Riconosciamo il sostegno della Fondazione di ricerca di San Paolo (FAPESP) attraverso Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) e 2013/07559-3. I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta e analisi dei dati, nella decisione di pubblicare o nella preparazione del manoscritto.

Il protocollo è stato approvato dal comitato locale dell'Università di Campinas (numero di protocollo 56602516.2.0000.5404). Il consenso informato scritto è stato ottenuto dal paziente o da un rappresentante legale prima delle misurazioni. Abbiamo monitorato i pazienti che sono stati ricoverati al Clinics Hospital dell'Università di Campinas con una diagnosi di ictus ischemico o emorragia subaracnoidea che colpisce la circolazione anteriore. Sono stati esclusi dal protocollo di studio i pazienti con ictus ischemico che interessano la circolazione posteriore, i pazienti con craniectomie decompressive dovute all'elevata pressione intracranica e i pazienti con altre malattie neurodegenerative (demenza, morbo di Parkinson o qualsiasi altra malattia che possa essere associata ad atrofia corticale).
1. Preparativi prima di trasferire il sistema in terapia intensiva
<ol><li>Collegare tutte le fibre ai laser e ai rilevatori pertinenti e assicurarsi che siano correttamente collegati alla sonda ottica (Figura 1B).</li>
	<li>Controllare che la sonda ottica sia coperta con un panno nero per evitare che i laser brillino nella stanza.</li>
	<li>Ruotare l'interruttore di alimentazione del sistema in posizione "ON". Dopo aver alimentato il sistema, attendere 30 secondi e quindi ruotare l'interruttore a chiave laser DCS in posizione "ON". I laser FD-DOS si accendono automaticamente quando il sistema è alimentato.</li>
	<li>Durante la preparazione del sistema, ottenere il consenso del partecipante o di un rappresentante legale. Dopo aver ottenuto il consenso, portare il carrello nella stanza del paziente. NOTA: Poiché il sistema ibrido ha una batteria integrata che dura fino a 45 minuti, non è necessario spegnerlo durante il trasporto.</li>
</ol>2. Impostazioni di calibrazione e guadagno del sistema DOS
<ol><li>All'arrivo in terapia intensiva, spegnere il laser DCS spostando la chiave in posizione "OFF".</li>
	<li>A partire dal fantoccio solido contrassegnato con 'Calibrate', eseguire il processo di calibrazione sul software FD-DOS (BOXY, ISS) seguendo i passaggi seguenti.<ol><li>Nel menu 'File', caricare il file di impostazioni appropriato per la sonda utilizzata facendo clic sull'opzione 'Carica file delle impostazioni'.</li>
		<li>Posizionare la sonda sul lato curvo del fantasma, assicurando un buon contatto con la superficie e quindi ottimizzare la tensione di polarizzazione PMT facendo clic sul pulsante 'Ottimizza tutti i rivelatori' nel software FD-DOS.</li>
		<li>Eseguire la calibrazione per separazioni multiple sorgente-rivelatore facendo clic sull'opzione 'Calc. Valori per puntelli ottici. e Distanze multiple' dal menu 'Calibra'.</li>
		<li>Aprire l'opzione 'Calcoli definiti dall'utente' dal menu 'Text-Mon' per verificare che le proprietà ottiche misurate corrispondano ai valori prespecificati (scritti nel fantoccio solido) e che il raccordo R2 sia vicino a uno.</li>
	</ol></li>
	<li>Ripetere i passaggi precedenti (ad eccezione del passaggio 2.2.3) per misurare le proprietà ottiche del phantom contrassegnato come "Check" per assicurarsi che la calibrazione fosse adeguata. Le proprietà ottiche misurate devono corrispondere, entro il 10%, ai valori specificati nei fantocci. ATTENZIONE: assicurarsi di disattivare i PMT (facendo clic sul pulsante "Tutti i rilevatori OFF") ogni volta che la sonda viene spostata per evitare di danneggiare i PMT a causa dell'illuminazione diretta dalla luce ambientale.</li>
	<li>Se la calibrazione non è adeguata, eseguire nuovamente il processo di calibrazione (passaggi 2.2 e 2.3). Garantire una buona calibrazione del sistema FD-DOS è essenziale per la validità delle misure FD-DOS.</li>
</ol>3. Preparazione del partecipante al capezzale
<ol><li>Utilizzare salviette igienizzanti per pulire sia la sonda che la fronte del paziente.</li>
	<li>Posizionare il nastro biadesivo sulla sonda (Figura 1B), assicurandosi che il nastro non sia a diretto contatto con le punte delle fibre ottiche.</li>
	<li>Posiziona un google di sicurezza laser sull'argomento.</li>
	<li>Posizionare le sonde sulla regione di interesse (ROI) e avvolgere le cinghie elastiche intorno alla testa del soggetto. Sebbene non strettamente necessario per FD-DOS e DCS, è consigliabile coprire la sonda ottica con un panno nero o una benda nera per ridurre il rumore dovuto alla luce ambientale. NOTA: è importante assicurarsi che la cinghia elastica non sia né troppo stretta né troppo larga. Se la cinghia è troppo stretta, può causare un disagio significativo al paziente e se la cinghia è troppo allentata può portare a una scarsa qualità dei dati poiché il nastro biadesivo non è abbastanza forte da mantenere le sonde in posizione.</li>
	<li>Dopo che la sonda è stata fissata correttamente alla fronte del paziente, accendere il laser DCS spostando la chiave in posizione "ON". ATTENZIONE: Il sistema DCS utilizza un laser di classe 3B che è pericoloso per l'esposizione degli occhi. È molto importante accendere i laser solo quando la sonda è correttamente attaccata alla fronte del paziente.</li>
</ol>4. Valutazione della qualità dei dati
<ol><li>Prima di iniziare ad acquisire dati con la GUI, scrivere le separazioni source-detector DCS nella scheda 'Impostazioni' della GUI. NOTA: Il sistema DCS non richiede una fase di calibrazione, ma l'inserimento corretto delle separazioni sorgente-rivelatore è necessario per l'analisi in tempo reale (vedere Materiale supplementare per i dettagli).</li>
	<li>Avviare il software di acquisizione premendo il pulsante 'Start' nella GUI e controllare il segnale DOS nel software FD-DOS:<ol><li>Fare clic sul pulsante 'Ottimizza tutti i rivelatori' nel software FD-DOS per ottimizzare la tensione di polarizzazione PMT.</li>
		<li>Controllare le proprietà ottiche e l'R2 del raccordo DOS nell'opzione 'User Defined Calculation' dal menu 'Text-Mon'. Il coefficiente R 2 dovrebbe essere vicino all'unità e, come regola generale, il coefficiente di assorbimento dei pazienti umani dovrebbe essere compreso tra 0,05 e 0,2 cm-1, mentre il coefficiente di diffusione dovrebbe essere compreso tra 6 e 13 cm-113.</li>
	</ol></li>
	<li>Controlla il segnale DCS nella scheda "Curve di correlazione" della GUI.<ol><li>Accendere i rilevatori DCS ruotando gli interruttori in posizione " ON".</li>
		<li>Assicurarsi che ogni rilevatore DCS misuri un'intensità luminosa adeguata. Come regola generale, è richiesto più di 10 kHz.</li>
		<li>Se l'intensità misurata è superiore a 800 kHz, utilizzare un filtro a densità neutra per ridurre il conteggio dei fotoni per evitare di danneggiare i rivelatori. Questo è tipicamente un problema per separazioni sorgente-rivelatore più corte (< 1 cm). NOTA: Oltre a danneggiare potenzialmente i rivelatori DCS, conteggi di fotoni superiori a 800 kHz possono anche causare errori dovuti a effetti non lineari nel rilevatore.</li>
		<li>Controllare le curve di autocorrelazione per garantire un buon accoppiamento cutaneo (vedere i risultati rappresentativi e la figura 2) e riposizionare la sonda ottica se necessario.</li>
		<li>Se il riposizionamento della sonda è stato necessario nel passaggio precedente, ripetere i passaggi 4.2 e 4.3. Potrebbe essere necessario ripetere questi passaggi più volte. NOTA: i rilevatori DCS e FD-DOS devono essere spenti ogni volta che la sonda viene spostata. Per spegnere i rilevatori DCS, spostare manualmente gli interruttori in posizione "OFF". Il rilevatore FD-DOS viene disattivato facendo clic sul pulsante 'Tutti i rilevatori OFF' nel software FD-DOS.</li>
	</ol></li>
	<li>Quando si ottiene un buon contatto tra la sonda e la pelle, interrompere la raccolta dei dati facendo clic sul pulsante "Stop" nella GUI. Quindi, imposta l'esperimento e gli identificatori del paziente nella casella di testo "Cartella" e scrivi il nome ROI nella casella di testo "Nome file".</li>
	<li>Avviare l'acquisizione dei dati premendo il pulsante 'Start' nella GUI.</li>
	<li>Raccogli i dati nel primo ROI per tutto il tempo richiesto dal protocollo. Se necessario, spostare la sonda sugli altri ROI e ripetere la misurazione. NOTA: Il periodo di monitoraggio può variare a seconda degli obiettivi dello studio.</li>
</ol>5. Considerazioni per lo sperimentatore durante la misurazione
<ol><li>Dopo aver iniziato la misurazione, scrivere nella scheda "Informazioni sull'esperimento" della GUI le informazioni rilevanti sul paziente (ad esempio, tipo e posizione della lesione, farmaci somministrati, età, sesso, ecc.).</li>
	<li>Assicurarsi che qualsiasi evento rilevante che si è verificato durante il periodo di monitoraggio sia contrassegnato facendo clic sul pulsante "Contrassegna" sulla GUI. Dopo ogni segno, assicurati di scrivere la descrizione dell'evento nella scheda "Informazioni sull'esperimento" della GUI.</li>
</ol>6. Interrompi la raccolta dei dati
<ol><li>Interrompere la raccolta dei dati premendo il pulsante "Stop" nella GUI.</li>
	<li>Arrestare il software FD-DOS premendo il pulsante di arresto dell'acquisizione e della registrazione dei dati rappresentato da due quadrati rossi nel software FD-DOS.</li>
	<li>Spegnere i rilevatori DCS ruotando gli interruttori in posizione "OFF" e spegnere il laser DCS ruotando la chiave in posizione " OFF".</li>
	<li>Disattivare i PMT del modulo FD-DOS facendo clic sul pulsante 'Tutti i rilevatori OFF'.</li>
	<li>Rimuovere la sonda dalla testa del paziente e rimuovere il nastro biadesivo dalla sonda. Quindi, pulire la sonda con salviette igienizzanti.</li>
	<li>Ripetere la misurazione delle proprietà ottiche di ciascun fantoccio solido il più presto possibile per garantire che la calibrazione rimanga adeguata per tutta la sessione di monitoraggio (vedere punto 4.2.2). NOTA: Idealmente, la fase di calibrazione dovrebbe essere eseguita subito dopo aver rimosso le sonde ottiche dalla testa del paziente (fase 6.6). Tuttavia, a causa di problemi di tempistica, negli esempi presentati nella sezione successiva questo è stato fatto nella struttura di stoccaggio.</li>
	<li>Pulisci il sistema e i suoi accessori con salviette igienizzanti.</li>
	<li>Riportare il carrello al ripostiglio.</li>
</ol>

L'autore (i) ha dichiarato i seguenti potenziali conflitti di interesse in relazione alla ricerca, alla paternità e/o alla pubblicazione di questo articolo: RC Mesquita ha una domanda di brevetto pendente e altri due brevetti rilevanti per questo lavoro (brevetti statunitensi 10.342.488 e 10.064.554). Nessun autore attualmente riceve royalties o pagamenti da questi brevetti.

Questo documento ha presentato un sistema ottico ibrido in grado di fornire informazioni in tempo reale sul flusso sanguigno cerebrale, sull'ossigenazione cerebrale e sul metabolismo dell'ossigeno cerebrale dei pazienti neurocritici al suo fianco. L'uso di tecniche ottiche diffuse era stato precedentemente affrontato come potenziale marcatore per il monitoraggio non invasivo al posto letto in scenari clinici. Uno studio precedente si è concentrato sugli aspetti clinici e sulla fattibilità del monitoraggio ottico durant...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated from:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
Li Min Li2,5 
Rickson C. Mesquita1,2 
1Institute of Physics, University of Campinas 
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology 
3Clinical Hospital, University of Campinas 
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine 
5School of Medical Sciences, University of Campinas
to:
Rodrigo Menezes Forti1,2 
Marilise Katsurayama2,3 
Giovani Grisotti Martins1 
Lenise Valler2,3 
Andr&#233;s Quiroga1,2 
Luiz Simioni1 
Julien Menko4 
Antonio L. E. Falc&#227;o3 
Li Min Li2,5 
Rickson C. Mesquita1,2 
1Institute of Physics, University of Campinas 
2Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology 
3Clinical Hospital, University of Campinas 
4Department of Emergency Medicine, Albert Einstein College of Medicine 
5School of Medical Sciences, University of Campinas

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61608">Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies</a>. The Authors section was updated.

Erratum: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

La maggior parte delle complicanze che portano a scarsi risultati per i pazienti neurologici critici sono correlate a lesioni secondarie causate da menomazioni emodinamiche cerebrali. Pertanto, il monitoraggio della fisiologia cerebrale di questi pazienti può avere un impatto diretto sui tassi di morbilità e mortalità 1,2,3,4,5,6,7. Attualmente, tuttavia, non esiste uno strumento clinico consolidato per il monitoraggio continuo e non invasivo in tempo reale della fisiologia cerebrale nei pazienti neurocritici al letto del paziente. Tra i potenziali candidati, le tecniche di ottica diffusa sono state recentemente proposte come strumento promettente per colmare questa lacuna 8,9,10,11. Misurando i lenti cambiamenti (cioè dell'ordine di decine o centinaia di ms) della luce diffusa nel vicino infrarosso (~650-900 nm) dal cuoio capelluto, la spettroscopia ottica diffusa (DOS) può misurare le concentrazioni dei principali cromofori nel cervello, come l'ossi- (HbO) cerebrale e la deossi-emoglobina (HbR)12,13. Inoltre, è possibile misurare il flusso sanguigno cerebrale (CBF) con la spettroscopia di correlazione diffusa (DCS)10,14,15,16,17 quantificando le rapide fluttuazioni dell'intensità luminosa (cioè da pochi μs a pochi ms). Quando combinati, DOS e MDD possono anche fornire una stima del tasso metabolico cerebrale dell'ossigeno (CMRO2) 18,19,20.
La combinazione di DOS e MDD è stata esplorata per monitorare i pazienti in diversi scenari pre-clinici e clinici. Ad esempio, l'ottica diffusa ha dimostrato di fornire informazioni cliniche rilevanti per i neonati critici 21,22,23,24, anche durante interventi chirurgici cardiaci per il trattamento di difetti cardiaci 23,25,26,27,28 . Inoltre, diversi autori hanno esplorato l'uso dell'ottica diffusa per valutare l'emodinamica cerebrale durante diversi interventi cerebrovascolari, come l'endoarteriectomia carotidea 29,30,31, i trattamenti trombolitici per l'ictus 32, le manipolazioni della testa del letto 33,34,35, la rianimazione cardiopolmonare 36 e altri 37,38, 39. Quando è disponibile anche il monitoraggio continuo della pressione arteriosa, l'ottica diffusa può essere utilizzata per monitorare l'autoregolazione cerebrale, sia in soggetti sani che in soggetti critici 11,40,41,42, nonché per valutare la pressione critica di chiusura della circolazione cerebrale 43. Diversi autori hanno convalidato le misurazioni CBF con DCS rispetto a diverse misure CBF gold standard 18, mentre CMRO2 misurato con ottica diffusa ha dimostrato di essere un parametro utile per il monitoraggio neurocritico 8,18,23,24,28,43,44,45 . Inoltre, studi precedenti hanno convalidato i parametri emodinamici cerebrali derivati otticamente per il monitoraggio a lungo termine di pazienti neurocritici 8,9,10,11, inclusa la previsione di eventi ipossici 46,47,48 e ischemici 8.
L'affidabilità delle tecniche ottiche diffuse nel fornire preziose informazioni in tempo reale durante le misurazioni longitudinali e durante gli interventi clinici rimane in gran parte irrisolta. L'uso di un sistema DOS autonomo è stato precedentemente confrontato con i monitor di tensione dell'ossigeno del tessuto cerebrale invasivo e il DOS non ha una sensibilità sufficiente per sostituire i monitor invasivi. Tuttavia, oltre a utilizzare popolazioni relativamente piccole, il confronto diretto dei monitor invasivi e non invasivi può essere fuorviante poiché ogni tecnica sonda volumi diversi contenenti diverse parti della vascolarizzazione cerebrale. Anche se questi studi alla fine hanno concluso che l'ottica diffusa non è un sostituto per i monitor invasivi, in entrambi gli studi DOS ha raggiunto una precisione da moderata a buona, che può essere sufficiente per casi e / o luoghi in cui i monitor invasivi non sono disponibili.
Rispetto ad altri approcci, il vantaggio principale dell'ottica diffusa è la sua capacità di misurare simultaneamente il flusso sanguigno e l'ossigenazione del sangue dei tessuti in modo non invasivo (e continuo) al letto del paziente utilizzando strumentazione portatile. Rispetto all'ecografia Doppler transcranica (TCD), la MDD ha un ulteriore vantaggio: misura la perfusione a livello tissutale, mentre la TCD misura la velocità del flusso sanguigno cerebrale nelle grandi arterie alla base del cervello. Questa distinzione può essere particolarmente importante quando si valutano le malattie steno-occlusive in cui sia il flusso prossimale di grandi arterie che i collaterali leptomeningei contribuiscono alla perfusione. Le tecniche ottiche hanno anche vantaggi rispetto ad altre modalità di imaging tradizionali, come la tomografia a emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica (MRI). Oltre a fornire simultaneamente misure dirette delle concentrazioni di CBF e HbO/HbR, cosa che non è possibile con la sola risonanza magnetica o PET, il monitoraggio ottico fornisce anche una risoluzione temporale significativamente migliore, consentendo, ad esempio, la valutazione dell'autoregolazione cerebrale dinamica40,41,42 e la valutazione dei cambiamenti emodinamici che evolvono dinamicamente. Inoltre, la strumentazione ottica diffusa è economica e portatile rispetto alla PET e alla risonanza magnetica, il che rappresenta un vantaggio critico dato l'elevato carico di malattie vascolari nei paesi a basso e medio reddito.
Il protocollo qui proposto è un ambiente per il neuromonitoraggio in tempo reale al letto del paziente presso l'unità di terapia intensiva (ICU). Il protocollo utilizza un dispositivo ottico ibrido insieme a un'interfaccia utente grafica (GUI) clinicamente intuitiva e sensori ottici personalizzati per sondare i pazienti (Figura 1). Il sistema ibrido utilizzato per mostrare questo protocollo combina due spettroscopie ottiche diffuse da moduli indipendenti: un modulo DOS commerciale nel dominio della frequenza (FD-) e un modulo DCS fatto in casa (Figura 1A). Il modulo FD-DOS49,50 è costituito da 4 tubi fotomoltiplicatori (PMT) e 32 diodi laser emessi a quattro diverse lunghezze d'onda (690, 704, 750 e 850 nm). Il modulo DCS è costituito da un laser a lunga coerenza che emette a 785 nm, 16 contatori a singolo fotone come rivelatori e una scheda correlatore. La frequenza di campionamento per il modulo FD-DOS è 10 Hz e la frequenza di campionamento massima per il modulo DCS è 3 Hz. Per integrare i moduli FD-DOS e DCS, un microcontrollore è stato programmato all'interno del nostro software di controllo per passare automaticamente da un modulo all'altro. Il microcontrollore è responsabile dell'accensione e dello spegnimento dei laser FD-DOS e DCS, nonché dei rivelatori FD-DOS per consentire misurazioni interlacciate di ciascun modulo. In totale, il sistema proposto può raccogliere un campione combinato FD-DOS e DCS ogni 0,5-5 secondi, a seconda dei requisiti del rapporto segnale-rumore (SNR) (tempi di raccolta più lunghi portano a un migliore SNR). Per accoppiare la luce alla fronte, abbiamo sviluppato una sonda ottica stampata in 3D che può essere personalizzata per ciascun paziente (Figura 1B), con separazioni sorgente-rivelatore variabili tra 0,8 e 4,0 cm. Le separazioni sorgente-rivelatore standard utilizzate negli esempi qui presentati sono 2,5 cm per DCS e 1,5, 2,0, 2,5 e 3,0 cm per FD-DOS.
La caratteristica principale del protocollo presentato in questo studio è lo sviluppo di un'interfaccia real-time in grado sia di controllare l'hardware con una GUI amichevole sia di visualizzare i principali parametri fisiologici cerebrali in tempo reale sotto diverse finestre temporali (Figura 1C). La pipeline di analisi in tempo reale sviluppata all'interno della GUI proposta è veloce e richiede meno di 50 ms per calcolare i parametri ottici (vedere il materiale supplementare per maggiori dettagli). La GUI è stata ispirata dagli attuali strumenti clinici già disponibili presso la neuro-ICU, ed è stata adattata attraverso un ampio feedback da parte degli utenti clinici durante la traduzione del sistema in neuro-ICU. Di conseguenza, la GUI in tempo reale può facilitare l'adozione del sistema ottico da parte del personale ospedaliero regolare, come neurointensivisti e infermieri. L'ampia adozione dell'ottica diffusa come strumento di ricerca clinica ha il potenziale per migliorare la sua capacità di monitorare dati fisiologicamente significativi e può in definitiva dimostrare che l'ottica diffusa è una buona opzione per monitorare in modo non invasivo i pazienti neurocritici in tempo reale.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D Printer</td>
			<td>Sethi3D</td>
			<td>S2</td>
			<td>3D-printer used to print the customizable probes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino UNO</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>UNO REV3</td>
			<td>Microcontroller responsible to interleave the DCS and FD-DOS measurements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCS Correlator</td>
			<td>Correlator.com</td>
			<td>Flex11-16ch</td>
			<td>Component of the DCS module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCS Dectectors IO Boards</td>
			<td>Excelitas Technology</td>
			<td>SPCM-AQ4C-IO</td>
			<td>Component of the DCS module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCS Detectors</td>
			<td>Excelitas Technology</td>
			<td>SPCM-AQ4C</td>
			<td>Component of the DCS module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCS Laser</td>
			<td>CrystaLaser</td>
			<td>DL785-120-SO</td>
			<td>Component of the DCS module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DCS Power supply</td>
			<td>Artesyn</td>
			<td>UMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-A</td>
			<td>Component of the DCS module (power supply for the DCS detecto; 2, 5 and 30V)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FD-DOS fibers</td>
			<td>ISS</td>
			<td>Imagent supplies</td>
			<td>The fibers used for FD-DOS detection and illumination are provived by ISS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexible 3D printer material</td>
			<td>Sethi3D</td>
			<td>NinjaFlex</td>
			<td>Material used to print the flexible customizable probes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imagent</td>
			<td>ISS</td>
			<td>Imagent</td>
			<td>FD-DOS module</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser safety googles</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LG9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multi-mode fiber</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>FT400EMT</td>
			<td>Multi-mode fiber used for DCS illumination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutral density filter 1.0 OD</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>53-705</td>
			<td>Neutral density filter for the short source detector separations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-mode optical fiber</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>780HP</td>
			<td>Single-mode optical fiber used for the DCS detectors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>System battery</td>
			<td>SMS</td>
			<td>NET4</td>
			<td>System battery used for transportation</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

real-time monitoring of neurocritical patients with diffuse optical spectroscopies

Il monitoraggio neurofisiologico è un obiettivo importante nel trattamento dei pazienti neurocritici, in quanto può prevenire danni secondari e avere un impatto diretto sui tassi di morbilità e mortalità. Tuttavia, attualmente mancano tecnologie adeguate non invasive e in tempo reale per il monitoraggio continuo della fisiologia cerebrale al letto del paziente. Le tecniche ottiche diffuse sono state proposte come potenziale strumento per le misurazioni al letto del flusso sanguigno cerebrale e dell'ossigenazione cerebrale in caso di pazienti neurocritici. Le spettroscopie ottiche diffuse sono state precedentemente esplorate per monitorare i pazienti in diversi scenari clinici che vanno dal monitoraggio neonatale agli interventi cerebrovascolari negli adulti. Tuttavia, la fattibilità della tecnica per aiutare i medici fornendo informazioni in tempo reale al letto del paziente rimane in gran parte irrisolta. Qui riportiamo la traduzione di un sistema ottico diffuso per il monitoraggio continuo in tempo reale del flusso sanguigno cerebrale, dell'ossigenazione cerebrale e del metabolismo cerebrale dell'ossigeno durante la terapia intensiva. La funzione in tempo reale dello strumento potrebbe consentire strategie di trattamento basate sulla fisiologia cerebrale specifica del paziente piuttosto che fare affidamento su metriche surrogate, come la pressione arteriosa. Fornendo informazioni in tempo reale sulla circolazione cerebrale a diverse scale temporali con strumentazione relativamente economica e portatile, questo approccio può essere particolarmente utile negli ospedali a basso budget, nelle aree remote e per il monitoraggio in campi aperti (ad esempio, difesa e sport).

Idealmente, le curve di autocorrelazione normalizzate ottenute con il modulo DCS dovrebbero essere circa 1,5 all'estrapolazione del tempo di ritardo zero (quando si utilizzano fibre monomodali14), e le curve dovrebbero decadere a 1 a tempi di ritardo più lunghi. La curva dovrebbe essere liscia e dovrebbe avere un decadimento più veloce per le separazioni sorgente-rivelatore più lunghe. Un esempio di buona autocorrelazione è mostrato nella Figura 2A. <strong class=...

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Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

Presentato qui è un protocollo per il monitoraggio non invasivo dell'emodinamica cerebrale di pazienti neurocritici in tempo reale e al letto del paziente utilizzando ottiche diffuse. In particolare, il protocollo proposto utilizza un sistema ottico diffuso ibrido per rilevare e visualizzare informazioni in tempo reale sull'ossigenazione cerebrale, sul flusso sanguigno cerebrale e sul metabolismo cerebrale.

Monitoraggio in tempo reale di pazienti neurocritici con spettroscopie ottiche diffuse

Neurophysiological monitoring is an important goal in the treatment of neurocritical patients, as it may prevent secondary damage and directly impact ...

real-time-monitoring-neurocritical-patients-with-diffuse-optical

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Medicine

2.0K Views.  University of Campinas. Presentato qui è un protocollo per il monitoraggio non invasivo dell'emodinamica cerebrale di pazienti neurocritici in tempo reale e al letto del paziente utilizzando ottiche diffuse. In particolare, il protocollo proposto utilizza un sistema ottico diffuso ibrido per rilevare e visualizzare informazioni in tempo reale sull'ossigenazione cerebrale, sul flusso sanguigno cerebrale e sul metabolismo cerebrale.

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Movement Retraining using Real-time Feedback of Performance

Any modification of movement - especially movement patterns that have been honed over a number of years - requires re-organization of the neuromuscular patterns responsible for governing the movement performance. This motor learning can be enhanced through a number of methods that are utilized in research and clinical settings alike. In general, verbal feedback of performance in real-time or knowledge of results following movement is commonly used clinically as a preliminary means of instilling motor learning. Depending on patient preference and learning style, visual feedback (e.g. through use of a mirror or different types of video) or proprioceptive guidance utilizing therapist touch, are used to supplement verbal instructions from the therapist. Indeed, a combination of these forms of feedback is commonplace in the clinical setting to facilitate motor learning and optimize outcomes.
Laboratory-based, quantitative motion analysis has been a mainstay in research settings to provide accurate and objective analysis of a variety of movements in healthy and injured populations. While the actual mechanisms of capturing the movements may differ, all current motion analysis systems rely on the ability to track the movement of body segments and joints and to use established equations of motion to quantify key movement patterns. Due to limitations in acquisition and processing speed, analysis and description of the movements has traditionally occurred offline after completion of a given testing session.
This paper will highlight a new supplement to standard motion analysis techniques that relies on the near instantaneous assessment and quantification of movement patterns and the display of specific movement characteristics to the patient during a movement analysis session. As a result, this novel technique can provide a new method of feedback delivery that has advantages over currently used feedback methods.

Retraining abnormal movement patterns following injury or disease is a key component of physical rehabilitation. Recent advances in technology have permitted accurate assessment of movement during a variety of tasks, with near instantaneous quantification of results. This provides new opportunities for modification of faulty movement patterns in real time.

Movimento Riqualificazione con feedback in tempo reale delle prestazioni

Any modification of movement - especially movement patterns that have been honed over a number of years - requires re-organization of the neuromuscular ...

Ricerca

Medicina

Real-time Cytotoxicity Assays in Human Whole Blood

A live cell-based whole blood cytotoxicity assay (WCA) that allows access to temporal information of the overall cell cytotoxicity is developed with high-throughput cell positioning technology. The targeted tumor cell populations are first preprogrammed to immobilization into an array format, and labeled with green fluorescent cytosolic dyes. Following the cell array formation, antibody drugs are added in combination with human whole blood. Propidium iodide (PI) is then added to assess cell death. The cell array is analyzed with an automatic imaging system. While cytosolic dye labels the targeted tumor cell populations, PI labels the dead tumor cell populations. Thus, the percentage of target cancer cell killing can be quantified by calculating the number of surviving targeted cells to the number of dead targeted cells. With this method, researchers are able to access time-dependent and dose-dependent cell cytotoxicity information. Remarkably, no hazardous radiochemicals are used. The WCA presented here has been tested with lymphoma, leukemia, and solid tumor cell lines. Therefore, WCA allows researchers to assess drug efficacy in a highly relevant ex&#160;vivo condition.

The whole blood cytotoxicity assay (WCA) is a cytotoxicity assay developed by incorporating high-throughput cell positioning technology with fluorescence microscopy and automated image processing. Here, we describe how lymphoma cells treated with an anti-CD20 antibody can be analyzed real-time in human whole blood to provide quantitative cellular cytotoxicity analysis.

In tempo reale citotossicità saggi in Human Sangue intero

A live cell-based whole blood cytotoxicity assay (WCA) that allows access to temporal information of the overall cell cytotoxicity is developed with ...

Diffuse Optical Spectroscopy for the Quantitative Assessment of Acute Ionizing Radiation Induced Skin Toxicity Using a Mouse Model

Acute skin toxicities from ionizing radiation (IR) are a common side effect from therapeutic courses of external beam radiation therapy (RT) and negatively impact patient quality of life and long term survival. Advances in the understanding of the biological pathways associated with normal tissue toxicities have allowed for the development of interventional drugs, however, current response studies are limited by a lack of quantitative metrics for assessing the severity of skin reactions. Here we present a diffuse optical spectroscopic (DOS) approach that provides quantitative optical biomarkers of skin response to radiation. We describe the instrumentation design of the DOS system as well as the inversion algorithm for extracting the optical parameters. Finally, to demonstrate clinical utility, we present representative data from a pre-clinical mouse model of radiation induced erythema and compare the results with a commonly employed visual scoring. The described DOS method offers an objective, high through-put evaluation of skin toxicity via functional response that is translatable to the clinical setting.

We present a diffuse optical spectroscopic (DOS) approach that provides quantitative optical biomarkers of skin response to radiation. We describe DOS instrumentation design, optical parameters extraction algorithms and the animal handling procedures required to yield representative data from a pre-clinical mouse model of radiation induced erythema.

Diffuse spettroscopia ottica per la valutazione quantitativa di acuta radiazioni ionizzanti tossicità cutanee indotte Utilizzando un modello di topo

Acute skin toxicities from ionizing radiation (IR) are a common side effect from therapeutic courses of external beam radiation therapy (RT) and ...

Uncontrolled Hemorrhagic Shock Modeled via Liver Laceration in Mice with Real Time Hemodynamic Monitoring

Uncontrolled hemorrhage is an important cause of preventable deaths among trauma patients. We have developed a murine model of uncontrolled hemorrhage via a liver laceration that results in consistent blood loss, hemodynamic alterations, and survival.
Mice undergo a standardized resection of the left-middle lobe of the liver. They are allowed to bleed without mechanical intervention. Hemostatic agents can be administered as pre-treatment or rescue therapy depending on the interest of the investigator. During the time of hemorrhage, real-time hemodynamic monitoring via a left femoral arterial line is performed. Mice are then sacrificed, blood loss is quantified, blood is collected for further analysis, and organs are harvested for analysis of injury. Experimental design is described to allow for simultaneous testing of multiple animals.
Liver hemorrhage as a model of uncontrolled hemorrhage exists in the literature, primarily in rat and porcine models. Some of these models utilize hemodynamic monitoring or quantify blood loss but lack consistency. The present model incorporates quantification of blood loss, real-time hemodynamic monitoring in a murine model that offers the advantage of using transgenic lines and a high-throughput mechanism to further investigate the pathophysiologic mechanisms in uncontrolled hemorrhage.

Uncontrolled hemorrhage, an important cause of mortality among trauma patients, can be modeled using a standard liver laceration in a murine model. This model results in consistent blood loss, survival, and allows for testing hemostatic agents. This article provides the step-by-step process to perform this valuable model.

Scossa emorragica non controllata modellata mediante Lacerazione del fegato nei topi con monitoraggio emodinamico in tempo reale

Uncontrolled hemorrhage is an important cause of preventable deaths among trauma patients. We have developed a murine model of uncontrolled hemorrhage via ...

Real-time Pressure-volume Analysis of Acute Myocardial Infarction in Mice

Acute myocardial infarction can lead to acute heart failure and cardiogenic shock. The evaluation of hemodynamics is critical for the evaluation of any potential therapeutic approach directed against acute left ventricular (LV) dysfunction. Current imaging modalities (e.g., echocardiography and magnetic resonance imaging) have several limitations since data on LV pressure cannot directly be measured. LV catheterization in mice undergoing coronary artery occlusion could serve as a novel method for a real-time evaluation of LV function.
At the beginning of the procedure, mice were anesthetized followed by endotracheal intubation. For LV catheterization, the right carotid artery was exposed via middle-neck incision. The catheter was introduced and placed into the LV cavity. Left thoracotomy was conducted and the left main coronary artery (LCA) was ligated. To induce reperfusion, the suture was released after 45 min. Pressure-volume data was recorded at all times.
Ligation of the LCA caused a decrease in LV systolic function as evidenced by a 30% reduction in stroke volume, LV ejection fraction (EF), and cardiac output. Maximum dP/dt as a parameter for LV contractility was also significantly reduced and diastolic function was severely impaired (minimum dP/dt -40%). Reperfusion over a period of 20 min did not lead to a complete recovery of LV function.
Real-time pressure-volume analysis served as a valid procedure for monitoring cardiac function during acute myocardial infarction in mice. Maintaining stable anesthesia and a standardized surgical approach was crucial to ensure valid results. As the early phase of acute myocardial infarction is critical for morbidity and mortality, the delineated method could be beneficial for preclinical evaluation of new strategies for cardioprotection.

Acute myocardial infarction in mice induces acute but incompletely characterized changes in left ventricular (LV) function. LV catheterization in mice undergoing coronary artery occlusion serves as a novel method for a real-time evaluation of LV function.

Analisi in tempo reale pressione-volume di infarto miocardico acuto nei topi

Acute myocardial infarction can lead to acute heart failure and cardiogenic shock. The evaluation of hemodynamics is critical for the evaluation of any ...

Integration of Brain Tissue Saturation Monitoring in Cardiopulmonary Exercise Testing in Patients with Heart Failure

Cerebral hypo-oxygenation during rest or exercise negatively impacts the exercise capacity of patients with heart failure with reduced ejection fraction (HF). However, in clinical cardiopulmonary exercise testing (CPET), cerebral hemodynamics is not assessed. NIRS is used to measure cerebral tissue oxygen saturation (SctO2) in the frontal lobe. This method is reliable and valid and has been utilized in several studies. SctO2 is lower during both rest and peak exercise in patients with HF than in healthy controls (66.3 &#177; 13.3% and 63.4 &#177; 13.8% vs. 73.1 &#177; 2.8% and 72 &#177; 3.2%). SctO2 at rest is significantly linearly correlated with peak VO2 (r = 0.602), oxygen uptake efficiency slope (r = 0.501), and brain natriuretic peptide (r = -0.492), all of which are recognized prognostic and disease severity markers, indicating its potential prognostic value. SctO2 is determined mainly by end-tidal CO2 pressure, mean arterial pressure, and hemoglobin in the HF population. This article demonstrates a protocol that integrates SctO2 using NIRS into incremental CPET on a calibrated bicycle ergometer.

This protocol integrated near-infrared spectroscopy into conventional cardiopulmonary exercise testing to identify the involvement of the cerebral hemodynamic response in exercise intolerance in patients with heart failure.

Integrazione del monitoraggio della saturazione dei tessuti cerebrali nei test di esercizio cardiopolmonare in pazienti con insufficienza cardiaca

Cerebral hypo-oxygenation during rest or exercise negatively impacts the exercise capacity of patients with heart failure with reduced ejection fraction ...

Digital Home-Monitoring of Patients after Kidney Transplantation: The MACCS Platform

The MACCS (Medical Assistant for Chronic Care Service) platform enables secure sharing of key medical information between patients after kidney transplantation and physicians. Patients provide information such as vital signs, well-being, and medication intake via smartphone apps. The information is transferred directly into a database and electronic health record at the kidney transplant center, which is used for routine patient care and research. Physicians can send an updated medication plan and laboratory data directly to the patient app via this secure platform. Other features of the app are medical messages and video consultations. Consequently, the patient is better-informed, and self-management is facilitated. In addition, the transplant center and the patient's local nephrologist automatically exchange notes, medical reports, laboratory values, and medication data via the platform. A telemedicine team reviews all incoming data on a dashboard and takes action, if necessary. Tools to identify patients at risk for complications are under development. The platform exchanges data via a standardized secure interface (Health Level 7 (HL7), Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR)). The standardized data exchange based on HL7 FHIR guarantees interoperability with other eHealth solutions and allows rapid scalability to other chronic diseases. The underlying data protection concept is in concordance with the latest European General Data Protection Regulation. Enrollment started in February 2020, and 131 kidney transplant recipients are actively participating as of July 2020. Two large German health insurance companies are currently funding the telemedicine services of the project. The deployment for other chronic kidney diseases and solid organ transplant recipients is planned. In conclusion, the platform is designed to enable home monitoring and automatic data exchange, empower patients, reduce hospitalizations, and improve adherence, and outcomes after kidney transplantation.

The MACCS platform&#160;is a comprehensive telemedicine concept aiming at better outcomes after kidney transplantation by sharing key medical information between patients and physicians. A telemedicine team reviews incoming data to detect potential complications and to improve adherence in kidney transplant recipients to achieve better long-term outcomes.

Monitoraggio domiciliare digitale dei pazienti dopo il trapianto di rene: la piattaforma MACCS

The MACCS (Medical Assistant for Chronic Care Service) platform enables secure sharing of key medical information between patients after kidney ...

Real-Time Electrocardiogram Monitoring During Treadmill Training in Mice

Regular physical exercise is a major contributor to cardiovascular health, influencing various metabolic as well as electrophysiological processes. However, in certain cardiac diseases such as inherited arrhythmia syndromes, e.g., arrhythmogenic cardiomyopathy (ACM) or myocarditis, physical exercise may have negative effects on the heart leading to a proarrhythmogenic substrate production. Currently, the underlying molecular mechanisms of exercise-related proarrhythmogenic remodeling are largely unknown, thus it remains unclear which frequency, duration, and intensity of exercise can be considered safe in the context of disease(s).
The proposed method allows to study proarrhythmic/antiarrhythmic effects of physical exercise by combining treadmill training with real-time monitoring of the ECG. Implantable telemetry devices are used to continuously record the ECG of freely moving mice over a period of up to 3 months both at rest and during treadmill training. Data acquisition software with its analysis modules is used to analyze basic ECG parameters such as heart rate, P wave duration, PR interval, QRS interval, or QT duration at rest, during and after training. Furthermore, heart rate variability (HRV) parameters and occurrence of arrhythmias are evaluated. In brief, this manuscript describes a step-by-step approach to experimentally explore exercise induced effects on cardiac electrophysiology, including potential proarrhythmogenic remodeling in mouse models.

Electrocardiogram (ECG) is the key variable to understanding cardiac electrophysiology. Physical exercise has beneficial effects but may also be harmful in the context of cardiovascular diseases. This manuscript provides a method of recording real-time ECG during exercise, which can serve to investigate its effects on cardiac electrophysiology in mice.

Monitoraggio dell'elettrocardiogramma in tempo reale durante l'allenamento sul tapis roulant nei topi

Regular physical exercise is a major contributor to cardiovascular health, influencing various metabolic as well as electrophysiological processes. ...

Real-Time Monitoring and Modulation of Blood Pressure in a Rabbit Model of Ischemic Stroke

Control of blood pressure, in terms of both absolute values and its variability, affects outcomes in ischemic stroke patients. However, it remains challenging to identify the mechanisms that lead to poor outcomes or evaluate measures by which these effects can be mitigated because of the prohibitive limitations inherent to human data. In such cases, animal models can be utilized to conduct rigorous and reproducible evaluations of diseases. Here we report refinement of a previously described model of ischemic stroke in rabbits that is augmented with continuous blood pressure recording to assess the impacts of modulation on blood pressure. Under general anesthesia, femoral arteries are exposed through surgical cutdowns to place arterial sheaths bilaterally. Under fluoroscopic visualization and roadmap guidance, a microcatheter is advanced into an artery of the posterior circulation of the brain. An angiogram is performed by injecting the contralateral vertebral artery to confirm occlusion of the target artery. With the occlusive catheter remaining in position for a fixed duration, blood pressure is continuously recorded to allow for tight titration of blood pressure manipulations, whether through mechanical or pharmacological means. At the completion of the occlusion interval, the microcatheter is removed, and the animal is maintained under general anesthesia for a prescribed length of reperfusion. For acute studies, the animal is then euthanized and decapitated. The brain is harvested and processed to measure the infarct volume under light microscopy and further assessed with various histopathological stains or spatial transcriptomic analysis. This protocol provides a reproducible model that can be utilized for more thorough preclinical studies on the effects of blood pressure parameters during ischemic stroke. It also facilitates effective preclinical evaluation of novel neuroprotective interventions that might improve care for ischemic stroke patients.

Continuous arterial blood pressure recording allows the investigation of impacts of various hemodynamic parameters. This report demonstrates the application of continuous arterial blood pressure monitoring in a large animal model of ischemic stroke for determination of stroke pathophysiology, impact of different hemodynamic factors, and the assessment of novel treatment approaches.

Monitoraggio in tempo reale e modulazione della pressione sanguigna in un modello di coniglio di ictus ischemico

Control of blood pressure, in terms of both absolute values and its variability, affects outcomes in ischemic stroke patients. However, it remains ...

Non-Invasive Monitoring of Microvascular Oxygenation and Reactive Hyperemia using Hybrid, Near-Infrared Diffuse Optical Spectroscopy for Critical Care

The detection of levels of impairment in microvascular oxygen consumption and reactive hyperemia is vital in critical care. However, there are no practical means for a robust and quantitative evaluation. This paper describes a protocol to evaluate these impairments using a hybrid near-infrared diffuse optical device. The device contains modules for near-infrared time-resolved and diffuse correlation spectroscopies and pulse-oximetry. These modules allow the non-invasive, continuous, and real-time measurement of the absolute, microvascular blood/tissue oxygen saturation (StO2) and the blood flow index (BFI) along with the peripheral arterial oxygen saturation (SpO2). This device uses an integrated, computer-controlled tourniquet system to execute a standardized protocol with optical data acquisition from the brachioradialis muscle. The standardized vascular occlusion test (VOT) takes care of the variations in the occlusion duration and pressure reported in the literature, while the automation minimizes inter-operator differences. The protocol we describe focuses on a 3-min occlusion period but the details described in this paper can readily be adapted to other durations and cuff pressures, as well as other muscles. The inclusion of an extended baseline and post-occlusion recovery period measurement allows the quantification of the baseline values for all the parameters and the blood/tissue deoxygenation rate that corresponds to the metabolic rate of oxygen consumption. Once the cuff is released, we characterize the tissue reoxygenation rate, magnitude, and duration of the hyperemic response in BFI and StO2. These latter parameters correspond to the quantification of the reactive hyperemia, which provides information about the endothelial function. Furthermore, the above-mentioned measurements of the absolute concentration of oxygenated and deoxygenated hemoglobin, BFI, the derived metabolic rate of oxygen consumption, StO2, and SpO2 provide a yet-to-be-explored rich data set that can exhibit disease severity, personalized therapeutics, and management interventions.

We describe a protocol to non-invasively and continuously measure absolute microvascular blood flow index and blood oxygen saturation using a multi-modal device based on near-infrared diffuse optics. We then evaluate the metabolic rate of oxygen consumption and reactive hyperemia utilizing a vascular occlusion test.

Monitoraggio non invasivo dell'ossigenazione microvascolare e dell'iperemia reattiva mediante spettroscopia ottica diffusa ibrida nel vicino infrarosso per la terapia intensiva