המחברים מודים לכל המשפחות להשתתפותם במחקר זה והאחיות, רופאים ואנשי צוות במחלקה לטיפול נמרץ היילודים, משתלת הטיפול המיוחדת, נוירולוגיה ילדים, ואת יחידות יולדות בבית החולים כלליים מסצ&#39;וסטס, ריגהאם ובית החולים לנשים ובית החולים לילדים בבוסטון לעזרה ותמיכתם. בפרט אנו מודים לינדה ג&#39;יי ואן מרטר, רוברט מ Insoft, ג&#39;ונתן ח קרונין, ג&#39;וליאן מזאווי, וסטיבן א רינגר. המחברים גם להודות מרסיה Kocienski-פיליפ, האיבון שלדון, Alpna Aggarwall, המאדים Artunguada וז&#39;נבייב נווה על סיועם במהלך מדידות. פרויקט זה נתמך על ידי NIH R01-HD042908, R21-HD058725, P41-RR14075 וR43-HD071761. מרסיה Kocienski-פיליפ והאיבון שלדון נתמכת הפרס הקליני מדעים Translational UL1RR025758 לאוניברסיטת הרווארד וריגהאם ובית החולים לנשים מהמרכז הלאומי למחקר משאבים על ידי. התוכן הוא באחריות בלעדית שלuthors ואינו מייצג בהכרח את עמדתה הרשמית של המרכז הלאומי למשאבי מחקר או המכונים הלאומיים לבריאות.

1. הכנה לצעדי המיטה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> את FDNIRS ומערכות DCS הם קומפקטיים וקלים להזזה על עגלה קטנה לצד מיטתו של התינוק בבית החולים (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי שהעביר את העגלה עם התקנים למיטה, להפעיל את המערכות ולחבר את הבדיקה האופטית לFDNIRS והתקני DCS. ודא ששני הנסיינים נוכחים לכל מידה: אחד לניהול המכשירים והמחשבים, וכדי להחזיק בחללית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את הבדיקה המתאימה בהתאם לגיל ההריון של התינוק (PMA). הבדיקה האופטית עם FDNIRS הפרדות מקור גלאי של 1, 1.5, 2 ו -2.5 סנטימטר משמשת לתינוקות &lt;37 wks PMA ואת החללית עם הפרדות FDNIRS 1.5, 2, 2.5 ו 3 סנטימטר משמש לתינוקות מבוגרים יותר (איור 2- ). הבחירה של הפרדות קצרות מקור גלאים מוכתבת על ידי גודל הקטן של התינוקות פגים ועקמומיות ראש גדולות. בעת שימוש בחללית גדולה יותר עם תינוק מוקדם, relatגודל קטן יותר של ively ראשו של התינוק והעקמת המשמעותית שלה יחד לסכל קשר אפקטיבי בין ראשו של התינוק וכל המקורות והגלאים. מסיבה זו, הבדיקה עם FDNIRS הפרדות מקור גלאי של 1, 1.5, 2 ו -2.5 סנטימטר ראויה לשימוש בפגים. המחקר הוכיח שההפרדות שנבחרו מקור הגלאים מספיקות למדידת תכונות אופטיות של קליפת המוח של 14 שניהם מוקדמים וארוכים. סיבי מקור וגלאי DCS מסודרים בשורה מקבילה לסיבי FDNIRS עם מרחקי מקור גלאים של 1.5 (גלאי אחד) ו 2 סנטימטר (שלושה גלאים) בשתי בדיקות פגים וטווח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטהר את הבדיקות האופטיות עם סאני בד החיטוי לנגב ולהכניס את החללית וסיבים לתוך שרוול פלסטיק פוליפרופילן שימוש יחיד. </li></ol> 2. FDNIRS הגדרות רווח וכיול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את ממשק המשתמש הגרפי FDNIRS (GUI) ובחר את קובץ הגדרות התכניתמקביל לבדיקה וכיול בלוק בשימוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לכוונן את רווחי גלאי, מניח בעדינות את הבדיקה בשטח של ראשו של הנושא בלי שיער (רצוי בצד השמאל של המצח) ולשמור אותו באותה התנוחה ללא החלה כל לחץ. הפעל מקורות וגלאים ולהתאים את מתח PMT עד המשרעת של כל אחד מלייזרי המקור מגיעה 20,000 סעיפים. 32,000 ספירות הן דיגיטציה המרבית של אנלוגי לכרטיס רכישה דיגיטלי, ורווחים צריכים להיות מוגדרים מתחת לסף, כדי למנוע רוויה במהלך רכישת נתונים. הרווחים צריכים להיות מוגדרים בחלק הקדמי, כי אזור זה בדרך כלל יש קליטה הנמוכה של אור ליזר, ולכן הוא נוטה ביותר לרוויה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את המקורות וגלאים ולהחזיר את החללית לבלוק הכיול. הלייזרים צריכים להיות כבוי בעת מעבר לבדיקת בטיחות עין; הגלאים צריכים להיות כבוי בגלל PMTs רגישים מאוד וחשיפה לכל אור בהיר אניncreases רעשי רקע, ויכול לגרום ניזק בלתי הפיך אותם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם החללית חזרה על בלוק הכיול, השתמש במסנן הצפיפות הניטראלי (ND), אם בכלל, מרווה את זוג המקור במכונת האמת. ניתן לבחור מסנני ND שונים עקב רווחי אופטימיזציה בתינוקות עם גווני עור שונים החזק את החללית עדיין ל16 שניות תוך כדי ריצת הליך הכיול. מכיוון שאנחנו לא פיסיים להעביר את המקור אחד למרחקים שונים מגלאי יחיד להשיג ערכה רבת מרחק, אך במקום להשתמש בארבעה שילובים של שני מקורות עצמאיים ושני גלאים עצמאיים, אנחנו צריכים לכייל לכוח השונה של שני מקורות ו הרווחים השונים של שני הגלאים. על ידי מדידת בלוק כיול של תכונות אופטיות ידועות, אנו מעריכים את המשרעת וגורמי תיקון שלב הדרושים כדי לשחזר את מקדמי קליטה ופיזור של בלוק הכיול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר כיול, תרכוש 16 שניות יותר של נתונים על הבלוק וחזותי להעריך את הלימות הכיול עם דואר בבית MATLAB GUI. Μa נמדד וμs &#39;צריך להתאים את המקדמים בפועל של בלוק כיול בכל אורכי הגל. לכייל מחדש אם בכושר ירוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם רווחי גלאי צריכים להיות שונים, או סיבי מקור וגלאי צריכים להיות מנותקים במהלך מדידות, לחזור על תהליך הכיול של מכשיר FDNIRS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיומה של פגישת המדידה, לרכוש 16 שניות נוספות של נתונים על בלוק הכיול כדי לוודא אם הכיול נשמר במהלך מדידות בנושא. אם הכיול לא נשמר, לקחת כיול 2 בסוף המדידה ותחול על המידע שנרכש. </li></ol> 3. הגדרות DCS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח בבית DCS נתוני רכישת GUI ולטעון את הקובץ המתאים לבדיקה האופטית בשימוש בהגדרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני שמתחיל מדידות, ודא שכוח הליזר של מקור DCS מתאים לחשיפת עור על ידי מדידה לאהוא כוח הליזר של מקור DCS עם מד כוח ובדיקת גודל המקום עם כרטיס צפיית IR (הליזר פולט ב785 ננומטר, אשר אינו גלוי). כוח ליזר DCS הוא ~ 60 mW ומצמיד את הסיבים בקוטר קטן יחסית (400-600 מיקרומטר). כדי לעמוד בסטנדרטים של ANSI לחשיפת עור, האור בבדיקה חייב להיות מוחלש ומתפזר על פני שטח גדול. זו מושגת על ידי כיסוי קצה הסיב בקוטר 3 מ&quot;מ לבן טפלון גיליון (איור 2-A). הטפלון מאוד פיזור נרחב ומפזר את קרן הליזר. ליד מיטת החולה, להבטיח כי כוח הליזר בבדיקה הוא פחות מ 25 mW וגודל הנקודה גדול יותר מ 3 מ&quot;מ בקוטר. באשר לFDNIRS, תמיד לכבות מקורות וגלאים כשעוברים בדיקה האופטית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איתור DCS הוא פוטון-ספירה ואין התאמת רווח APD כנדרש עבור מכשיר FDNIRS. דגל בתוכנת הרכישה מציין אם יותר מדי אור מזוהה, ובמקרה כזה אור הצימוד לeitהמקור שלה או סיבי גלאי צריך להיות מופחת באמצעות הפיכת מחברי הסיב. גילוי נאות הוא אור בטווח של 200,000-4,000,000 פוטונים אותרו (מקביל ל-26 ~ 0 dB על צג המחשב). הימנע מאור בחדר מוגזם כדי להפחית את רעש רקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DCS אינו דורש כיול למדוד CBF אני. זרימת דם היא פרופורציונלית לזמן שנדרש כדי לאבד את הקשר. גוש מוצק לא יספיק כדי לבדוק את איכות אות כי אין פיזור חלקיקים נעים לגורמים עששת. הזרוע של הנסיין במקום תערוכות ריקבון - מהר יותר את זרימת הדם, הריקבון התלול יותר. </li></ol> 4. רכישת נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אמנם ניתן לעשות FDNIRS ומדידות DCS מהירות ברצף, למדוד תחילה את כל המקומות במכשיר אחד ולאחר מכן לחזור על אותה ההתקדמות עם מכשיר האחר, באמצעות תוכנת רכישה עצמאית מתאימה לכל אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדדו שבעה מקומות כיסוי חזיתי, זמני וparietאזורי al, על פי 10-20 מערכת (FP1, FpZ, FP2, C3, C4, P3, P4), ברצף (איור 2-B). חלק השיער לאורך קו מקור הגלאי ולמקם את החללית שבאזור הראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל לייזרים וגלאי FDNIRS ולבדוק את איכות האות: ספירת האמפליטודה צריכה להיות בין 2000 ל -20,000 ושלב משמרות SNR &lt;2 מעלות. אם מחוץ לטווחים אלו, למקם מחדש את החללית, שיער הבטחתו נפרד וכל המקורות והגלאים נמצאים במגע עם העור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש נתונים עבור 16 שניות. חזור על מדידות עד שלוש פעמים בכל מיקום (איור 2-C), פרידת השיער ולמקם מחדש את החללית בנקודה שונה מעט לכל רכישה. הדבר נעשה כדי למזער את ההשפעה של inhomogeneities המקומי כגון שיער וספינות גדולות, שטחיות ולספק ערכים מייצגים של אזור, ולא נקודה אחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל DCS הליזר וגלאים ולרכוש נתונים עבור 10 שניות. שנה את מיקום הבדיקה והנציגלאכול את הרכישות (כמו באמצעי FDNIRS). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את כל הלייזרים בעת מעבר בין מקומות הבדיקה. איסוף נתונים בכל השבעה המקומות לא תמיד אפשרי. יש להפסיק את מדידות אם הנושא בא לידי ביטוי כל סימן של מצוקה או תנועה. נסה שוב את הרכישה אם זה אפשרי. אלקטרודות EEG או ציוד נשימה עשויות גם למנוע מדידות במקומות מסוימים. </li></ol> 5. מדד של פרמטרים מערכתיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחישוב CMRO 2i, שני פרמטרים מערכתיים, חמצון העורקי (סאו 2) והמוגלובין בדם (HGB), חייב להיות שנרכש. HGB נחוץ גם כדי לחשב CBV. בעוד oximetry הדופק הקונבנציונלי מספק מדדים של סאו 2, HGB נמדד כמקובל בבדיקת דם. Oximeter דופק חדש, שפותח על ידי חברת Masimo, הוא מסוגל למדוד HGB הלא פולשני באמצעות אורכי גל מרובים. המכשיר הוא-FDA אשר לתינוקות&gt; 3 ק&quot;ג, ומאפשר MEAs bedside מהיריור של שניהם סאו 2 ו HGB. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא סאו 2 ו HGB באמצעות Masimo דופק oximeter (נקודת Pronto לבדוק את הדופק של שיתוף oximeter). מדידות אלה, לצרף חיישן דבק חד פעמי לבוהן רגלו של התינוק. HGB יוצג על המסך תוך כמה שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר לא ניתן להשתמש Masimo דופק השיתוף oximeter, מדד סאו 2 עם oximeters דופק-FDA האחר. HGB ניתן לשחזר או מתרשימים הקליניים של המטופלים או נאמד באמצעות ערכים נורמטיביים. </li></ol> 6. ניתוח נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח בבית לאחר עיבוד נתוני ניתוח GUI באמצעות MATLAB. תוכנה זו לא רק מעריכה את כל הפרמטרים המודינמים, אלא גם משתמשת ביתירות של נתונים כדי להעריך באופן אוטומטי את איכות מדידה והגבלת תוצאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קריטריונים אובייקטיביים אוטומטיים לבקרת איכות מורכבת מנתוני השלכת לFDNIRS אם: R2 &lt;0.98 להתאמת המודל של הנתונים הניסיוניים, p-value&gt; 0.02 למקדם פירסון מוצר רגע המתאם בין מקדם הקליטה נמדדה 8 וכושר המוגלובין (איור 3-), p-value&gt; 0.02 להתאמה ליניארית של מקדמי הפיזור המופחתים לעומת אורך גל (איור 3-B) 15. אם יותר מ 33 אחוזים מנתוני גוף השלכת, המערך השלם נמחק. לDCS, הנתונים נמחקים אם: הזנב של העקומה ההולמת שונה מ1 על ידי יותר מ 0.02, הווריאציה מצטברת בין 3 הנקודות הראשונות של העקומה היא יותר מ -0.1, או השווי הממוצע של 3 הנקודות הראשונות הוא יותר מ -1.6 (איור 4). אם עברתי יותר מ 50 אחוזים מעיקולים מבוטלים, או את הערכים המתאימים יש לי מקדמים שונים&gt; 15 אחוזים, המערך השלם נמחק 15. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב ריכוזי HBr המוחלט HBO והולם את מקדמי קליטה בכל אורכי הגל, תוך שימוש בערכי המוגלובין ספרות להכחדת 16 מקדמים וריכוז 75 אחוזים ממים ברקמות 17. לגזור ריכוז מוחלט המוגלובין (= HBT HBO + HBr) וכן 2 (HBO / HBT) מריכוזי HBO וHBr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעריך נפח דם במוח באמצעות המשוואה המתוארת בIjichi אח&#39; 18. CBV = (HBT × MW המוגלובין) / (HGB × D BT), שבו MW Hb = 64500 [ג&#39;/ מול] הוא משקל המולקולרי של המוגלובין, וD BT = 1.05 הוא גרם / מיליליטר צפיפות רקמת המוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב CBF אני ידי התאמת פונקציות autocorrelation הזמניות המדודות למשוואת קורלציה דיפוזיה. המסגרת התיאורטית המפורטת לחשב CBF אני נמצא בבועז ואח&#39;. ובועז וYodh 10,11. במשוואות, השתמש מקדם קליטה בודדה שנמדד מFDNIRS וממוצע של המקדמים התפזרו על פני כל האוכלוסייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את מדד צריכת חמצן במוח על ידי שימוש באמצעי FDNIRS של SO <sub&gt; 2 ומידת DCS של CBFi עם המשוואה הבאה: CMRO 2i = (HGB × × CBFi (סאו 2 - SO 2)) / (4 × MW Hb × β) 15, שבו הגורם 4 משקף את 2 ארבע מולקולות O חייבים כל ההמוגלובין וβ הוא תרומת אחוזים מתא הוורידים למדידת חמצון המוגלובין 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>

מריה אנג&#39;לה Franceschini, בעלה דוד בועז, וBeniamino Barbieri (ISS Inc) מחזיקים בפטנטים על טכנולוגיה זו.

אנחנו הדגמנו מדידת כמותית של המודינאמית וחילוף חומרים במוח ובFDNIRS DCS באוכלוסיית הילודים. תצורת החללית היא מותאמת למדידת קליפת מוח ילוד 14. שינויים בזרימת דם נמדדים על ידי DCS אומתו נרחב נגד שיטות אחרות בבעלי חיים ומחקרים בבני אדם 22,23. על ידי שימוש במדד DCS ישיר של זרימת דם, אנו מסוגלים להקטין את השונות בחישוב CMRO 24 2i. השונות מצעדים חוזרים ונשנים היו גם קטנות יותר מהשינויים בין אזורים במוח ובגיל 20. מהתוצאות הקודמות שלנו, וCBFi CMRO 2i הראו שינויים משמעותיים עם PMA בפגים בריאים. המדד של CMRO 2i הוא טוב יותר מסוגל לזהות ניזק מוחי לעומת האמצעי של SO 2. הדבר מרמז כי אמצעים משולבים של פרמטרים וסקולריים וטבולים לשרת ב כחזק יותרiomarkers של בריאות מוח ילוד ופיתוח מרוויון חמצן בלבד. שיפורים טכניים יתמקדו בשילוב של שני מכשירים כדי לקצר את זמן רכישה 35-40% בכל הפעלה והיישום של משוב בזמן אמת על איכות נתונים כדי להפחית את התדירות של צעדים שהושלכו. בעתיד הקרוב, מערכת זו יכולה להיות מועברת למשתמשי קצה קליניים כצג מיטת רומן של חילוף חומרים של חמצן במוח שונה. על ידי מדידה של מסלולי CMRO 2 לאורך הזמן עשוי גם להגדיל משמעות קלינית ולחזות את התוצאות. כלי זה סופו של דבר יכול לתרום תרומה משמעותית לניהול משופר של פגיעה מוחית בילוד.

מכשיר FDNIRS הוא מערכת מותאמת אישית תדר תחום מISS Inc עם שני סטים זהים של 8 דיודות ליזר פולטת בשמונה אורכי גל הנעים 660-830 ננומטר, ושני גלאי צינור מכפיל (PMT). מקורות וגלאים הם מווסתים ב110 מגהרץ ו 110 מגה רץ בתוספת 5 קילוהרץ, בהתאמה, על מנת להשיג זיהוי אבוכי 6. כל דיודת ליזר מופעלת למשך 10 אלפיות שני ברצף, במשך זמן 160 msec סך רכישה בכל מחזור. מקורות וגלאים הם מצמידים לסיבים אופטיים ומסודרים בשורה בבדיקה אופטית. הסידור של סיבים על הבדיקה הוא כזה שמייצר ארבע פרדות מקור במכונת האמת. באמצעות מדידת אור מועבר (הנחתת המשרעת ופאזה) במרחקים שונים, אנו יכולים לכמת את הקליטה (μa) ופיזור מקדמים (μs &#39;) של הרקמה תחת השגחה. מהמקדמים הקליטה באורכי גל מרובים, אז אנחנו מעריכים את הערכים המוחלטים של חמצן (HBO) ו(HBR) ריכוזי deoxygenated המוגלובין 7, נפח דם מוחי (CBV) וריווי חמצן המוגלובין (SO 2). מכשיר DCS הוא בית - מערכת בנויה בדומה לזה שפותח על ידי בני הזוג. ארג&#39;ון Yodh וטורגוט Durduran באוניברסיטת פנסילבניה 8,9. מערכת DCS שמורכב ממוצק - ליזר מדינה, ארוך קוהרנטיות ב785 ננומטר, ארבעה מפולת photodiode גלאי פוטון ספירה-(APD) (EG &amp; G פרקין אלמר SPCM-AQRH) הכוללים ספירה כהה נמוכה (&lt;50 ספירות / שני) וגבוה קוונטי תשואה (&gt; 40% ב 785 ננומטר), וערוץ 4, 256-סל רב טאו עם מתאם, עם רזולוצית 200 NSEC. עם DCS למדוד את זרימת דם כלי דם בקליפת מוח על ידי כימותי התנודות בעצמה הזמניות של אור פזור מתרבה העולות מדופלר המשמרות הופק על ידי הזזת תאי דם אדומים. טכניקה, בדומה לflowmetry דם דופלר הליזר (כלומר הם הפורים Transform אנלוגים), מודדים פונקצית autocorrelation מהתנודות בעצמה של כל ערוץ גלאי מחושב על ידי עם מתאם דיגיטלי על פני טווח זמן עיכוב של 200 NSEC - 0.5 שניות. עם המתאם מחשב את העוצמת הזמנית אוטומטי המתאם של האור מחדש מתעורר-מרקמות. אז אנחנו מתאימים את משוואת קורלציה דיפוזיה לפונקצית autocorrelation נמדדה, שנרכשנו ברצף, בערך פעם בשנייה, כדי להשיג את מדד זרימת הדם (CBF אני) 10,11. צעדי DCS של שינויים בזרימת דם אומתו 12,13 בהרחבה. על ידי שילוב של אמצעי FDNIRS של SO 2 עם הצעדים של DCS CBF אני, אנחנו יכולים להשיג אומדן של חילוף חומרים של חמצן במוח (CMRO 2i).

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> ציוד </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> Imagent </td><td> ISS </td><td></td><td> FDNIRS </td></tr><tr><td> DCS סיבי ליזר </td><td> Thorlabs </td><td> FT400 </td><td> מרכיב DCS </td></tr><tr><td> סיבי גלאי DCS </td><td> Thorlabs </td><td> 780HP </td><td> מרכיב DCS </td></tr><tr><td> DCS ליזר </td><td> CrystaLaser </td><td> DL785-070-S </td><td> מרכיב DCS </td></tr><tr><td> DCS גלאי </td><td> הפייסר בינלאומי </td><td> SPCM-AQRH-14-FC </td><td> מרכיב DCS </td></tr><tr><td> DCS עם המתאם </td><td> Correlator.com </td><td> Flex05-8ch </td><td> מרכיב DCS </td></tr><tr><td> פרונטו שיתוף oximeter </td><td> Masimo </td&gt; <td></td><td> HGB וסאו 2 צג </td></tr><tr><td> NOVA </td><td> אופיר </td><td> 7Z01500 </td><td> מד כוח הליזר </td></tr><tr><td> כרטיס חיישן </td><td> ניופורט </td><td> ה-F-IRC1-S </td><td> IR צופה </td></tr><tr><td> מסנן צפיפות ניטראלי </td><td> קודאק </td><td> NT54-453 </td><td></td></tr></tbody></table>

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

פגיעה מוחית סביב לידה נשארה גורם משמעותי בתמותת תינוקות ותחלואה, אך אין עדיין כלי מיטה יעילה שיכול להקרין במדויק לפגיעה מוחית, פגיעה בהתפתחות לפקח, או להעריך את התגובה לטיפול. האנרגיה בשימוש על ידי נוירונים נגזרה במידה רבה מחילוף חומרי חמצון רקמות, והיפראקטיביות עצבית ומוות של תאים באים לידי ביטוי בשינויים מתאימים בחילוף חומרים של חמצן במוח (CMRO 2). לכן, מדדים של CMRO 2 הם שיקוף של כדאיות עצבית ולספק מידע אבחון קריטי, מה שהופך CMRO 2 יעד אידיאלי למדידה ליד המיטה של בריאות מוח. טכניקות הדמיה מוחית כגון טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) ו( SPECT) צעדים חד פליטת פוטון טומוגרפיה ממוחשבת תשואה של גלוקוז במוח ולחילוף חומרים של חמצן, אולם טכניקות אלו דורשות ניהול radionucleotides, ולכן הם משמשים רק במקרים הקשים ביותר. ספקטרוסקופיה רציפת גל הקרובה אינפרא אדום (CWNIRS) מספקת אמצעי קרינה בלתי פולשניים ובלתי מייננת של רוויון חמצן המוגלובין (SO 2) כתחליף לצריכת חמצן במוח. עם זאת, SO 2 הם פחות אידיאלי כתחליף לחילוף חומרים של חמצן במוח כפי שהוא מושפע גם אספקת חמצן וצריכה. יתר על כן, מדידות של SO 2 אינן רגישות מספיק כדי לזהות שעות לאחר פגיעה מוחית 1,2 העלבון, כי צריכת חמצן ואספקה ​​להגיע שיווי משקל לאחר ארעיים חריפה 3. חקרנו את האפשרות של שימוש בNIRS המתוחכם יותר בשיטות אופטיות לכמת חילוף חומרים של חמצן במוח בצד המיטה בתינוקות בריאים והמוח פגועים. באופן ספציפי יותר, אנו משלבים את NIRS תדר התחום (FDNIRS) המדד של SO 2 עם ספקטרוסקופיה המפוזרת המתאם (DCS) מדד של מדד זרימת דם (CBF אני) לyielד מדד CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5. עם FDNIRS המשולב / מערכת DCS אנחנו מסוגלים לכמת את חילוף חומרים ופרמטרים המודינמיים מוחות. זה מייצג שיפור לעומת CWNIRS לאיתור בריאות מוח, התפתחות מוח, ותגובה לטיפול בילודים. יתר על כן, שיטה זו שומרת על כל יחידה לטיפול הנמרצת בילוד המדיניות (פגייה) בבקרת זיהום ומדיניות מוסדית על בטיחות ליזר. עבודה עתידית מבקשת לשלב את שני מכשירים כדי לקצר את זמן רכישה במיטה וליישם משוב בזמן אמת על איכות נתונים כדי להפחית את השיעור של דחיית נתונים.

בחמש השנים האחרונות יש לנו הוכחנו את הכדאיות ותועלת קלינית של השיטה המוצעת. בפרט, אנו הראינו CMRO 2 כדי לייצג טובים יותר לבריאות והתפתחות המוח מאשר SO 2. במחקר חתך על יותר מ 50 תינוקות בריאים, מצא כי בעוד CBV הוא יותר מכפול במהלך השנה הראשונה לחיים, ולכן קבוע 2 שרידים 4 (איור 5). במחקר שנערך על 70 תינוקות בריאים מצאנו גם כי SO 2 הוא קבוע על פני אזורים במוח בזמן CMRO 2i, CBV וCBF הם גבוהים יותר באזורי זמן והקודקודית מאשר באיזור הקדמי (איור 6) 20, העולה בקנה אחד עם ספיגת גלוקוז PET ממצאים 21. בשני המחקרים שלנו, הקבוע SO 2, בטווח 60-70 אחוזים מציין כי אספקת חמצן תואמת במידה רבה לצריכה מקומית, ואילו CBV, CBF וCMRO 2 הם מומחדש באופן הדוק עם התפתחות עצבית. כדי לוודא שCMRO 2i הוא כלי סינון טוב יותר מאשר SO 2 באיתור פגיעה מוחית בילוד, מדדו תינוקות מוח פגועים בשלב החריף 5, ו( בכמה תינוקות) בשלב הכרוני כמה חודשים לאחר פציעה. תוצאות באיור 7 תכנית כיצד SO 2 הן לא השתנה באופן משמעותי על ידי פגיעה במוח בשני המוקדמים (1-15 ימים לאחר עלבון) וכרוניים (חודשים לאחר פציעה) השלבים, תוך CMRO 2i הוא שונה באופן משמעותי מרגיל במהלך שני השלבים האקוטיים וכרוניים . באופן ספציפי, CMRO 2i הוא גבוה בשלב החריף בשל פעילות התקפים לאחר פגיעה מוחית, והנמוך מרגילים בשלב הכרוני עקב איבוד עצבי. תינוקות עם פציעות איסכמי Hypoxic כרגע מטופלים עם היפותרמיה טיפולית (TH) לחילוף חומרים במוח נמוך יותר ולהפחית את הניזק לאחר תוספות היפוקסיult. היפותרמיה טיפולית נשמרה במשך שלושה ימים והיינו מסוגל לעקוב אחר 11 תינוקות במהלך הטיפול (איור 8). מצאנו כי CMRO 2i מקטין באופן משמעותי לרמות נמוכות נורמלי במהלך TH, וירידה זו נראית כקשורה לתגובה לטיפול ותוצאה התפתחותית. תוצאות ראשוניות אלו עולות כי שיטת FDNIRS-DCS ייתכן שתוכל להדריך ולייעל את הטיפול ביפותרמיה. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig1.jpg" /> איור 1. תמונה של העגלה עם FDNIRS והתקני DCS. שני המכשירים הן קומפקטית מספיק כדי להתאים על עגלה קטנה שניתן להעביר לצד מיטתו של התינוק בפגייה. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig2.jpg" /> איור 2. () תצורת בדיקה אופטית. <strong&gt; (ב &#39;) ערכת מיקום המדידה. (ג&#39;) תמונה של מדידה אופיינית FDNIRS-DCS על תינוק. <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig3.jpg" /> איור 3. דוגמאות מייצגות של כושר טוב והרע של מדוד (א) מקדם קליטה ו( B) מקדמי פיזור המתאים ההמוגלובין ואת ההתאמה ליניארית. P-ערך&gt; 0.02 מתייחסים להתאמה טובה. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig3large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig4.jpg" /> איור 4. דוגמה מייצגת של כושר טוב והרע של פונקצית autocorrelation מהתנודות בעצמה חושבועל ידי עם מתאם על פני טווח זמן השהיה של 200 NSEC - 0.5 שניות. בדמות הכושר הרעה הזנב של העקומה ההולמת שונה מ1 על ידי יותר מ 0.02 ואת הווריאציה של 3 הנקודות הראשונות היא יותר מ -0.1. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/4379/4379fig4large.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig5.jpg" /> איור 5. שינויים בCBV וSO 2 פני אזורים בקליפת מוח קדמיים, זמניים והקודקודית בתינוקות מלידה ועד גיל שנה. <img alt="איור 6" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig6.jpg" /> איור 6. CBF, SO 2, CBV וCMRO 2i של החזיתי, teאזורי mporal והקודקודית ב70 תינוקות בריאים. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig7.jpg" /> איור 7. דוגמאות של צריכת חמצן חריגה ולכן 2 נורמלים לאחר פגיעה מוחית בתינוקות. פגיעה מוחית מתאפיינת בשינויים בCMRO 2 ביחס למצב נורמלי תוך SO 2 הן לא שונה באופן משמעותי מרגיל. שים לב שבשתי הדמויות האלה, CMRO 2 חושבים באמצעות יחסי הגרב, בגלל מידת DCS לא הייתה זמינה בעת המדידות אלה. <img alt="איור 8" src="/files/ftp_upload/4379/4379fig8.jpg" /> איור 8. rCMRO 2 מתוך 11 תינוקות במהלך היפותרמיה טיפולית לעומת בקרות גיל מתאים בריאות. חילוף חומרים של חמצן מופחת מאוד בכל התינוקות עם טיפול היפותרמיה.

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

אנחנו בשילוב אמצעי ספקטרוסקופיה תדר תחום קרוב אינפרא האדום של חמצון המוגלובין מוחות עם אמצעים מפוזרים מתאם ספקטרוסקופיה של מדד זרימת דם במוח כדי להעריך מדד חילוף חומרים של חמצן. בדקנו את התועלת של אמצעי זה ככלי מיון מיטה כדי להעריך את הבריאות והתפתחות המוח של התינוק.

מדידה אופטית לא פולשנית של מטבוליזם ופרמטרים המודינמיים במוח אצל תינוקות

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

20.0K Views.  Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School. אנחנו בשילוב אמצעי ספקטרוסקופיה תדר תחום קרוב אינפרא האדום של חמצון המוגלובין מוחות עם אמצעים מפוזרים מתאם ספקטרוסקופיה של מדד זרימת דם במוח כדי להעריך מדד חילוף חומרים של חמצן. בדקנו את התועלת של אמצעי זה ככלי מיון מיטה כדי להעריך את הבריאות והתפתחות המוח של ה?...

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.

מיקרוסקופיה confocal קרנית: שיטה חדשנית לא פולשני לכמת סיב פתולוגיה קטנים neuropathies היקפיים

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.

In vivo מכרסמים דגם של פגיעה הנגרמת על התכווצות ולא פולשנית לניטור של התאוששות

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.

הערכה בלתי פולשנית של תפקוד כלי דם והאנדותל

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.

הדמיה לא פולשנית וניתוח של מוחין איסכמיה בחולדות Living שימוש Positron פליטת טומוגרפיה עם<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.

דגם Murine הדמיה בלתי פולשנית לזיהוי ומעקב סרטן השחלות הישנות

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.

גישה המתודולוגית להערכות לא פולשני של תפקוד כלי דם ומורפולוגיה

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.

הערכות לא פולשניות של מאפייני שחזור סובייקטיביים ואובייקטיביים בעקבות פרוטוקול קפיצה ממצה

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.

הערכה בלתי פולשני של תפקוד השרירים Dorsiflexor בעכברים

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.

תאים כליליים ובסמנים מסיסים בפרוגנוזה לב וכלי דם לאחר אנגיופלסטיקה כלילית

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.