Los autores agradecen a todas las familias por su participación en este estudio y las enfermeras, los médicos y el personal en la UCI neonatal, la Guardería de Cuidados Especiales, Neurología Pediátrica, y las unidades de maternidad en el Massachusetts General Hospital, el Hospital Brigham y de la Mujer y el Hospital de Niños de Boston por su ayuda y apoyo. En particular agradecemos a Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Mazzawi Julianne, y Steven A. Ringer. Los autores también agradecen a Marcia Kocienski-Filip, Sheldon Yvonne, Aggarwall Alpna, Artunguada Maddy y Nave Genevieve por su ayuda durante las mediciones. Este proyecto es apoyado por el NIH R01-HD042908, HD058725-R21, P41 RR14075 y R43 HD071761. Marcia Kocienski-Filip Yvonne y Sheldon son compatibles con el Premio de Ciencia Traslacional UL1RR025758 Clínica Universidad de Harvard y del Hospital Brigham y de la Mujer del Centro Nacional de Recursos para investigación. El contenido es responsabilidad exclusiva de la autores y no necesariamente representan la opinión oficial del Centro Nacional de Recursos para investigación o los Institutos Nacionales de Salud.

1. Preparación para las Medidas de cabecera <ol><li> Los FDNIRS y los sistemas DCS son compactos y fáciles de mover en un carro pequeño a la cama del bebé en el hospital (Figura 1). </li><li> Después de mover el carro con los dispositivos a la cabecera del enfermo, encienda el sistema y conecte la sonda óptica a los FDNIRS y dispositivos DCS. Asegúrese de que dos experimentadores están presentes para cada medición: uno para manejar los instrumentos y el ordenador, y una para sujetar la sonda. </li><li> Seleccione la sonda apropiada según la edad gestacional del recién nacido (PMA). La sonda óptica con FDNIRS detector de fuente-separaciones de 1 cm, 1,5, 2 y 2,5 se utiliza para lactantes &lt;37 semanas de EPM y la sonda con separaciones FDNIRS 1,5, 2, 2,5 y 3 cm se utiliza para lactantes de más edad (figura 2-A ). La elección de la fuente-detector cortas separaciones es dictado por el tamaño del bebe prematuro pequeño y más grande curvatura cabeza. Cuando se utiliza una sonda más grande con un bebé prematuro, la relavamente menor tamaño de la cabeza del bebé y su curvatura significativa juntos impiden un contacto eficaz entre la cabeza del niño y todas las fuentes y detectores. Por esta razón, la sonda con FDNIRS detector de fuente-separaciones de 1 cm, 1,5, 2 y 2,5 es adecuado para su uso con recién nacidos prematuros. Nuestra investigación se ha comprobado que los elegidos detector-fuente separaciones son suficientes para medir las propiedades ópticas de la corteza cerebral de 14 de ambos prematuros ya término. DCS fibras fuente y el detector están dispuestos en una fila paralela a las fibras FDNIRS con distancias fuente-detector de 1,5 (un detector) y 2 cm (tres detectores) en ambas sondas bebés prematuros y de término. </li><li> Desinfectar las sondas ópticas con un paño Sani-desinfectar y limpiar insertar la sonda y fibras de polipropileno en un manguito de plástico de un solo uso. </li></ol> 2. FDNIRS ajustes de ganancia y Calibración <ol><li> Abra la interfaz FDNIRS gráfica de usuario (GUI) y seleccione el archivo de configuración del programabloque correspondiente a la sonda y la calibración se utiliza. </li><li> Para ajustar las ganancias del detector, con cuidado coloca la sonda sobre una superficie de la cabeza del sujeto sin pelo (preferentemente el lado izquierdo de la frente) y la mantienen en la misma posición sin aplicar ninguna presión. Encienda fuentes y detectores y ajustar el voltaje PMT hasta que la amplitud de cualquiera de los láseres de origen alcanza 20.000 recuentos. 32.000 conteos es la digitalización máxima de la tarjeta de adquisición de analógico a digital, y las ganancias deben fijarse por debajo de ese umbral para evitar la saturación durante la adquisición de datos. Las ganancias se debe establecer en el área frontal, porque esta región tiene generalmente la menor absorción de la luz láser y por lo tanto es más propenso a la saturación. </li><li> Apagar las fuentes y detectores y devolver la sonda al bloque de calibración. Los láseres deben estar apagados cuando se mueve la sonda para la seguridad de los ojos, los detectores deben estar apagados porque PMT son muy sensibles y cualquier exposición a la luz brillante increases ruido de fondo y de forma permanente, puede dañarlos. </li><li> Con la sonda en el bloque de calibración, utilice la densidad neutral (ND) filtrar si se satura par de detectores fuente. Diferentes filtros ND se puede seleccionar debido a la optimización de las ganancias en los recién nacidos con diferentes tonos de piel Mantenga la sonda inmóvil durante 16 segundos mientras se ejecuta el procedimiento de calibración. Puesto que no se mueva físicamente una fuente a diferentes distancias a partir de un único detector para lograr un esquema de multi-distancia, pero en lugar de utilizar cuatro combinaciones de dos fuentes independientes y dos detectores independientes, es necesario calibrar para la alimentación diferente de las dos fuentes y las diferentes ganancias de los dos detectores. Mediante la medición de un bloque de calibración de propiedades ópticas conocidas, se estima la amplitud y los factores de corrección de fase necesarios para recuperar los coeficientes de absorción y dispersión del bloque de calibración. </li><li> Después de la calibración, adquirir más de 16 segundos de datos en el bloque y visualmente evaluar la adecuación de the calibración con una interfaz gráfica de usuario dentro de la empresa MATLAB. La medida μa y &#39;ms deben coincidir con los coeficientes reales de bloque de calibración en cualquier longitud de onda. Recalibrar si el ajuste es pobre. </li><li> Si las ganancias de detectores necesitan ser cambiados, o fibras de fuente y el detector necesita ser desconectado durante las mediciones, repetir el procedimiento de calibración del dispositivo de FDNIRS. </li><li> Al final de la sesión de medida, adquirir otra sec 16 de datos en el bloque de calibración para verificar si la calibración se mantuvo durante las mediciones sobre el tema. Si la calibración no se ha mantenido, tomar una calibración de segundo al final de la medición y se aplican a los datos adquiridos. </li></ol> 3. DCS Settings <ol><li> Abra la in-house de adquisición de datos DCS interfaz gráfica de usuario y cargar el archivo de configuración correspondiente a la sonda óptica que se utiliza. </li><li> Antes de comenzar las mediciones, verificar que la potencia del láser de la fuente de DCS es apropiada para exposición de la piel mediante la medición de tque la potencia del láser de la fuente de DCS con un medidor de potencia y la comprobación del tamaño punto con una tarjeta de visualización IR (el láser emite a 785 nm, que no es visible). La potencia DCS láser es de ~ 60 mW y acoplado a una fibra de diámetro relativamente pequeño (400-600 micras). Para cumplir con las normas ANSI para exposición de la piel, la luz de la sonda debe ser atenuada y difundida a través de un área grande. Esto se consigue cubriendo la punta de la fibra con un diámetro de 3 mm blanco Teflon hoja (figura 2-A). El teflón es altamente dispersión y ampliamente difunde el haz de láser. En la cabecera del paciente, garantizar que la potencia del láser en la sonda es inferior a 25 mW y el tamaño del punto es mayor que 3 mm de diámetro. En cuanto a los FDNIRS, apague siempre fuentes y detectores al mover la sonda óptica. </li><li> Detección DCS es conteo de fotones y no hay ajuste de ganancia APD como se requiere para el dispositivo FDNIRS. Una bandera en el software de adquisición indica si el exceso de luz que se detecta, en cuyo caso la luz de acoplamiento al IETsu fuente o detector de fibras debe reducirse girando los conectores de fibra. Detección de luz adecuada está en el rango de 200,000-4,000,000 fotones detectados (correspondientes a -26 ~ 0 dB en la pantalla del ordenador). Evite la luz ambiente excesiva para reducir el ruido de fondo. </li><li> La DCS no requiere calibración para medir la CBF i. El flujo de sangre es proporcional al tiempo que se necesita para bajar de correlación. Un bloque sólido no es suficiente para comprobar la calidad de la señal, ya que no hay partículas de dispersión de movimiento que causan caries. Un brazo experimentador en cambio, muestra la descomposición - el más rápido el flujo de sangre, más acusada es la decadencia. </li></ol> 4. Adquisición de Datos <ol><li> Mientras FDNIRS y mediciones DCS se puede hacer rápidamente en secuencia, mida primero todos los lugares con un dispositivo y luego repetir la misma progresión con el otro dispositivo, utilizando un software independiente de adquisición correspondiente a cada uno. </li><li> Mide siete localidades que cubren frontal, temporal y Parietal áreas, de acuerdo con un sistema de 10-20 (Fp1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4), en secuencia (figura 2-B). Parte el cabello a lo largo de la línea de fuente-detector y coloque la sonda en esa zona de la cabeza. </li><li> Encienda el láser y detectores FDNIRS y compruebe la calidad de la señal: cuenta la amplitud debe ser de entre 2.000 y 20.000 y cambios de fase SNR &lt;2 grados. Si fuera de estos rangos, cambiar la posición de la sonda, el cabello se separaron y garantizar todas las fuentes y los detectores están en contacto con la piel. </li><li> Adquirir datos durante 16 seg. Repita las mediciones hasta tres veces en cada lugar (Figura 2-C), separando el cabello y el reposicionamiento de la sonda en un punto ligeramente diferente para cada adquisición. Esto se hace para minimizar el efecto de las heterogeneidades locales tales como el cabello y superficiales grandes buques y para proporcionar los valores representativos de una región, en lugar de un solo punto. </li><li> Encender el láser y detectores de DCS y adquirir datos para 10 seg. Vuelva a colocar la sonda y el representantecomer las adquisiciones (como ocurre con las medidas FDNIRS). </li><li> Apague todos los láseres al mover la sonda entre localidades. La recolección de datos en los siete lugares que no siempre es posible. Deje de medidas si el sujeto manifiesta cualquier signo de sufrimiento o de movimiento. Vuelva a realizar la adquisición, si es posible. Electrodos EEG o equipo de respiración también puede impedir que las mediciones en algunas localidades. </li></ol> 5. Medida de los parámetros sistémicos <ol><li> Para el cálculo de CMRO 2i, dos parámetros sistémicos, la oxigenación arterial (SaO 2) y de la hemoglobina en la sangre (HGB), debe ser adquirido. HGB también es necesaria para calcular CBV. Aunque la oximetría de pulso convencional proporciona medidas de la SaO 2, HGB convencionalmente se mide con un análisis de sangre. Un oxímetro de pulso nuevo, desarrollado por Masimo Corporation, es capaz de medir de forma no invasiva HGB mediante el uso de múltiples longitudes de onda. El dispositivo está aprobado por la FDA para bebés&gt; 3 kg, y permite un rápido meas cabeceraure tanto de SaO 2 y HGB. </li><li> Record SaO 2 y HGB utilizando un oxímetro de pulso Masimo (spot Pronto comprobar pulso co-oxímetro). En estas mediciones, coloque un adhesivo de uso único sensor para el dedo gordo del pie del bebé. HGB se mostrará en el monitor a los pocos segundos. </li><li> Cuando no es posible utilizar el pulso Masimo co-oxímetro, medida SaO 2 con otros oxímetros de pulso aprobados por la FDA. HGB puede ser o recuperado de cartas de los pacientes clínicos o han utilizado valores normativos. </li></ol> 6. Análisis de Datos <ol><li> Abrir una en casa de post-procesamiento de análisis de datos GUI utilizando MATLAB. Este software no sólo calcula todos los parámetros hemodinámicos, pero también utiliza la redundancia de datos para evaluar automáticamente la calidad de la medición y limitar los resultados. </li><li> Automáticas criterios objetivos para el control de calidad son los datos para descartar FDNIRS si: R2 &lt;0,98 para el ajuste del modelo a los datos experimentales, p-valor&gt; 0.02 Para el coeficiente de correlación de Pearson producto momento entre los coeficientes de absorción ocho medidos y el ajuste de la hemoglobina (figura 3-A), valor de p&gt; 0,02 para el ajuste lineal de los coeficientes de dispersión reducido frente a longitud de onda (figura 3-B) 15. Si más de 33 por ciento de los datos méritos descarte, todo el conjunto se descarta. Para los DCS, datos se descartan si: la cola de la curva de ajuste difiere de 1 en más de 0,02, la variación acumulada entre los 3 primeros puntos de la curva es más de 0,1, o el valor medio de los 3 puntos primero es más de 1,6 (Figura 4). Si más de 50 por ciento de las curvas se descartan, o los valores de ajuste tienen un coeficiente de variación&gt; 15 por ciento, todo el conjunto se desecha 15. </li><li> Calcular absoluta HBO y concentraciones HBr mediante el ajuste de los coeficientes de absorción a las longitudes de onda, utilizando valores de la literatura para la Hb extinción coeficientes de 16 yun 75 por ciento de concentración de agua en el tejido 17. Deducir la concentración de hemoglobina total (HBT = HBO + HBr) y SO 2 (HBO / hbt) de las concentraciones de HBO y HBr. </li><li> Estimar el volumen sanguíneo cerebral usando la ecuación descrita en Ijichi et al 18. CBV = (HBT × MW Hb) / (HGB × D bt), donde MW Hb = 64.500 [g / mol] es el peso molecular de la Hb, y D bt = 1,05 g / ml es la densidad del tejido cerebral. </li><li> Calcular CBF i mediante el ajuste de las funciones medidas temporales de autocorrelación para la ecuación de correlación difusión. El marco teórico detallado para calcular CBF i está en Boas et al. Y Boas y YUD 10,11. En las ecuaciones, utilizar los coeficientes individuales de absorción medido de FDNIRS y una media de los coeficientes de dispersión a través de toda la población. </li><li> Calcular el índice de consumo de oxígeno cerebral mediante el uso de la medida FDNIRS de SO <sub&gt; 2 y la medida de DCS CBFI con la siguiente ecuación: CMRO 2i = (HGB × × CBFI (SaO 2 - SO 2)) / (4 × × β MW Hb) 15, donde el factor 4 refleja las cuatro moléculas de O 2 unidos entre hemoglobina y β es la contribución porcentual del compartimento venoso para la medición de oxigenación de la hemoglobina 19. </li></ol>

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Maria Angela Franceschini, su esposo David Boas, y Beniamino Barbieri (ISS Inc) tienen patentes sobre esta tecnología.

Hemos demostrado una medición cuantitativa de la hemodinámica y el metabolismo cerebral con FDNIRS y DCS en la población neonatal. La configuración de la sonda está optimizado para la medición de la corteza cerebral neonatal 14. Cambios de flujo sanguíneo medidos por DCS han sido ampliamente validados contra otras técnicas en estudios en animales y humanos 22,23. Mediante el uso de una medida directa DCS de flujo de sangre, que son capaces de reducir la varianza en el cálculo de CMRO 2i 24. La varianza de medidas repetidas era también más pequeña que los cambios entre las regiones del cerebro y con la edad 20. A partir de nuestros resultados anteriores, CBFI y 2i CMRO mostraron cambios significativos con la PMA en los recién nacidos prematuros sanos. La medida de CMRO 2i es más capaz de detectar daño cerebral que la medida de SO 2. Esto sugiere que las medidas combinadas de parámetros vasculares y metabólicas b servir como más robustoiomarkers de la salud del cerebro neonatal y el desarrollo que la saturación de oxígeno por sí solo. Las mejoras técnicas se centrarán en la integración de dos instrumentos para reducir el tiempo de adquisición de un 35-40% por sesión y la aplicación de la información en tiempo real sobre la calidad de datos para reducir la frecuencia de las medidas descartadas. En un futuro próximo, este sistema puede ser enviado a los usuarios finales clínicos como un monitor de cabecera novela de la alteración del metabolismo cerebral de oxígeno. Mediante la medición de trayectorias de dos CMRO con el tiempo también puede aumentar significado clínico y predecir resultados. Esta herramienta de última instancia, podría hacer una contribución significativa a la mejora de la gestión de la lesión cerebral neonatal.

El dispositivo es un FDNIRS personalizado dominio de la frecuencia del sistema de ISS Inc. con dos juegos idénticos de 8 diodos láser que emiten en ocho longitudes de onda que van desde 660 hasta 830 nm, y dos detectores de tubos fotomultiplicadores (PMT). Fuentes y detectores son modulados a 110 MHz y 110 kHz, más 5, respectivamente, para lograr la detección heterodina 6. Cada diodo láser se enciende por 10 mseg en secuencia, para un tiempo total de adquisición 160 ms por ciclo. Fuentes y detectores están acoplados a la fibra óptica y dispuestos en una fila en una sonda óptica. La disposición de las fibras en la sonda es tal que se produce cuatro diferentes detector de fuente-separaciones. Mediante la medición de la luz transmitida (atenuación de la amplitud y desplazamiento de fase) a distancias múltiples, se puede cuantificar la absorción (mu A) y la dispersión (ms &#39;) coeficientes del tejido bajo observación. A partir de los coeficientes de absorción a longitudes de onda múltiples, a continuación, calcular los valores absolutos de oxigenada (HbO) ydesoxigenadas (HBR) las concentraciones de hemoglobina 7, volumen sanguíneo cerebral (CBV) y la saturación de oxígeno de la hemoglobina (SO 2). El dispositivo DCS es un hogar - Sistema integrado similar al desarrollado por los Dres. Arjun YUD y Durduran Turgut en la Universidad de Pennsylvania 8,9. El sistema DCS que consiste en un sólido - estado, láser coherencia largo a 785 nm, cuatro conteo de fotones fotodiodo de avalancha (APD) detectores (EG &amp; G Perkin Elmer SPCM-AQRH) con bajos recuentos oscuros (&lt;50 cuentas / seg) y un alto rendimiento cuántico (&gt; 40% a 785 nm), y una de cuatro canales, 256-bin multi-tau correlador, con una resolución de 200 nseg. Con los DCS que medir el flujo sanguíneo microvascular en la corteza cerebral mediante la cuantificación de las fluctuaciones de la intensidad en el tiempo de la luz múltiplemente dispersada que surge de desplazamientos Doppler producido por eritrocitos en movimiento. La técnica, similar a la flujometría láser Doppler sangre (es decir, son de Fourier Transform análogos), mide una función de autocorrelación de las fluctuaciones de la intensidad de cada canal detector calcula por un correlador digital en un rango de tiempo de retardo de 200 ns - 0,5 seg. El correlador calcula la intensidad temporal de auto-correlación de la luz re-emergiendo de tejido. A continuación, ajustar la ecuación de correlación de difusión para la función de autocorrelación medida, adquirido de forma secuencial, aproximadamente una vez por segundo, para obtener el índice de flujo de sangre (CBF i) 10,11. DCS medidas de los cambios de flujo sanguíneo han sido ampliamente validado 12,13. Mediante la combinación de las medidas FDNIRS de SO 2 con las medidas de DCS CBF i, conseguimos una estimación del metabolismo cerebral de oxígeno (CMRO 2i).

<table border="1"><tbody><tr><td> Equipo </td><td> Empresa </td><td> Número de catálogo </td><td> Comentarios (opcional) </td></tr><tr><td> Imagent </td><td> ISS </td><td></td><td> FDNIRS </td></tr><tr><td> DCS fibras láser </td><td> Thorlabs </td><td> FT400 </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS fibra detector </td><td> Thorlabs </td><td> 780HP </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS láser </td><td> CrystaLaser </td><td> DL785-070-S </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS detector </td><td> Pacer International </td><td> SPCM-AQRH-14-FC </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> DCS Correlator </td><td> Correlator.com </td><td> Flex05-8ch </td><td> DCS componente </td></tr><tr><td> Pronto co-oxímetro </td><td> Masimo </td&gt; <td></td><td> HGB y la SaO 2 monitor </td></tr><tr><td> NOVA </td><td> OPHIR </td><td> 7Z01500 </td><td> Laser medidor de potencia </td></tr><tr><td> Sensor tarjeta </td><td> Newport </td><td> F-IRC1-S </td><td> IR espectador </td></tr><tr><td> Filtro de densidad neutra </td><td> Kodak </td><td> NT54-453 </td><td></td></tr></tbody></table>

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

Lesión cerebral perinatal sigue siendo una causa importante de mortalidad y morbilidad infantil, pero aún no existe una herramienta eficaz de cabecera que puede detectar con precisión la lesión cerebral, lesión evolución monitor, o evaluar la respuesta al tratamiento. La energía utilizada por las neuronas se deriva en gran medida del metabolismo oxidativo tisular, y la hiperactividad neuronal y muerte celular se refleja por los correspondientes cambios en el metabolismo cerebral de oxígeno (CMRO 2). Así, las medidas de CMRO 2 son un reflejo de la viabilidad neuronal y proporcionar información crítica de diagnóstico, haciendo CMRO 2 un objetivo ideal para la medición de la cabecera de la salud del cerebro. Técnicas de imágenes cerebrales, como la tomografía por emisión de positrones (PET) y la emisión de fotón único tomografía computarizada (SPECT) medidas de rendimiento de la glucosa y el metabolismo cerebral de oxígeno, pero estas técnicas requieren la administración de radionucleótidos, por lo que se utilizan en los casos más graves. De onda continua espectroscopia de infrarrojo cercano (CWNIRS) proporciona medidas de radiación no invasivas y no ionizantes de la saturación de oxígeno de la hemoglobina (SO 2) como un sustituto para el consumo de oxígeno cerebral. Sin embargo, SO 2 es menos que ideal como un sustituto para el metabolismo cerebral de oxígeno, ya que está influenciado por la entrega de oxígeno y del consumo. Además, las mediciones de SO 2 no son lo suficientemente sensibles para detectar horas después de la lesión cerebral 1,2 insulto, porque el consumo de oxígeno y la entrega alcanzar el equilibrio después de transitorios agudos 3. Hemos investigado la posibilidad de utilizar NIRS más sofisticados métodos ópticos para cuantificar el metabolismo cerebral de oxígeno junto a la cama de los recién nacidos sanos y el cerebro lesionado. Más específicamente, se combinaron los NIRS dominio de la frecuencia (FDNIRS) medida de SO 2 con la espectroscopia de correlación difusa (DCS) Medida del índice de flujo sanguíneo (CBF i) yield un índice de CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5. Con los FDNIRS combinados / sistema DCS que son capaces de cuantificar el metabolismo cerebral y la hemodinámica. Esto representa una mejora con respecto CWNIRS para la detección de la salud del cerebro, el desarrollo del cerebro, y la respuesta al tratamiento en neonatos. Además, este método se adhiere a todas las unidades de cuidados intensivos neonatales (UCIN) las políticas de control de infecciones y las políticas institucionales en materia de seguridad láser. El trabajo futuro se tratará de integrar los dos instrumentos para reducir el tiempo de adquisición junto a la cama y poner en práctica en tiempo real sobre la calidad de datos para reducir la tasa de rechazo de datos.

En los últimos cinco años se ha demostrado la viabilidad y la utilidad clínica del método propuesto. En particular, hemos demostrado CMRO 2 sea más representativo de la salud del cerebro y el desarrollo de SO 2. En un estudio transversal en más de 50 recién nacidos sanos, se encontró que mientras CBV es más del doble durante el primer año de vida, SO 2 permanece constante 4 (Figura 5). En un estudio en 70 recién nacidos sanos también encontramos que SO 2 es constante a través de las regiones del cerebro, mientras que CMRO 2i, CBV y CBF son mayores en las regiones temporales y parietales que en la región frontal (figura 6) 20, que es coherente con la captación de glucosa PET hallazgos 21. En nuestros dos estudios, la constante de SO 2, dentro de un rango de 60-70 por ciento indica que el aporte de oxígeno se acerque el consumo local, mientras que CBV, CBF y CMRO 2 son more estrechamente ligado con el desarrollo neural. Para verificar que CMRO 2i es una herramienta de evaluación que mejor SO 2 en la detección de la lesión cerebral neonatal, que mide los niños con lesión cerebral durante la fase aguda 5, y (en unos pocos niños) durante la fase crónica de varios meses después de la lesión. Resultados en la Figura 7 muestran cómo SO 2 no es significativamente alterado por una lesión cerebral en los dos primeros (1-15 días después de la agresión) y crónica (meses después de la lesión) etapas, mientras CMRO 2i es significativamente diferente de lo normal durante los estadios agudos y crónicos . Específicamente, CMRO 2i es elevada durante la fase aguda a causa de la actividad convulsiva después de la lesión cerebral, y menor que la normal durante la fase crónica debido a la pérdida neuronal. Los bebés con lesiones isquémicas hipóxicas se tratan actualmente con hipotermia terapéutica (TH) para el metabolismo cerebral inferior y reducir el daño hipóxico después de la insULT. La hipotermia terapéutica se mantiene durante tres días y hemos sido capaces de controlar 11 recién nacidos durante el tratamiento (Figura 8). Se encontró que CMRO 2i disminuye significativamente a niveles por debajo de lo normal durante TH, y esta disminución parece estar relacionada con la respuesta a la terapia y el resultado del desarrollo. Estos resultados preliminares sugieren que el método FDNIRS-DCS puede ser capaz de guiar y optimizar el tratamiento con hipotermia. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig1.jpg" /> Figura 1. Foto del carro con los FDNIRS y dispositivos DCS. Los dos instrumentos son lo suficientemente compacto para caber en un pequeño carro que se puede mover a la cama del bebé en la NICU. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig2.jpg" /> Figura 2. (A) configuración de la sonda óptica. <strong&gt; (B) El esquema de ubicación de la medición. (C) Una foto de una típica FDNIRS-DCS medición en un bebé. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3.jpg" /> Figura 3. Ejemplos representativos de ajuste bueno y lo malo de la medida (A) y los coeficientes de absorción de la hemoglobina ajuste (B) Los coeficientes de dispersión y el ajuste lineal. Valor P&gt; 0,02 se refiere a un mal ajuste. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ampliar la cifra</a> . <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig4.jpg" /> Figura 4. Un ejemplo representativo de ajuste bueno y malo de una función de autocorrelación de las fluctuaciones de intensidad de computadopor un correlacionador en un intervalo de tiempo de retardo de 200 ns - 0,5 seg. En la figura de mal ajuste de la cola de la curva de ajuste difiere del 1 por más de 0,02 y la variación de los 3 primeros puntos es superior a 0,1. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ampliar la cifra</a> . <img alt="Figura 5" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5.jpg" /> Figura 5. Los cambios en la CBV y SO 2 entre las regiones corticales frontal, temporal y parietal en los bebés desde el nacimiento hasta un año de edad. <img alt="La figura 6" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6.jpg" /> Figura 6. CBF, SO 2, CBV y CMRO 2i del TE frontal,mporal regiones parietal y en 70 recién nacidos sanos. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig7.jpg" /> Figura 7. Ejemplos de consumo de oxígeno normal y anormal 2 SO después de la lesión cerebral en los bebés. La lesión cerebral se caracteriza por cambios en CMRO 2 con respecto a la normal, mientras SO 2 no es significativamente diferente del normal. Tenga en cuenta que en estas dos figuras, CMRO 2 se calculó mediante la relación de Grubb, porque la medida DCS no estaba disponible en el momento de las mediciones. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig8.jpg" /> Figura 8. rCMRO 2 de 11 recién nacidos durante la hipotermia terapéutica versus emparejados por edad controles sanos. Metabolismo de oxígeno se reduce fuertemente en todos los niños con terapia de hipotermia.

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

Se combinaron dominio de la frecuencia del infrarrojo cercano las medidas de espectroscopia de oxigenación cerebral difusa con hemoglobina medidas de espectroscopia de correlación del índice de flujo sanguíneo cerebral para estimar un índice de metabolismo del oxígeno. Pusimos a prueba la utilidad de esta medida como una herramienta de detección de cabecera para evaluar la salud y el desarrollo del cerebro del recién nacido.

No invasiva de medición óptica del metabolismo cerebral en lactantes y Hemodinámica

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

Research

JoVE Journal

Medicine

19.9K vistas.  Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School. Se combinaron dominio de la frecuencia del infrarrojo cercano las medidas de espectroscopia de oxigenación cerebral difusa con hemoglobina medidas de espectroscopia de correlación del índice de flujo sanguíneo cerebral para estimar un índice de metabolismo del oxígeno. Pusimos a prueba la utilidad de esta medida como una herramienta de detección de cabecera para evaluar la salud y el desarrollo del cerebro del recién nacido.

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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.

Microscopía Confocal de córnea: A Novel una técnica no invasiva para cuantificar pequeñas de fibra de Patología en neuropatías periféricas

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

Investigación

Medicina

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.

Un In vivo Modelo de roedores de la contracción inducida por la lesión y la monitorización no invasiva de la recuperación

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.

La evaluación no invasiva de la función endotelial microvascular y

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.

De imagen no invasivas y Análisis de la isquemia cerebral en ratas vivas utilizando Tomografía por emisión de positrones con<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.

Modelo murino de imagen no invasivas para detectar y vigilar cáncer ovárico de Recurrencia

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.

Un enfoque metodológico para las evaluaciones no invasivas de la función vascular y Morfología

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.

Evaluaciones no invasivas de las características de recuperación subjetiva y objetiva después de un protocolo de salto exhaustivo

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.

Evaluación no invasiva de la función muscular de los dorsiflexores en ratones

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.

Células progenitoras coronarias y biomarcadores solubles en pronóstico cardiovascular después de la angioplastia coronaria

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.

Resonancia magnética cardíaca sensible a la oxigenación con maniobras de respiración vasoactiva para la evaluación no invasiva de la disfunción microvascular coronaria