отделения интенсивной терапии, сталкиваются с повышенным риском тромбоза, в первую очередь из-за таких факторов, как длительная неподвижность и седация55. Это означает, что во избежание рисков данный протокол нельзя использовать у пациентов, страдающих тромбозом или тромбофлебитом.

Применение этого протокола может быть полезным в популяции ОИТ, где нарушение реактивной гиперемии является распространенным признаком и может способствовать микрососудистым аномалиям 3,56. Параметры, полученные в этом протоколе, без вмешательства оператора во время измерения, ранее использовались в литературе по отдельности или в небольшой комбинации для сепсиса, рака, инсульта и т.д. для различения патологических состояний 1,11,15,31. Таким образом, мы считаем, что комбинация этих важных параметров полезна для нескольких клинических применений. Данные, записанные в рамках этого протокола, могут помочь в выборе соответствующих терапевтических стратегий для улучшения здоровья сосудов57. Ценная информация о насыщении тканей кислородом и динамике кровотока во время окклюзии и реперфузии позволяет оценить адекватность кровоснабжения жизненно важных органов. Он может помочь в выявлении тканевой гипоксии и руководстве вмешательствами для оптимизации перфузии органов58. Используя информацию в режиме реального времени о микроваскулярной оксигенации и реактивной гиперемии, он помогает в качестве дополнительного инструмента в руководстве гемодинамическим управлением, инфузионной реанимацией и вазопрессорной терапией59,60. Это гарантирует, что вмешательства будут адаптированы к индивидуальным потребностям пациента, оптимизируя оксигенацию тканей и перфузию61,62. Кроме того, у пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких, эволюционные изменения в микроваскулярной оксигенации и кровотоке в ходе исследования спонтанного дыхания могут иметь первостепенное значение при оценке сердечно-сосудистой толерантности к встрече и преодолению повышенной метаболической нагрузки, возникающей в результате дыхательной работыбез посторонней помощи2. В связи с этим, ежедневным критическим и сложным решением для пациентов отделения интенсивной терапии, находящихся на искусственной вентиляции легких, является процесс отлучения от груди, который заканчивается, когда пациент считается способным дышать самостоятельно, и эндотрахеальная трубка удаляется. Лонгитюдное применение этого протокола может быть использовано для оценки эффективности вмешательств, отслеживания прогрессирования заболевания и определения стратегий лечения.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было профинансировано Fundació CELLEX Barcelona, Fundació Mir-Puig, Ajuntament de Barcelona, Agencia Estatal de Investigación (PHOTOMETABO, PID2019-106481RB-C31/10.13039/501100011033), Программой «Severo Ochoa» для центров передового опыта в области исследований и разработок (CEX2019-000910-S), Женералитатом Каталонии (CERCA, AGAUR-2017-SGR-1380, RIS3CAT-001-P-001682 CECH), FEDER EC, Fundacion Joan Ribas Araquistain, l’FCRI (Convocatòria Joan Oró 2023), European Commission Horizon 2020 (гранты No 101016087 (VASCOVID), 101017113(TinyBrains), 871124 (LASERLAB-EUROPE V), 101062306 (Мария Склодовская-Кюри)), Fundació La Marató de TV3 (2017,2020) и специальные программы 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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Mikacenic, C., et al. Biomarkers of endothelial activation are associated with poor outcome in critical illness. PloS One. 10 (10), e0141251 (2015).
  4. Varga, Z., et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. The Lancet. 395 (10234), 1417-1418 (2020).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Fernández, S., et al. Distinctive biomarker features in the endotheliopathy of COVID-19 and septic syndromes. Shock (Augusta, Ga). 57 (1), 95 (2022).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Tachon, G., et al. Microcirculatory alterations in traumatic hemorrhagic shock. Critical Care Medicine. 42 (6), 1433-1441 (2014).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Lin, P. Y., et al. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. Journal of Visualized Experiments. (73), e4379 (2013).
  15. 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).
  16. Durduran, T., Yodh, A. G. Diffuse correlation spectroscopy for non-invasive, micro-vascular cerebral blood flow measurement. Neuroimage. 85, 51-63 (2014).
  17. 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).
  18. Torricelli, A., et al. Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping. Neuroimage. 85, 28-50 (2014).
  19. Tremblay, J. C., King, T. J. Near-infrared spectroscopy: can it measure endothelial function. Experimental Physiology. 101 (11), 1443-1444 (2016).
  20. 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).
  21. Contini, D., et al. Multi-channel time-resolved system for functional near infrared spectroscopy. Optics Express. 14 (12), 5418-5432 (2006).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Boas, D. A., Campbell, L. E., Yodh, A. G. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations. Physical Review Letters. 75 (9), 1855 (1995).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Siafaka, A., et al. Acute effects of smoking on skeletal muscle microcirculation monitored by near-infrared spectroscopy. Chest. 131 (5), 1479-1485 (2007).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. Orbegozo, D., et al. Peripheral muscle near-infrared spectroscopy variables are altered early in septic shock. Shock. 50 (1), 87-95 (2018).
  38. Lu, S., et al. Comparison of COVID-19 induced respiratory failure and typical ARDS: similarities and differences. Frontiers in Medicine. 9, 829771 (2022).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. 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).
  49. 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).
  50. 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).
  51. Baker, W. B., et al. Pressure modulation algorithm to separate cerebral hemodynamic signals from extracerebral artifacts. Neurophotonics. 3 (3), 035004-035004 (2015).
  52. 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).
  53. 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).
  54. 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).
  55. Attia, J. R., et al. Deep vein thrombosis and its prevention in critically ill adults. Archives of Internal Medicine. 161 (10), 1268-1279 (2001).
  56. 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).
  57. 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).
  58. 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).
  59. 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).
  60. 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).
  61. 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).
  62. 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).

Tags

Non-invasive MonitoringMicrovascular OxygenationReactive HyperemiaNear-infrared Diffuse Optical SpectroscopyCritical CareVascular Occlusion TestMetabolic RateBlood FlowPulse OximetryDiffuse Optical TechnologiesOxygenated HemoglobinDeoxygenated HemoglobinMicrovascular Oxygen SaturationDiffuse Correlation SpectroscopyIschemic ChallengeResaturation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Yaqub, M. A., Zanoletti, M., Cortese, L., Sánchez, D. S., Amendola, C., Frabasile, L., Karadeniz, U., Garcia, J. M., Martin, M., Cortes-Picas, J., Caballer, A., Cortes, E., Nogales, S., Tosi, A., Carteano, T., Garcia, D. S., Tomanik, J., Wagenaar, T., Mui, H., Guadagno, C. N., Parsa, S., Venkata Sekar, S. K., Demarteau, L., Houtbeckers, T., Weigel, U. M., Lacerenza, M., Buttafava, M., Torricelli, A., Contini, D., Mesquida, J., Durduran, T. Non-Invasive Monitoring of Microvascular Oxygenation and Reactive Hyperemia using Hybrid, Near-Infrared Diffuse Optical Spectroscopy for Critical Care. J. Vis. Exp. (207), e66062, doi:10.3791/66062 (2024).
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