الكتاب أشكر جميع الأسر للمشاركة في هذه الدراسة والممرضات، والأطباء، والعاملين في وحدة العناية المركزة حديثي الولادة، والحضانة الرعاية الخاصة، الأمراض العصبية لدى الأطفال، ووحدات الأمومة في مستشفى ماساتشوستس العام، بريجهام ومستشفى النساء ومستشفى بوسطن للأطفال لمساعدتهم ودعمهم. ولا سيما نشكر ليندا فان Marter J.، M. روبرت Insoft، جوناثان كرونين H.، جوليان مزاوي، وستيفن A. قارع الأجراس. ونشكر أيضا من الكتاب مارسيا Kocienski-فيليب، شيلدون ايفون، Aggarwall Alpna، Artunguada مادي وناف جينيفيف على مساعدتهم خلال القياسات. هذا المشروع يتم بدعم من قبل المعاهد الوطنية للصحة R01-HD042908، R21 HD058725، P41 RR14075 وR43 HD071761. ويدعم مارسيا Kocienski-فيليب وشيلدون ايفون من قبل جائزة العلوم السريرية بالحركة UL1RR025758 لجامعة هارفارد وبريجهام ومستشفى النساء من المركز الوطني للبحوث الموارد. المحتوى هو فقط من مسؤولية علىuthors ولا تعبر بالضرورة عن وجهات النظر الرسمية للمركز الوطني لبحوث الموارد أو المعاهد الوطنية للصحة.

1. إعداد لتدابير السرير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وFDNIRS ونظم DCS هي مدمجة الحجم وسهلة للتحرك على عربة صغيرة لجوار سرير الرضيع في المستشفى (الشكل 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد تحريك عربة مع الأجهزة إلى السرير، قم بتشغيل أنظمة الاتصال والتحقيق البصرية إلى FDNIRS والأجهزة DCS. ضمان أن اثنين من المجربون موجودة لكل قياس: واحدة لإدارة الصكوك والكمبيوتر، واحدة لعقد التحقيق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختيار المناسب التحقيق وفقا للسن الرضيع التالي للحيض (PMA). يتم استخدام يستخدم المجس الضوئي مع فصل المصدر كاشف FDNIRS من 1 سم، 1.5، 2 و 2.5 للرضع &lt;37 أسبوعا PMA والتحقيق مع فصل FDNIRS 1.5، 2، 2.5 و 3 سم لكبار السن الرضع (الشكل 2-A ). وأملت اختيار أقصر فصل المصدر كاشف حسب الحجم الخدج &quot;الصغيرة والكبيرة انحناء الرأس. عند استخدام أكبر التحقيق مع الرضع الخدج، وتعصبحجم أصغر من ively رأس الطفل وانحناء الهام الذي يعيق الاتصال الفعال بين معا رأس الرضيع وجميع أجهزة الكشف عن مصادر و. لهذا السبب، فإن التحقيق مع فصل المصدر كاشف FDNIRS من 1 سم، 1.5، 2 و 2.5 من المناسب للاستخدام مع الخدج. وقد تحققت أبحاثنا أن اختيار المصدر للكشف عن فصل كافية لقياس الخصائص البصرية من القشرة المخية قبل الأوان من 14 على حد سواء والطويل. يتم ترتيب DCS المصدر وكشف الألياف على التوالي بالتوازي مع الألياف FDNIRS مع المصدر كشف مسافات 1.5 (واحد كاشف) و 2 سم (ثلاثة أجهزة الكشف عن) في كلا تحقيقات الأطفال الخدج والطويل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطهير التحقيقات البصرية مع ساني من القماش تطهير القضاء والتحقيق وإدراج ألياف البولي بروبلين في الأكمام البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد. </li></ol> 2. إعدادات كسب FDNIRS والمعايرة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح FDNIRS واجهة المستخدم الرسومية (GUI) وحدد ملف إعدادات البرنامجتستخدم كتلة الموافق التحقيق والمعايرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لضبط المكاسب كاشف، ضع بلطف التحقيق على مساحة الرأس هذا الموضوع دون الشعر (ويفضل الجانب الأيسر من الجبهة) والحفاظ عليه في نفس الموقف دون تطبيق أي ضغط. بدوره على مصادر وكشف عن ضبط والجهد PMT حتى السعة أي من أجهزة الليزر مصدر تصل 20000 التهم. 32000 التهم هي الحد الأقصى لرقمنة التناظرية إلى الرقمية اقتناء بطاقة، والمكاسب تحتاج إلى تعيين دون ذلك لتجنب التشبع عتبة خلال الحصول على البيانات. يجب تعيين المكاسب في المنطقة الأمامية لهذه المنطقة عموما أقل امتصاص ضوء الليزر، وبالتالي الأكثر عرضة للتشبع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف المصادر وكشف عن والعودة إلى التحقيق كتلة المعايرة. الليزر يجب أن يتم إيقاف التحقيق عند الانتقال لسلامة العين، وأجهزة الكشف عن تحتاج إلى إيقاف لفرق إدارة المشاريع PMT حساسة للغاية والتعرض لضوء ساطع أي طncreases الضوضاء الخلفية، وربما ضرر دائم لهم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مع التحقيق مرة أخرى على كتلة المعايرة، استخدم محايدة الكثافة (ND) تصفية الزوج التشبع إن وجدت المصدر كاشف. ويمكن اختيار مرشحات ND مختلفة بسبب المكاسب عند الرضع مع تحسين لون البشرة المختلفة أمسك التحقيق لا يزال لمدة 16 ثانية أثناء تشغيل إجراء المعايرة. لأننا لا تتحرك فعليا مصدر واحد لمسافات مختلفة من جهاز الكشف عن واحدة من أجل تحقيق مخطط متعدد المسافة، ولكن بدلا من استخدام أربع مجموعات من اثنين واثنين من مصادر مستقلة للكشف عن مستقلة، ونحن بحاجة لمعايرة للسلطة مختلفة من مصادر اثنين و المكاسب مختلفة من أجهزة الكشف عن اثنين. عن طريق قياس كتلة معايرة الخصائص البصرية المعروفة، ونحن تقدير السعة والعوامل اللازمة لتصحيح المرحلة استرداد معاملات الامتصاص والتشتت للكتلة المعايرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد المعايرة، واكتساب بزيادة 16 ثانية من البيانات على الكتلة وتقييم مدى كفاية بصريا من الالمعايرة ه مع واجهة المستخدم الرسومية MATLAB في المنزل. يجب أن تقاس ميكروأمبير و &quot;ميكرو ثانية مطابقة معاملات الفعلي للكتلة المعايرة في جميع الأطوال الموجية. إذا كان مناسبا إعادة تقويم رديئة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا كشف المكاسب تحتاج إلى تغيير، أو المصدر وكشف الألياف تحتاج إلى قطع خلال القياسات، كرر الإجراء معايرة الجهاز FDNIRS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في نهاية الدورة القياس، والحصول على آخر ثانية 16 من بيانات عن كتلة المعايرة للتحقق ما إذا كان الحفاظ على معايرة القياسات أثناء حول هذا الموضوع. إذا لم يتم معايرة المحافظة، واتخاذ المعايرة الثانية في نهاية القياس وتنطبق على البيانات المكتسبة. </li></ol> 3. DCS إعدادات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح في المنزل DCS الحصول على البيانات وتحميل GUI ملف الإعدادات المقابلة لتحقيق البصرية المستخدمة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل البدء القياسات، تحقق من أن قوة الليزر لمصدر DCS مناسب لتعرض الجلد عن طريق قياس رانه قوة الليزر لمصدر DCS مع السلطة متر والتحقق من حجم البقعة مع بطاقة عرض IR (ليزر تنبعث عند 785 نانومتر، والتي هي غير مرئية). قوة الليزر DCS هو ~ 60 ميغاواط وبالإضافة إلى الألياف قطر صغير نسبيا (400-600 ميكرون). لتلبية معايير ANSI لتعرض الجلد، يجب أن الضوء في التحقيق يكون الموهن والموزعة عبر منطقة واسعة. ويتحقق هذا من خلال تغطية غيض من الألياف التي يبلغ قطرها 3 مم ورقة بيضاء تفلون (الشكل 2-A). وتفلون ونثر ينشر على نطاق واسع للغاية وشعاع الليزر. في السرير، تأكد من أن قوة الليزر في التحقيق هو أقل من 25 ميغاواط وحجم البقعة أكبر من 3 مم في القطر. أما بالنسبة للFDNIRS، قم دائما بإيقاف المصادر وكشف عن التحقيق عند الانتقال البصرية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DCS كشف الفوتون هو العد وليس هناك ضبط الربح APD كما هو مطلوب لجهاز FDNIRS. إشارة في برنامج اكتساب يشير إلى ما إذا تم الكشف عن الكثير من الضوء، وفي هذه الحالة الضوء اقتران تمر اقتصاداتها بمرحلة انتقاليةمصدر لها أو الألياف كاشف يحتاج إلى تخفيض من خلال تحويل موصلات الألياف. كشف الضوء الكافي على مجموعة من الفوتونات الكشف عن 200،000-4،000،000 (-26 ديسيبل الموافق 0 ~ على شاشة الكمبيوتر). تجنب الإفراط في ضوء الغرفة للحد من الضوضاء في الخلفية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وDCS لا يتطلب معايرة لقياس CBF ط. تدفق الدم يتناسب مع الوقت الذي يستغرقه لتفقد الارتباط. كتلة صلبة لا يكفي للتحقق من جودة الإشارة لأنه لا توجد جسيمات تتحرك لنثر تسبب تسوس. ذراع مجرب ويظهر بدلا تسوس - زادت سرعة تدفق الدم، واضمحلال حاد. </li></ol> 4. الحصول على البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في حين يمكن أن يتم FDNIRS والقياسات DCS بسرعة في التسلسل، أول إجراء جميع المواقع مع جهاز واحد ثم كرر نفس الشيء مع تطور الجهاز الآخر، وذلك باستخدام البرمجيات المستقلين اكتساب المقابلة لكل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس تغطي سبعة مواقع الأمامية والزمنية وparietالمناطق القاعدة، وفقا لنظام 10-20 (FP1، FPZ، FP2، C3، C4، P3، P4)، في التسلسل (الشكل 2-B). جزء من الشعر على طول الخط للكشف عن المصدر ووضع دقق في تلك المنطقة من الرأس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على الليزر وأجهزة الكشف عن FDNIRS والتحقق من جودة الإشارة: ينبغي أن تكون السعة التهم بين 2،000 و 20،000 وتحولات المرحلة SNR &lt;2 درجة. إذا خارج هذه النطاقات، أعد التحقيق، وضمان مفترق الشعر وجميع أجهزة الكشف عن مصادر وعلى اتصال مع الجلد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على البيانات لمدة 16 ثانية. تكرار القياسات تصل إلى ثلاث مرات في كل موقع (الشكل 2-C)، فراق الشعر وتغيير وضعيتها التحقيق في بقعة مختلفة قليلا عن كل الاستحواذ. يتم ذلك للحد من تأثير عدم تجانس المحلية مثل الشعر والسفن الكبيرة والسطحية لتوفير القيم ممثل منطقة، بدلا من نقطة واحدة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على الليزر وأجهزة الكشف عن DCS والحصول على بيانات عن 10 ثانية. إعادة التحقيق ومندوبأكل الاستحواذ (كما هو الحال مع التدابير FDNIRS). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف تشغيل كافة أجهزة الليزر عند الانتقال بين المواقع التحقيق. جمع البيانات في جميع المواقع السبعة ليس من الممكن دائما. وقف قياسات إذا كان الموضوع يظهر أي دلالة على الشدة أو الحركة. محاولة اكتساب إذا كان ذلك ممكنا. قد الأقطاب الكهربائية EEG أو معدات الجهاز التنفسي يحول دون أيضا القياسات في بعض المواقع. </li></ol> 5. مقياس لمعلمات الجهازية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لحساب 2I CMRO، معلمتين النظامية، الأوكسجين الشرياني (ساو 2) والهيموجلوبين في الدم (HGB)، لا بد من الحصول عليها. وهناك حاجة أيضا لحساب HGB CBV. بينما التقليدية قياس التأكسج نبض توفر تدابير باولو 2، يقاس تقليديا HGB مع اختبار الدم. A نبض oximeter الجديدة، التي وضعتها شركة Masimo، قادر على قياس HGB غير جراحية باستخدام موجات متعددة. الجهاز هو وافقت عليها الهيئة للرضع&gt; 3 كجم، ويسمح لالاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف السرير السريعلدى عودتهم من 2 باولو كل من وHGB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سجل باولو 2 و HGB باستخدام مقياس التأكسج نبض Masimo (برونتو بقعة تحقق نبض مقياس التأكسج المشترك). لهذه القياسات، ونعلق لاصقة تستخدم مرة واحدة لاستشعار إصبع القدم الكبير للقدم الطفل. سيتم عرض HGB على الشاشة في غضون ثوان قليلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عندما لا يكون من الممكن استخدام Masimo نبض مقياس التأكسج المشترك، وقياس 2 مع ساو أخرى oximeters نبض وافقت عليها الهيئة. يمكن استردادها إما HGB من المخططات المرضى السريرية أو المقدرة باستخدام قيم المعيارية. </li></ol> 6. تحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح في المنزل تحليل البيانات مرحلة ما بعد المعالجة باستخدام MATLAB GUI. هذا البرنامج ليس فقط تقدر جميع المعلمات الدورة الدموية، ولكن أيضا يستخدم التكرار من البيانات لتقييم جودة تلقائيا قياس وتقييد النتائج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معايير موضوعية التلقائي لمراقبة الجودة تتكون من تجاهل البيانات لFDNIRS إذا: R2 &lt;0،98 لصالح نموذج من البيانات التجريبية، ف قيمة&gt; 00.02 لمعامل ارتباط بيرسون المنتج لحظة بين 8 معاملات امتصاص قياس الهيموجلوبين وصالح (الشكل 3-A)، ف قيمة&gt; 0.02 للتناسب خطي من معاملات مقابل انخفاض الطول الموجي نثر (الشكل 3-B) 15. إذا كان أكثر من 33 في المائة من التخلص مزايا البيانات، يتم تجاهل مجموعة كاملة. لDCS، يتم تجاهل البيانات إذا: ذيل المنحنى المناسب يختلف من 1 بأكثر من 0.02 في الاختلاف بين التراكمي 3 نقاط الأولى من منحنى أكثر من 0.1، أو متوسط ​​قيمة النقاط 3 الأولى أكثر من 1.6 (الشكل 4). إذا يتم تجاهل أكثر من 50 في المئة من المنحنيات، أو القيم مناسبا لها معامل التباين في المئة 15&gt;، يتم تجاهل مجموعة كاملة 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب قناة HBO المطلقة وتركيزات HBR من المناسب معاملات الامتصاص في جميع الأطوال الموجية، وذلك باستخدام القيم الأدب لخضاب الدم الانقراض معاملات 16 وتركيز 75 في المائة من المياه في الأنسجة 17. تستمد مجموع تركيز الهيموغلوبين (HBT = + HBO HBR) و 2 SO (HBO / HBT) من تركيزات HBO وHBR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويقدر حجم الدم الدماغي باستخدام المعادلة المذكورة في Ijichi وآخرون 18. CBV = (MW × HBT الهيموغلوبين) / (HGB × D BT)، حيث هب MW = 64500 [ز / مول] هو الوزن الجزيئي للخضاب الدم، وD = 1،05 BT ز / مل هو كثافة أنسجة المخ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب CBF لي تركيب قياس وظائف الارتباط الذاتي الزمني لنشر المعادلة الارتباط. الإطار النظري مفصلة لحساب CBF أنا وآخرون في بواس آل بواس و. ويود في 10،11. في المعادلات، استخدام معاملات امتصاص الفرد يقاس من FDNIRS وبمعدل معاملات عبر نثر السكان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب مؤشر استهلاك الأوكسجين الدماغي باستخدام مقياس FDNIRS من SO <sub&gt; (2) ومقياس DCS من CBFi مع المعادلة التالية: CMRO 2I = (HGB × × CBFi (ساو 2-2 SO)) / (4 × × β هب MW) 15، حيث يعكس العامل 4 الأربعة جزيئات O 2 منضمة إلى كل الهيموجلوبين وβ هي المساهمة في المئة من حجرة إلى الهيموجلوبين وريدي قياس الأكسجة 19. </li></ol>

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

ماريا أنجيلا فرانشيسني وزوجها ديفيد بواس، وبنيامينو باربييري (ISS المؤتمر الوطني العراقي) تملك براءات اختراع هذه التكنولوجيا.

أثبتنا قياس الكمي من الدورة الدموية الدماغية والتمثيل الغذائي مع FDNIRS وDCS في عدد السكان حديثي الولادة. هو الأمثل التكوين التحقيق لقياس قشرة الدماغ حديثي الولادة 14. تم تغيير تدفق الدم يقاس على نطاق واسع ضد DCS التحقق من صحة تقنيات أخرى في الحيوان والدراسات الإنسانية 22،23. باستخدام مقياس DCS مباشرة من تدفق الدم، ونحن قادرون على الحد من التباين في حساب 2I CMRO 24. كان التباين من التدابير كما كرر أصغر من التغييرات بين مناطق الدماغ مع التقدم في السن و20. من نتائجنا السابقة، أظهرت CBFi و2I CMRO تغييرات كبيرة مع سلطة النقد الفلسطينية في خدج صحية. مقياس 2I CMRO هو أكثر قدرة على الكشف عن تلف في الدماغ من قياس 2 SO. هذا يشير إلى أن التدابير المشتركة للمعلمات الأوعية الدموية والتمثيل الغذائي كما تخدم ب أكثر قوةiomarkers من صحة الدماغ حديثي الولادة والتنمية من تشبع الأكسجين وحدها. وسوف تركز التحسينات التقنية على دمج أداتين للحد من الوقت اقتناء 35-40٪ لكل دورة وتنفيذ في الوقت الحقيقي معلومات عن جودة البيانات للحد من وتيرة التدابير التخلص منها. في المستقبل القريب، يمكن تسليمها هذا النظام للمستخدمين النهائيين السريرية كشاشة السرير رواية تغير استقلاب الأكسجين الدماغي. من خلال قياس المسارات قد CMRO من أكثر من 2 مرة أيضا زيادة الأهمية السريرية والتنبؤ بالنتائج. يمكن جعل هذه الأداة في نهاية المطاف مساهمة كبيرة نحو تحسين إدارة إصابات الدماغ الولدان.

الجهاز FDNIRS هو التردد المخصص للنطاق النظام من شركة ISS مع مجموعتين مماثلة من الثنائيات الليزر التي ينبعث منها 8 في ثمانية موجات تتراوح 660 حتي 830 نانومتر، واثنين من أجهزة إنذار للأنبوب مضخم (PMT). مصادر وكشف عن والتضمين في 110 و MHz 110 كيلوهرتز بالإضافة إلى 5، على التوالي، للتمكن من الكشف مغايرة 6. يتم تشغيل كل ليزر ديود لمدة 10 ميللي ثانية على التوالي، لفترة 160 ميللي ثانية اكتساب الإجمالية لكل دورة. تترافق المصادر وكشف عن أن الألياف البصرية ومرتبة في صف واحد في التحقيق البصرية. ترتيب ألياف على التحقيق هو من النوع الذي ينتج الأربعة المختلفة للكشف عن المصدر فصل. عن طريق قياس الضوء المرسل (توهين السعة ومرحلة التحول) على مسافات متعددة، يمكننا قياس الامتصاص (ميكروأمبير) ونثر (&#39;ميكرو ثانية) معاملات الأنسجة تحت الملاحظة. من معاملات امتصاص موجات متعددة في، ثم نقدر القيم المطلقة من الاوكسيجين (HBO) وتركيزات الهيموغلوبين امؤكسج (HBR) 7، حجم الدم الدماغي (CBV) والهيموجلوبين تشبع الأكسجين (2 SO). الجهاز DCS هو منزل - نظام مدمج مماثلة لتلك التي وضعت من قبل الدكاترة. أرجون يود في وDurduran تورغوت في جامعة ولاية بنسلفانيا 8،9. نظام DCS التي تتكون من مادة صلبة - دولة، ليزر التماسك طويلة عند 785 نانومتر، وأربعة الثنائي الضوئي أفالانش الفوتون العد والفرز (APD) للكشف عن (EG &amp; G بيركن إلمر SPCM-AQRH) يضم التهم الظلام منخفضة (&lt;50 تهمة / ثانية) وعالية العائد الكم (&gt; 40٪ عند 785 نانومتر)، والقناة الرابعة، 256-بن متعددة تاو خاسسرح، مع قرار NSEC 200. مع DCS نقيس تدفق الدم في الاوعية الدموية الدقيقة قشرة الدماغ عن طريق قياس كثافة التقلبات الزمانية الضوء المتناثرة تتضاعف الذي يطرح نفسه من التحولات التي تنتجها دوبلر تتحرك خلايا الدم الحمراء. هذه التقنية، على غرار flowmetry الليزر دوبلر الدم (أي أنها فورييه تجارةansform النظير)، وتدابير وظيفة الارتباط الذاتي من شدة التقلبات كل قناة كاشف حسابها من قبل خاسسرح الرقمية عبر تأخير النطاق الزمني من 200 NSEC - 0.5 ثانية. ويحسب كثافة خاسسرح الزمنية لصناعة السيارات في الارتباط من ضوء إعادة الخارجة من الأنسجة. نحن تناسب ثم المعادلة ارتباط انتشارها إلى وظيفة الارتباط الذاتي يقاس، حصلت بالتتابع، مرة واحدة في الثانية تقريبا، للحصول على مؤشر تدفق الدم (CBF ط) 10،11. وقد تم اتخاذ تدابير DCS التغيرات تدفق الدم التحقق من صحة على نطاق واسع 12،13. من خلال الجمع بين التدابير FDNIRS من 2 SO مع التدابير DCS من CBF الأول، أن نحقق تقدير الأيض الدماغي الأكسجين (CMRO 2I).

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> معدات </td><td> شركة </td><td> كتالوج رقم </td><td> التعليقات (اختياري) </td></tr><tr><td> Imagent </td><td> ISS </td><td></td><td> FDNIRS </td></tr><tr><td> DCS الليزر الألياف </td><td> Thorlabs </td><td> FT400 </td><td> DCS عنصر </td></tr><tr><td> DCS كاشف الألياف </td><td> Thorlabs </td><td> 780HP </td><td> DCS عنصر </td></tr><tr><td> DCS الليزر </td><td> CrystaLaser </td><td> DL785-070-S </td><td> DCS عنصر </td></tr><tr><td> DCS كاشف </td><td> محدد السرعة الدولية </td><td> SPCM-AQRH-14-FC </td><td> DCS عنصر </td></tr><tr><td> DCS خاسسرح </td><td> Correlator.com </td><td> Flex05-8CH </td><td> DCS عنصر </td></tr><tr><td> برونتو شارك في مقياس التأكسج </td><td> Masimo </td&gt; <td></td><td> HGB وساو رصد 2 </td></tr><tr><td> NOVA </td><td> أوفير </td><td> 7Z01500 </td><td> الليزر السلطة متر </td></tr><tr><td> استشعار بطاقة </td><td> نيوبورت </td><td> F-IRC1-S </td><td> IR المشاهد </td></tr><tr><td> مرشح الكثافة محايدة </td><td> الة ألتصوير اليدوية </td><td> NT54-453 </td><td></td></tr></tbody></table>

non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants

إصابات الدماغ قبل الولادة لا يزال سببا هاما من أسباب وفيات الرضع ومعدلات المراضة، ولكن ليس هناك حتى الآن أداة فعالة يمكن أن السرير فحص دقيق لإصابات الدماغ، ورصد تطور الإصابة، أو تقييم الاستجابة للعلاج. ويستمد الطاقة المستخدمة من قبل الخلايا العصبية بشكل كبير من عملية التمثيل الغذائي التأكسدي الأنسجة، وفرط النشاط العصبي وترد وموت الخلايا بسبب التغيرات في التمثيل الغذائي المقابلة الأكسجين الدماغي (CMRO 2). وهكذا، تدابير CMRO 2 هي انعكاس للبقاء الخلايا العصبية وتقديم معلومات تشخيصية حرجة، مما يجعل CMRO 2 هدفا مثاليا لقياس السرير من صحة الدماغ. تقنيات تصوير الدماغ مثل التصوير المقطعي بوزيترون الانبعاثات (PET) واحدة الفوتون التصوير المقطعي المحوسب التدابير العائد (SPECT) من الجلوكوز واستقلاب الأكسجين الدماغي، ولكن هذه التقنيات تتطلب إدارة radionucleotides، بحيث يتم استخدامها في الحالات الأكثر حدة فقط. استمرار الموجة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة من (CWNIRS) على تدابير من الإشعاع غير المؤين وغير الغازية، من تشبع الأكسجين الهيموغلوبين (2 SO) كبديل للاستهلاك الأكسجين الدماغي. ومع ذلك، 2 SO أقل من مثالية كبديل لعملية التمثيل الغذائي الأكسجين الدماغي كما أنه يتأثر كل من وصول الأكسجين والاستهلاك. وعلاوة على ذلك، والقياسات من 2 SO ليست حساسة بما يكفي للكشف إصابات الدماغ ساعات بعد 1،2 إهانة، لأن استهلاك الأوكسجين والتسليم وصول إلى التوازن بعد العابرين الحاد 3. نحن التحقيق في إمكانية استخدام أساليب أكثر تطورا تقارير قوائم الجرد الوطنية الضوئية لقياس الأكسجين الدماغي الأيض في السرير في الأطفال حديثي الولادة المصابين صحية والدماغ. وبشكل أكثر تحديدا، جنبا إلى جنب نحن تقارير قوائم الجرد الوطنية التردد المجال (FDNIRS) قياس 2 SO مع التحليل الطيفي الارتباط منتشر (DCS) مقياس مؤشر تدفق الدم (CBF ط) yielد فهرس CMRO 2 (CMRO 2I) 4،5. مع FDNIRS مجتمعة / نظام DCS ونحن قادرون على تحديد الأيض الدماغي وديناميكا الدم. هذا يمثل تحسنا عن CWNIRS للكشف عن صحة الدماغ، نمو الدماغ، واستجابة للعلاج عند الولدان. وعلاوة على ذلك، تلتزم هذه الطريقة لجميع الأطفال حديثي الولادة سياسات العناية المركزة (NICU) وحدة مكافحة العدوى وعلى السياسات المؤسسية بشأن السلامة الليزر. وسوف تسعى إلى العمل في المستقبل دمج الأداتين للحد من اكتساب الوقت في السرير وتنفيذ في الوقت الحقيقي معلومات عن جودة البيانات لخفض معدل الرفض البيانات.

في السنوات الخمس الماضية أثبتنا إمكانية وجدوى السريرية للطريقة المقترحة. على وجه الخصوص، وقد أظهرنا CMRO 2 إلى تكون أكثر تمثيلا للصحة الدماغ والتنمية من 2 SO. في دراسة مستعرضة على أكثر من 50 الرضع الأصحاء، وجدنا أنه في حين CBV هو أكثر من ضعف خلال السنة الأولى من العمر، لا تزال مستمرة SO 2 4 (الشكل 5). في دراسة على 70 حديثي الولادة صحي وجدنا أيضا أن 2 SO ثابت عبر مناطق الدماغ بينما CMRO 2I، وCBV CBF أعلى في المناطق الزمنية والجداري مما كانت عليه في المنطقة الأمامية (الشكل 6) 20، وهو ما يتسق مع امتصاص الجلوكوز PET النتائج 21. في كل من دراساتنا، ثابت SO 2، ضمن نطاق 60-70٪ تشير إلى أن وصول الأكسجين عن كثب مباريات استهلاك المحلي، في حين CBV، وCBF CMRO 2 هي موإعادة المقرونة بإحكام مع التنمية العصبية. للتحقق من أن CMRO 2I هو أداة أفضل الفرز من 2 SO حديثي الولادة في الكشف عن إصابات الدماغ، قمنا بقياس الرضع المصابين الدماغ أثناء المرحلة الحادة 5، و (في الرضع قليلة) خلال المرحلة المزمنة بعد عدة أشهر من الإصابة. النتائج تظهر في الشكل 7 كيف SO 2 هو لم يتغير بشكل ملحوظ من إصابات الدماغ في كل المراحل (أشهر بعد الإصابة) في وقت مبكر (1-15 أيام بعد إهانة) والمزمنة، في حين CMRO 2I يختلف كثيرا من المعتاد خلال المراحل الحادة والمزمنة على حد سواء . على وجه التحديد، هو ارتفاع CMRO 2I خلال المرحلة الحادة بسبب النشاط الاستيلاء بعد إصابات الدماغ، وأقل من المعدل الطبيعي خلال المرحلة المزمنة بسبب فقدان الخلايا العصبية. يتم التعامل مع الإصابات حاليا الرضع نتيجة نقص الأوكسجين مع انخفاض حرارة الجسم العلاجية (TH) لعملية التمثيل الغذائي أقل الدماغ والحد من الأضرار الإضافية بعد نقص الأوكسجينULT. انخفاض حرارة الجسم العلاجية يتم الاحتفاظ لمدة ثلاثة أيام، وكنا قادرين على مراقبة 11 رضيعا خلال فترة العلاج (الشكل 8). وجدنا أن CMRO 2I يقلل بشكل ملحوظ إلى مستويات اقل من العادي خلال TH، وهذا الانخفاض يبدو أن لهما صلة الاستجابة للعلاج ونتائجها التنموية. هذه النتائج الأولية تشير إلى أن طريقة FDNIRS-DCS قد تكون قادرة على توجيه وتحسين العلاج انخفاض حرارة الجسم. <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig1.jpg" /> الشكل 1. صورة للعربة مع FDNIRS والأجهزة DCS. وثائق هما المدمجة بما يكفي لتناسب على عربة صغيرة يمكن تحريكها إلى السرير الرضيع في NICU. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig2.jpg" /> الشكل 2 (A) التكوين التحقيق البصرية. <strong&gt; (B) ومخطط موقع القياس. (C) صورة لقياس FDNIRS-DCS نموذجية على الرضع. <img alt="الشكل 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3.jpg" /> الشكل 3. أمثلة ممثل مناسبا الجيدة والسيئة من قياس (A) معاملات الامتصاص والتشتت صالح الهيموجلوبين معاملات (B) وصالح الخطية. P القيمة&gt; 0،02 يشير إلى نوبة سيئة. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig3large.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية</a> . <img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig4.jpg" /> الشكل 4. مثال ممثل مناسبا الجيدة والسيئة وظيفة الارتباط الذاتي من تقلبات شدة حسابهاقبل أكثر من خاسسرح تأخير النطاق الزمني من 200 NSEC - 0.5 ثانية. في الشكل مناسبا سيئة ذيل المنحنى المناسب يختلف من 1 بأكثر من 0.02 والاختلاف من 3 نقاط الأولى هي أكثر من 0.1. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig4large.jpg" target="_blank">اضغط هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية</a> . <img alt="الشكل 5" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5.jpg" /> الشكل 5. التغيرات في CBV و2 SO عبر المناطق القشرية الأمامية والزمنية والجداري عند الرضع منذ الولادة وحتى السنة الأولى من العمر. <img alt="الشكل 6" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6.jpg" /> الشكل 6. CBF، 2 SO، وCBV CMRO 2I من الشركة المصرية للاتصالات، الجبهيmporal والجداري المناطق في 70 حديثي الولادة بصحة جيدة. <img alt="الشكل 7" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig7.jpg" /> الشكل 7. أمثلة على استهلاك الأوكسجين غير طبيعية وعادية 2 SO بعد إصابات الدماغ عند الرضع. تم وضع علامة إصابة الدماغ عن طريق التغييرات في CMRO 2 مع الاحترام إلى وضعها الطبيعي في حين 2 SO لا تختلف كثيرا عن المعتاد. يرجى ملاحظة أنه في هذين الرقمين، تم حساب CMRO 2 باستخدام العلاقة Grubb، لأن التدبير DCS لم تكن متوفرة في ذلك الوقت من تلك القياسات. <img alt="الرقم 8" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig8.jpg" /> الشكل 8. rCMRO 2 من 11 الرضع خلال انخفاض حرارة الجسم العلاجية مقابل العمر المتطابقة ضوابط صحية. يتم تقليل عملية التمثيل الغذائي بقوة الأوكسجين في جميع الاطفال الذين يعانون من انخفاض حرارة الجسم العلاج.

Watch this Scientific Journal Video about Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants at JoVE.com

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

نحن الجمع بين التردد الطيفي المجال تدابير الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأوكسجين الهيموجلوبين الدماغي المنتشر مع التدابير الطيفي ارتباط تدفق الدم في الدماغ مؤشر لتقدير مؤشر التمثيل الغذائي الأكسجين. نحن اختبار مدى فائدة هذا الإجراء كأداة فحص لتقييم السرير الصحة والتنمية من الدماغ حديثي الولادة.

غير الغازية قياس بصري من الأيض الدماغي وديناميكا الدم في الأطفال الرضع

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

non-invasive-optical-measurement-cerebral-metabolism-hemodynamics

Google

Research

JoVE Journal

Medicine

20.0K Views.  Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School. نحن الجمع بين التردد الطيفي المجال تدابير الأشعة تحت الحمراء القريبة من الأوكسجين الهيموجلوبين الدماغي المنتشر مع التدابير الطيفي ارتباط تدفق الدم في الدماغ مؤشر لتقدير مؤشر التمثيل الغذائي الأكسجين. نحن اختبار مدى فائدة هذا الإجراء كأداة فحص لتقييم السرير ا?...

Video: Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Corneal Confocal Microscopy: A Novel Non-invasive Technique to Quantify Small Fibre Pathology in Peripheral Neuropathies

The accurate quantification of peripheral neuropathy is important to define at risk patients, anticipate deterioration, and assess new therapies. Conventional methods assess neurological deficits and electrophysiology and quantitative sensory testing quantifies functional alterations to detect neuropathy. However, the earliest damage appears to be to the small fibres and yet these tests primarily assess large fibre dysfunction and have a limited ability to demonstrate regeneration and repair. The only techniques which allow a direct examination of unmyelinated nerve fibre damage and repair are sural nerve biopsy with electron microscopy and skin-punch biopsy. However, both are invasive procedures and require lengthy laboratory procedures and considerable expertise. Corneal Confocal microscopy is a non-invasive clinical technique which provides in-vivo imaging of corneal nerve fibres. We have demonstrated early nerve damage, which precedes loss of intraepidermal nerve fibres in skin biopsies together with stratification of neuropathic severity and repair following pancreas transplantation in diabetic patients. We have also demonstrated nerve damage in idiopathic small fibre neuropathy and Fabry's disease.

Corneal Confocal microscopy is a non-invasive clinical technique which may be used to quantify C fibre damage to diagnose and stratify patients with increasing neuropathic severity.

متحد البؤر المجهري القرنية : رواية غير الغازية تقنيات لقياس الصغيرة الأمراض الليفية في اعتلال الأعصاب المحيطية

The accurate quantification of peripheral neuropathy is important to define at risk patients, anticipate deterioration, and assess new therapies. ...

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

Muscle strains are one of the most common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and physical exam alone, however the clinical presentation can vary greatly depending on the extent of injury, the patient's pain tolerance, etc. In patients with muscle injury or muscle disease, assessment of muscle damage is typically limited to clinical signs, such as tenderness, strength, range of motion, and more recently, imaging studies. Biological markers, such as serum creatine kinase levels, are typically elevated with muscle injury, but their levels do not always correlate with the loss of force production. This is even true of histological findings from animals, which provide a "direct measure" of damage, but do not account for all the loss of function. Some have argued that the most comprehensive measure of the overall health of the muscle in contractile force. Because muscle injury is a random event that occurs under a variety of biomechanical conditions, it is difficult to study. Here, we describe an in vivo animal model to measure torque and to produce a reliable muscle injury. We also describe our model for measurement of force from an isolated muscle in situ. Furthermore, we describe our small animal MRI procedure.

An in vivo Rodent Model of Contraction-induced Injury and Non-invasive Monitoring of Recovery

An in vivo animal model of injury is described. The method takes advantage of the subcutaneous position of the fibular nerve. Velocity, timing of muscle activation, and arc of motion are all pre-determined and synchronized using commercial software. Post injury changes are monitored in vivo using MR imaging/spectroscopy.

و في الجسم الحي النموذجي القوارض من الإصابات الناجمة عن انكماش ، وغير الغازية ورصد الانتعاش

Muscle strains are one of the most  common complaints treated by physicians. A muscle injury is typically diagnosed from the patient history and  physical ...

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of cardiovascular disease. Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. Percent capillary recruitment is assessed by dividing the increase in capillary density induced by postocclusive reactive hyperemia (postocclusive reactive hyperemia capillary density minus baseline capillary density), by the maximal capillary density (observed during passive venous occlusion). Percent perfused capillaries represents the proportion of all capillaries present that are perfused (functionally active), and is calculated by dividing postocclusive reactive hyperemia capillary density by the maximal capillary density. Both percent capillary recruitment and percent perfused capillaries reflect the number of functional capillaries. The forearm blood flow (FBF) technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function: The ratio FBFmax/FBFbase is computed as an estimate of vasodilation, by dividing the mean of the four FBFmax values by the mean of the four FBFbase values. Forearm vascular resistance at maximal vasodilation (FVRmax) is calculated as the mean arterial pressure (MAP) divided by FBFmax. Both the capillaroscopy and forearm techniques are readily acceptable to patients and can be learned quickly.
The microvascular and endothelial function measures obtained using the methodologies described in this paper may have future utility in clinical patient cardiovascular risk-reduction strategies. As we have published reports demonstrating that microvascular and endothelial dysfunction are found in initial stages of hypertension including prehypertension, microvascular and endothelial function measures may eventually aid in early identification, risk-stratification and prevention of end-stage vascular pathology, with its potentially fatal consequences.

Capillaroscopy is a non-invasive, relatively inexpensive methodology for directly visualizing the microcirculation. The forearm blood flow technique provides accepted non-invasive measures of endothelial function.

غير الغازية تقييم وظيفة الاوعية الدموية الدقيقة غشائي

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to return to normal in a large majority of patients2, which is mainly due to current lack of clinical treatment for acute stroke. This necessitates understanding the physiological effects of cerebral ischemia on brain tissue over time and is a major area of active research. Towards this end, experimental progress has been made using rats as a preclinical model for stroke, particularly, using non-invasive methods such as 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) coupled with Positron Emission Tomography (PET) imaging3,10,17. Here we present a strategy for inducing cerebral ischemia in rats by middle cerebral artery occlusion (MCAO) that mimics focal cerebral ischemia in humans, and imaging its effects over 24 hr using FDG-PET coupled with X-ray computed tomography (CT) with an Albira PET-CT instrument. A VOI template atlas was subsequently fused to the cerebral rat data to enable a unbiased analysis of the brain and its sub-regions4. In addition, a method for 3D visualization of the FDG-PET-CT time course is presented. In summary, we present a detailed protocol for initiating, quantifying, and visualizing an induced ischemic stroke event in a living Sprague-Dawley rat in three dimensions using FDG-PET.

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

التصوير غير الغازية وتحليل الدماغي نقص التروية في الفئران الحية عن طريق تقنية متقدمة في البوزيتروني مع<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

Murine Model for Non-invasive Imaging to Detect and Monitor Ovarian Cancer Recurrence

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of care consisting of surgical debulking and combination chemotherapy consisting of platinum and taxane compounds, almost 90% of patients recur within a few years. In these patients the development of chemoresistant disease limits the efficacy of currently available chemotherapy agents and therefore contributes to the high mortality. To discover novel therapy options that can target recurrent disease, appropriate animal models that closely mimic the clinical profile of patients with recurrent ovarian cancer are required. The challenge in monitoring intra-peritoneal (i.p.) disease limits the use of i.p. models and thus most xenografts are established subcutaneously. We have developed a sensitive optical imaging platform that allows the detection and anatomical location of i.p. tumor mass. The platform includes the use of optical reporters that extend from the visible light range to near infrared, which in combination with 2-dimensional X-ray co-registration can provide anatomical location of molecular signals. Detection is significantly improved by the use of a rotation system that drives the animal to multiple angular positions for 360 degree imaging, allowing the identification of tumors that are not visible in single orientation. This platform provides a unique model to non-invasively monitor tumor growth and evaluate the efficacy of new therapies for the prevention or treatment of recurrent ovarian cancer.

We describe a non-invasive animal imaging platform that allows the detection, quantification, and monitoring of ovarian cancer growth and recurrence. This intra-peritoneal xenograft model mimics the clinical profile of patients with ovarian cancer.

نموذج الفئران التصوير غير الغازية لكشف ورصد سرطان المبيض تكرار

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of ...

A Methodological Approach to Non-invasive Assessments of Vascular Function and Morphology

The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis. Damage to the endothelium may predispose the vessel to atherosclerosis and increase the risk for cardiovascular disease. Assessments of peripheral endothelial function are good indicators of early abnormalities in the vascular wall and correlate well with assessments of coronary endothelial function. The present manuscript details the important methodological steps necessary for the assessment of microvascular endothelial function using laser Doppler imaging with iontophoresis, large vessel endothelial function using flow-mediated dilatation, and carotid atherosclerosis using carotid artery ultrasound. A discussion on the methodological considerations for each of the techniques is also presented, and recommendations are made for future research.

The present article describes the methodological considerations for several non-invasive assessments of vascular function and morphology that are commonly used in medical research to assess different stages of atherosclerosis.

مقاربة منهجية لتقييم غير الغازية الأوعية الدموية وظيفة ومورفولوجيا

The endothelium is the innermost lining of the vasculature and is involved in the maintenance of vascular homeostasis.  Damage to the endothelium may ...

Non-invasive Assessments of Subjective and Objective Recovery Characteristics Following an Exhaustive Jump Protocol

Fast recovery after strenuous exercise is important in sports and is often studied via cryotherapy applications. Cryotherapy has a significant vasoconstrictive effect, which seems to be the leading factor in its effectiveness. The resulting enhanced recovery can be measured by using both objective and subjective parameters. Two commonly measured subjective characteristics of recovery are delayed-onset muscle soreness (DOMS) and ratings of perceived exertion (RPE). Two important objective recovery characteristics are countermovement jump (CMJ) performance and peak power output (PPO). Here, we provide a detailed protocol to induce muscular exhaustion of the frontal thighs with a self-paced, 3 x 30 countermovement jump protocol (30-s rest between each set). This randomized controlled trial protocol explains how to perform local cryotherapy cuff application (+ 8 &#176;C for 20 min) and thermoneutral cuff application (+ 32 &#176;C for 20 min) on both thighs as two possible post-exercise recovery modalities. Finally, we provide a non-invasive protocol to measure the effects of these two recovery modalities on subjective (i.e., DOMS of both frontal thighs and RPE) and objective recovery (i.e., CMJ and PPO) characteristics 24, 48, and 72 h post-application. The advantage of this method is that it provides a tool for researchers or coaches to induce muscular exhaustion, without using any expensive devices; to implement local cooling strategies; and to measure both subjective and objective recovery, without using invasive methods. Limitations of this protocol are that the 30 s rest period between sets is very short, and the cardiovascular demand is very high. Future studies may find the assessment of maximum voluntary contractions to be a more sensitive assessment of muscular exhaustion compared to CMJs.

This protocol describes the procedure for non-invasive recovery assessments during a 72 h recovery period. This protocol induces muscular exhaustion of the frontal thighs using countermovement jumps and uses either local cold-cuff or thermoneutral-cuff application as a recovery modality.

تقييمات غير الغازية من الخصائص الانتعاش الذاتية والهدفية بعد بروتوكول الانتقال الشامل

Fast recovery after strenuous exercise is important in sports and is often studied via cryotherapy applications. Cryotherapy has a significant ...

Non-invasive Assessment of Dorsiflexor Muscle Function in Mice

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively affect skeletal muscle. This can result in a loss of muscle mass (atrophy) and/or loss of muscle quality (reduced force per unit of muscle mass), both of which are prevalent in chronic disease, muscle-specific disease, immobilization, and aging (sarcopenia). Skeletal muscle function in animals can be evaluated by a range of different tests. All tests have limitations related to the physiological testing environment, and the selection of a specific test often depends on the nature of the experiments. Here, we describe an in vivo, non-invasive technique involving a helpful and easy assessment of force frequency-curve (FFC) in mice that can be performed on the same animal over time. This permits monitoring of disease progression and/or efficacy&#160;of a potential therapeutic treatment.

Measurement of rodent skeletal muscle contractile function is a useful tool that can be used to track disease progression as well as efficacy of therapeutic intervention. We describe here the non-invasive, in vivo assessment of the dorsiflexor muscles that can be repeated over time in the same mouse.

تقييم غير الغازية لوظيفة العضلات دورسيفليكسور في الفئران

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively ...

Coronary Progenitor Cells and Soluble Biomarkers in Cardiovascular Prognosis after Coronary Angioplasty

Major adverse cardiovascular events (MACEs) negatively impact the cardiovascular prognosis of patients undergoing coronary angioplasty due to coronary ischemic injury. The extent of coronary damage and the mechanisms of vascular repair are factors influencing the future development of MACEs. Intrinsic vascular features like the plaque characteristics and coronary artery complexity have demonstrated prognostic information for MACEs. However, the use of intracoronary circulating biomarkers has been postulated as a convenient method for the early identification and prognosis of MACEs, as they more closely reflect dynamic mechanisms involving coronary damage and repair. Determination of coronary circulating biomarkers during angioplasty, such as the number of subpopulations of mononuclear progenitor cells (MPCs) as well as the concentration of soluble molecules reflecting inflammation, cell adhesion, and repair, allows for assessment of future developments and the prognosis of MACEs 6 months post coronary angioplasty. This method is highlighted by its translational nature and better performance than peripheral blood circulating biomarkers regarding prediction of MACEs and its effect on the cardiovascular prognosis, which may be applied for risk stratification of patients with coronary artery disease undergoing angioplasty.

Development of major adverse cardiovascular events, which impact cardiovascular prognosis after coronary angioplasty, are influenced by the extent of coronary damage and vascular repair. The use of novel coronary cellular and soluble biomarkers, reactive to vascular damage and repair, are useful to predict the development of MACEs and prognosis.

خلايا بروجكتور التاجية والمؤشرات الحيوية القابلة للذوبان في تشخيص القلب والأوعية الدموية بعد رأب الأوعية التاجية

Major adverse cardiovascular events (MACEs) negatively impact the cardiovascular prognosis of patients undergoing coronary angioplasty due to coronary ...

Oxygenation-sensitive Cardiac MRI with Vasoactive Breathing Maneuvers for the Non-invasive Assessment of Coronary Microvascular Dysfunction

Oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging (OS-CMR) is a diagnostic technique that uses the inherent paramagnetic properties of deoxyhemoglobin as an endogenous source of tissue contrast. Used in combination with standardized vasoactive breathing maneuvers (hyperventilation and apnea) as a potent non-pharmacologic vasomotor stimulus, OS-CMR can monitor changes in myocardial oxygenation. Quantifying such changes during the cardiac cycle and throughout vasoactive maneuvers can provide markers for coronary macro- and microvascular function and thereby circumvent the need for any extrinsic, intravenous contrast or pharmacologic stress agents.
OS-CMR uses the well-known sensitivity of T2*-weighted images to blood oxygenation. Oxygenation-sensitive images can be acquired on any cardiac MRI scanner using a modified standard clinical steady-state free precession (SSFP) cine sequence, making this technique vendor-agnostic and easily implemented. As a vasoactive breathing maneuver, we apply a 4-min breathing protocol of 120 s of free breathing, 60 s of paced hyperventilation, followed by an expiratory breath-hold of at least 30 s. The regional and global response of myocardial tissue oxygenation to this maneuver can be assessed by tracking the signal intensity change. The change over the initial 30 s of the post-hyperventilation breath-hold, referred to as the breathing-induced myocardial oxygenation reserve (B-MORE) has been studied in healthy people and various pathologies. A detailed protocol for performing oxygen-sensitive CMR scans with vasoactive maneuvers is provided.
As demonstrated in patients with microvascular dysfunction in yet incompletely understood conditions, such as inducible ischemia with no obstructive coronary artery stenosis (INOCA), heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF), or microvascular dysfunction after heart transplantation, this approach provides unique, clinically important, and complementary information on coronary vascular function.

The assessment of microvascular function by oxygenation-sensitive cardiac magnetic resonance imaging in combination with vasoactive breathing maneuvers is unique in its ability to assess rapid dynamic changes in myocardial oxygenation in vivo and, thus, may serve as a critically important diagnostic technique for coronary vascular function.