JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Erratum Notice
  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Erratum
  • Перепечатки и разрешения

Erratum Notice

Important: There has been an erratum issued for this article. Read More ...

Резюме

Представлен протокол неинвазивного мониторинга церебральной гемодинамики нейрокритических пациентов в режиме реального времени и у постели больного с использованием диффузной оптики. В частности, предлагаемый протокол использует гибридные диффузные оптические системы для обнаружения и отображения в режиме реального времени информации о церебральной оксигенации, мозговом кровотоке и церебральном метаболизме.

Аннотация

Нейрофизиологический мониторинг является важной целью лечения нейрокритических пациентов, поскольку он может предотвратить вторичное повреждение и напрямую повлиять на показатели заболеваемости и смертности. Однако в настоящее время не хватает подходящих неинвазивных технологий в режиме реального времени для непрерывного мониторинга физиологии головного мозга у постели больного. Диффузные оптические методы были предложены в качестве потенциального инструмента для прикроватных измерений мозгового кровотока и церебральной оксигенации у нейрокритических пациентов. Диффузная оптическая спектроскопия ранее изучалась для наблюдения за пациентами в нескольких клинических сценариях, начиная от неонатального мониторинга и заканчивая цереброваскулярными вмешательствами у взрослых. Тем не менее, возможность использования этого метода для оказания помощи клиницистам путем предоставления информации в режиме реального времени у постели больного остается в значительной степени нерешенной. Здесь мы сообщаем о трансляции диффузной оптической системы для непрерывного мониторинга мозгового кровотока в режиме реального времени, церебральной оксигенации и церебрального метаболизма кислорода во время интенсивной терапии. Функция инструмента в режиме реального времени может позволить использовать стратегии лечения, основанные на специфической для пациента физиологии головного мозга, а не полагаться на суррогатные показатели, такие как артериальное давление. Предоставляя информацию о мозговом кровообращении в режиме реального времени в различных временных масштабах с помощью относительно дешевых и портативных инструментов, этот подход может быть особенно полезен в малобюджетных больницах, в отдаленных районах и для мониторинга на открытых полях (например, оборона и спорт).

Введение

Большинство осложнений, которые приводят к неблагоприятным исходам у критически больных неврологических пациентов, связаны с вторичными травмами, вызванными нарушениями церебральной гемодинамики. Таким образом, мониторинг физиологии головного мозга этих пациентов может напрямую влиять на показатели заболеваемости и смертности 1,2,3,4,5,6,7. Однако в настоящее время не существует установленного клинического инструмента для непрерывного неинвазивного мониторинга физиологии головного мозга в режиме реального времени у нейрокритических пациентов у постели больного. Среди потенциальных кандидатов недавно были предложены диффузные оптические методы в качестве перспективного инструмента для заполнения этого пробела 8,9,10,11. Измеряя медленные изменения (т.е. порядка десятков и сотен мс) диффузно рассеянного ближнего инфракрасного света (~ 650-900 нм) от кожи головы, диффузная оптическая спектроскопия (DOS) может измерять концентрации основных хромофоров в головном мозге, таких как церебральный окси- (HbO) и дезоксигемоглобин (HbR)12,13. Кроме того, можно измерить мозговой кровоток (CBF) с помощью диффузной корреляционной спектроскопии (DCS)10,14,15,16,17 путем количественной оценки быстрых колебаний интенсивности света (т.е. от нескольких мкс до нескольких мс). В сочетании DOS и DCS также могут дать оценку скорости метаболизма кислорода в головном мозге (CMRO2)18,19,20.

Комбинация DOS и DCS была изучена для наблюдения за пациентами в нескольких доклинических и клинических сценариях. Например, было показано, что диффузная оптика предоставляет актуальную клиническую информацию для новорожденных в критическом состоянии 21,22,23,24, в том числе во время операций на сердце для лечения пороков сердца 23,25,26,27,28 . Кроме того, несколько авторов исследовали использование диффузной оптики для оценки церебральной гемодинамики при различных цереброваскулярных вмешательствах, таких как каротидная эндартерэктомия 29,30,31, тромболитическое лечение инсульта 32, манипуляции с изголовьем кровати 33,34,35, сердечно-легочная реанимация 36 и другие 37,38, 39. Когда также доступен непрерывный мониторинг артериального давления, диффузная оптика может быть использована для мониторинга церебральной ауторегуляции как у здоровых, так и у критически больных субъектов 11,40,41,42, а также для оценки критического закрывающего давления мозгового кровообращения 43. Несколько авторов подтвердили измерения CBF с помощью DCS по сравнению с различными показателями CBFзолотого стандарта 18, в то время как было показано, что CMRO2, измеренный с помощью диффузной оптики, является полезным параметром для нейрокритического мониторинга 8,18,23,24,28,43,44,45 . Кроме того, в предыдущих исследованиях были подтверждены оптические параметры церебральной гемодинамики для долгосрочного мониторинга нейрокритических пациентов 8,9,10,11, в том числе для прогнозирования гипоксических 46,47,48 и ишемических событий 8.

Надежность диффузных оптических методов для предоставления ценной информации в режиме реального времени во время продольных измерений, а также во время клинических вмешательств остается в значительной степени нерешенной. Использование автономной системы DOS ранее сравнивалось с инвазивными мониторами напряжения кислорода в тканях головного мозга, и считалось, что DOS не обладает достаточной чувствительностью для замены инвазивных мониторов. Однако, помимо использования относительно небольших популяций, прямое сравнение инвазивных и неинвазивных мониторов может быть ошибочным, поскольку каждый метод исследует разные объемы, содержащие разные части сосудистой сети головного мозга. Несмотря на то, что эти исследования в конечном итоге пришли к выводу, что диффузная оптика не является заменой инвазивным мониторам, в обоих исследованиях DOS достиг умеренной или хорошей точности, которая может быть достаточной для случаев и / или мест, где инвазивные мониторы недоступны.

По сравнению с другими подходами, ключевым преимуществом диффузной оптики является ее способность одновременно измерять кровоток и оксигенацию тканевой крови неинвазивно (и непрерывно) у постели больного с помощью портативных приборов. По сравнению с транскраниальным допплеровским ультразвуком (ТКД) DCS имеет дополнительное преимущество: он измеряет перфузию на тканевом уровне, тогда как TCD измеряет скорость мозгового кровотока в крупных артериях у основания мозга. Это различие может быть особенно важно при оценке стеноокклюзионных заболеваний, при которых перфузии способствуют как проксимальный кровоток в крупных артериях, так и лептоменингеальные коллатерали. Оптические методы также имеют преимущества по сравнению с другими традиционными методами визуализации, такими как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ). В дополнение к одновременному обеспечению прямых измерений концентраций как CBF, так и HbO/HbR, что невозможно только с помощью МРТ или ПЭТ, оптический мониторинг также обеспечивает значительно лучшее временное разрешение, позволяя, например, оценить динамическую ауторегуляцию головного мозга40,41,42 и оценить динамически развивающиеся гемодинамические изменения. Кроме того, диффузные оптические приборы являются недорогими и портативными по сравнению с ПЭТ и МРТ, что является критическим преимуществом, учитывая высокое бремя сосудистых заболеваний в странах с низким и средним уровнем дохода.

Предлагаемый здесь протокол представляет собой среду для прикроватного нейромониторинга пациентов в отделении интенсивной терапии (ОИТ) в режиме реального времени. Протокол использует гибридное оптическое устройство вместе с клинически удобным графическим пользовательским интерфейсом (GUI) и настраиваемыми оптическими датчиками для зондирования пациентов (рис. 1). Гибридная система, используемая для демонстрации этого протокола, сочетает в себе две диффузные оптические спектроскопии из независимых модулей: коммерческий модуль DOS в частотной области (FD-) и самодельный модуль DCS (рис. 1A). Модуль49,50 FD-DOS состоит из 4 фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) и 32 лазерных диодов, излучающих на четырех различных длинах волн (690, 704, 750 и 850 нм). Модуль DCS состоит из длиннокогерентного лазера, излучающего на длине волны 785 нм, 16 однофотонных счетчиков в качестве детекторов и платы коррелятора. Частота дискретизации модуля FD-DOS составляет 10 Гц, а максимальная частота дискретизации модуля DCS — 3 Гц. Для интеграции модулей FD-DOS и DCS в нашем управляющем программном обеспечении был запрограммирован микроконтроллер для автоматического переключения между каждым модулем. Микроконтроллер отвечает за включение и выключение лазеров FD-DOS и DCS, а также детекторов FD-DOS, позволяющих проводить измерения каждого модуля с чередованием. В общей сложности предлагаемая система может собирать один комбинированный образец FD-DOS и DCS каждые 0,5-5 с, в зависимости от требований к отношению сигнал/шум (SNR) (более длительное время сбора приводит к лучшему SNR). Чтобы соединить свет со лбом, мы разработали оптический зонд, напечатанный на 3D-принтере, который можно настроить для каждого пациента (рис. 1B), с расстоянием между источником и детектором от 0,8 до 4,0 см. Стандартное разделение источника-детектора, используемое в представленных здесь примерах, составляет 2,5 см для DCS и 1,5, 2,0, 2,5 и 3,0 см для FD-DOS.

Главной особенностью протокола, представленного в данном исследовании, является разработка интерфейса реального времени, который может как управлять аппаратным обеспечением с дружественным графическим интерфейсом, так и отображать основные параметры физиологии головного мозга в режиме реального времени при различных временных окнах (рис. 1С). Конвейер анализа в реальном времени, разработанный в рамках предлагаемого графического интерфейса, является быстрым и занимает менее 50 мс для вычисления оптических параметров (см. Дополнительные материалы для получения более подробной информации). Графический интерфейс был вдохновлен текущими клиническими инструментами, уже доступными в нейро-ОИТ, и он был адаптирован на основе обширных отзывов клинических пользователей во время перевода системы в нейро-ОИТ. Следовательно, графический интерфейс реального времени может облегчить внедрение оптической системы штатным персоналом больницы, таким как нейрореаниматологи и медсестры. Широкое внедрение диффузной оптики в качестве инструмента клинических исследований может повысить ее способность контролировать физиологически значимые данные и в конечном итоге может продемонстрировать, что диффузная оптика является хорошим вариантом для неинвазивного мониторинга нейрокритических пациентов в режиме реального времени.

протокол

Протокол был утвержден местным комитетом Университета Кампинаса (номер протокола 56602516.2.0000.5404). Письменное информированное согласие было получено от пациента или законного представителя до проведения измерений. Мы наблюдали за пациентами, которые были госпитализированы в клинику Университета Кампинаса с диагнозом ишемический инсульт или субарахноидальное кровоизлияние, влияющее на переднее кровообращение. Пациенты с ишемическими инсультами, затрагивающими заднее кровообращение, пациенты с декомпрессивными кранэктомиями из-за повышенного внутричерепного давления и пациенты с другими нейродегенеративными заболеваниями (деменция, болезнь Паркинсона или любое другое заболевание, которое может быть связано с атрофией коры головного мозга) были исключены из протокола исследования.

1. Подготовка перед перемещением системы в отделение интенсивной терапии

  1. Подключите все волокна к соответствующим лазерам и детекторам и убедитесь, что они правильно прикреплены к оптическому зонду (рис. 1B).
  2. Убедитесь, что оптический зонд закрыт черной тканью, чтобы лазеры не светили в комнате.
  3. Поверните выключатель питания системы в положение «ВКЛ». После включения питания системы подождите 30 секунд, а затем поверните переключатель лазерной клавиши DCS в положение «ВКЛ». Лазеры FD-DOS автоматически включаются при включении питания системы.
  4. Пока система готовится, получите согласие либо от участника, либо от законного представителя. После получения согласия принесите тележку в палату пациента.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Поскольку гибридная система имеет встроенный аккумулятор, которого хватает на 45 минут, ее не нужно выключать во время транспортировки.

2. Калибровка и настройки усиления системы DOS

  1. По прибытии в отделение интенсивной терапии выключите лазер DCS, переведя ключ в положение «ВЫКЛ».
  2. Начиная с твердотельного фантома с пометкой «Калибровка», запустите процесс калибровки в программном обеспечении FD-DOS (BOXY, ISS), выполнив следующие действия.
    1. В меню «Файл» загрузите соответствующий файл настроек для используемого зонда, нажав на опцию «Загрузить файл настроек».
    2. Поместите щуп на изогнутую сторону фантома, обеспечив хороший контакт с поверхностью, а затем оптимизируйте напряжение смещения ФЭУ, нажав кнопку «Оптимизировать все детекторы» в программном обеспечении FD-DOS.
    3. Запустите калибровку для разделения нескольких источников-детекторов, нажав на опцию «Calc. Форма сигнала Calib. Значения для оптического реквизита. и «Несколько расстояний» в меню «Калибровка».
    4. Откройте опцию «Пользовательские вычисления» в меню «Текст-Мон», чтобы убедиться, что измеренные оптические свойства соответствуют заранее заданным значениям (записанным в сплошном фантоме) и что подгонка R2 близка к единице.
  3. Повторите описанные выше шаги (кроме шага 2.2.3), чтобы измерить оптические свойства фантома, помеченного как «Проверка», чтобы убедиться, что калибровка была адекватной. Измеренные оптические свойства должны совпадать в пределах 10% со значениями, указанными в фантомах.
    ВНИМАНИЕ: Обязательно выключайте ФЭУ (нажимая кнопку «Все детекторы выключены») каждый раз при перемещении зонда, чтобы не повредить ФЭУ из-за прямого освещения окружающим светом.
  4. Если калибровка недостаточна, повторно запустите процесс калибровки (шаги 2.2 и 2.3). Обеспечение хорошей калибровки системы FD-DOS имеет важное значение для достоверности измерений FD-DOS.

3. Подготовка участника у постели больного

  1. Используйте дезинфицирующие салфетки для очистки зонда и лба пациента.
  2. Поместите двустороннюю ленту на зонд (рис. 1B), убедившись, что лента не находится в прямом контакте с наконечниками оптического волокна.
  3. Разместите лазерную безопасность в Google на эту тему.
  4. Поместите зонды на область интереса (ROI) и оберните эластичные ремни вокруг головы субъекта. Хотя это и не является строго необходимым для FD-DOS и DCS, рекомендуется накрывать оптический зонд черной тканью или черной повязкой, чтобы уменьшить шум из-за окружающего света.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Важно убедиться, что эластичный ремешок не слишком тугой и не слишком свободный. Если ремешок слишком тугой, это может вызвать значительный дискомфорт у пациента, а если ремешок слишком свободен, это может привести к ухудшению качества данных, поскольку двусторонняя лента недостаточно прочна, чтобы удерживать зонды на месте.
  5. После того, как зонд будет должным образом закреплен на лбу пациента, включите лазер DCS, переключив клавишу в положение «ON».
    ВНИМАНИЕ: В системе DCS используется лазер класса 3B, который опасен для воздействия на глаза. Очень важно включать лазеры только тогда, когда зонд правильно прикреплен ко лбу пациента.

4. Оценка качества данных

  1. Прежде чем приступить к сбору данных с помощью графического интерфейса, напишите разделение источника и детектора DCS на вкладке «Настройки» графического интерфейса.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Система DCS не требует этапа калибровки, но для анализа в реальном времени необходим надлежащий ввод разделения источника и детектора (подробности см. в разделе «Дополнительные материалы »).
  2. Запустите программное обеспечение для сбора данных, нажав кнопку «Пуск» в графическом интерфейсе, и проверьте сигнал DOS в программном обеспечении FD-DOS:
    1. Нажмите кнопку «Оптимизировать все детекторы» в программном обеспечении FD-DOS, чтобы оптимизировать напряжение смещения ФЭУ.
    2. Проверьте оптические свойства и R2 фитинга DOS в параметре «Определяемый пользователем расчет» в меню «Текст-Мон». Коэффициент R 2 должен быть близок к единице и, как правило, коэффициент поглощения пациентов должен быть в пределах 0,05 и 0,2 см-1, а коэффициент рассеяния должен быть в пределах 6 и 13 см-113.
  3. Проверьте сигнал DCS на вкладке «Кривые корреляции» графического интерфейса.
    1. Включите детекторы DCS, повернув переключатели в положение « ON».
    2. Убедитесь, что каждый детектор DCS измеряет достаточную интенсивность света. Как правило, требуется более 10 кГц.
    3. Если измеренная интенсивность превышает 800 кГц, используйте фильтр нейтральной плотности, чтобы уменьшить количество фотонов, чтобы не повредить детекторы. Как правило, это проблема для более коротких (< 1 см) разделений источник-детектор.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Помимо потенциального повреждения детекторов DCS, количество фотонов выше 800 кГц также может привести к ошибкам из-за нелинейных эффектов в детекторе.
    4. Проверьте автокорреляционные кривые, чтобы убедиться в хорошем сцеплении кожи (см. Репрезентативные результаты и рис. 2), и при необходимости измените положение оптического зонда.
    5. Если изменение положения зонда было необходимо на предыдущем шаге, повторите шаги 4.2 и 4.3. Эти шаги, возможно, придется повторить несколько раз.
      ПРИМЕЧАНИЕ: DCS и детекторы FD-DOS должны выключаться при каждом перемещении датчика. Чтобы выключить датчики DCS, вручную переведите переключатели в положение «ВЫКЛ». Детектор FD-DOS отключается нажатием кнопки «Все детекторы выключены» в программном обеспечении FD-DOS.
  4. Когда будет достигнут хороший контакт между зондом и кожей, остановите сбор данных, нажав кнопку «Стоп» в графическом интерфейсе. Затем установите идентификаторы эксперимента и пациента в текстовом поле «Папка» и напишите имя ROI в текстовом поле «Имя файла».
  5. Начните сбор данных, нажав кнопку «Пуск» в графическом интерфейсе.
  6. Собирайте данные в первом ROI столько, сколько требуется протоколом. При необходимости переместите зонд на другие ROI и повторите измерение.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Период мониторинга может варьироваться в зависимости от целей исследования.

5. Соображения для экспериментатора во время измерения

  1. После начала измерения введите на вкладке «Информация об эксперименте» графического интерфейса соответствующую информацию о пациенте (например, тип и место травмы, вводимые лекарства, возраст, пол и т. д.).
  2. Убедитесь, что любое соответствующее событие, произошедшее в течение периода мониторинга, помечено, нажав кнопку «Отметить» в графическом интерфейсе. После каждой отметки обязательно напишите описание события на вкладке «Информация об эксперименте» графического интерфейса.

6. Прекратите сбор данных

  1. Остановите сбор данных, нажав кнопку «Стоп» в графическом интерфейсе.
  2. Остановите программное обеспечение FD-DOS, нажав кнопку остановки сбора и записи данных, представленную в виде двух красных квадратов в программном обеспечении FD-DOS.
  3. Выключите детекторы DCS, переведя переключатели в положение «OFF», и выключите лазер DCS, повернув ключ в положение «OFF».
  4. Выключите ФЭУ модуля FD-DOS, нажав кнопку «Все детекторы выключены».
  5. Снимите зонд с головы пациента и снимите с него двусторонний скотч. Затем очистите зонд дезинфицирующими салфетками.
  6. Повторите измерение оптических свойств каждого твердого фантома как можно скорее, чтобы убедиться, что калибровка оставалась адекватной на протяжении всего сеанса мониторинга (см. этап 4.2.2).
    ПРИМЕЧАНИЕ: В идеале этап калибровки должен быть выполнен сразу после удаления оптических зондов из головы пациента (шаг 6.6). Однако из-за проблем со сроками в примерах, представленных в следующем разделе, это было сделано в хранилище.
  7. Очистите систему и ее аксессуары дезинфицирующими салфетками.
  8. Откатите тележку обратно в кладовую.

Результаты

В идеале нормализованные автокорреляционные кривые, полученные с помощью модуля DCS, должны быть приблизительно 1,5 при нулевой экстраполяции времени задержки (при использовании одномодовых волокон14), а кривые должны затухать до 1 при более длительном времени задержки. Крив?...

Обсуждение

В этой статье представлена гибридная оптическая система, которая может предоставлять информацию в режиме реального времени о мозговом кровотоке, церебральной оксигенации и церебральном метаболизме кислорода у нейрокритических пациентов. Использование диффузных оптических методов ...

Раскрытие информации

Автор(ы) заявили о следующих потенциальных конфликтах интересов в отношении исследования, авторства и/или публикации этой статьи: RC Mesquita имеет одну находящуюся на рассмотрении патентную заявку и два других патента, относящихся к этой работе (патенты США 10,342,488 и 10,064,554). В настоящее время ни один автор не получает гонорары или платежи по этим патентам.

   

Благодарности

Мы выражаем признательность за поддержку со стороны Исследовательского фонда Сан-Паулу (FAPESP) в соответствии с Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) и 2013/07559-3. Спонсоры не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
3D PrinterSethi3DS23D-printer used to print the customizable probes
Arduino UNOArduinoUNO REV3Microcontroller responsible to interleave the DCS and FD-DOS measurements
DCS CorrelatorCorrelator.comFlex11-16chComponent of the DCS module
DCS Dectectors IO BoardsExcelitas TechnologySPCM-AQ4C-IOComponent of the DCS module
DCS DetectorsExcelitas TechnologySPCM-AQ4CComponent of the DCS module
DCS LaserCrystaLaserDL785-120-SOComponent of the DCS module
DCS Power supplyArtesynUMP10T-S2A-S2A-S2A-S2A-IES-00-AComponent of the DCS module (power supply for the DCS detecto; 2, 5 and 30V)
FD-DOS fibersISSImagent suppliesThe fibers used for FD-DOS detection and illumination are provived by ISS
Flexible 3D printer materialSethi3DNinjaFlexMaterial used to print the flexible customizable probes
ImagentISSImagentFD-DOS module
Laser safety googlesThorlabsLG9
Multi-mode fiberThorlabsFT400EMTMulti-mode fiber used for DCS illumination
Neutral density filter 1.0 ODEdmund Optics53-705Neutral density filter for the short source detector separations
Single-mode optical fiberThorlabs780HPSingle-mode optical fiber used for the DCS detectors
System batterySMSNET4System battery used for transportation

Ссылки

  1. Papanikolaou, J., et al. Cardiac and central vascular functional alterations in the acute phase of aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Critical Care Medicine. 40 (1), 223-232 (2012).
  2. Sarrafzadeh, A. S., Vajkoczy, P., Bijlenga, P., Schaller, K. Monitoring in neurointensive care - The challenge to detect delayed cerebral ischemia in high grade aneurysmal SAH. Frontiers in Neurology. 5 (134), (2014).
  3. Messerer, M., Daniel, R. T., Oddo, M. Neuromonitoring after major neurosurgical procedures. Minerva Anestesiologica. 78 (7), 810-822 (2012).
  4. Le Roux, P., et al. Consensus summary statement of the International Multidisciplinary Consensus Conference on Multimodality Monitoring in Neurocritical Care: A statement for healthcare professionals from the Neurocritical Care Society and the European Society of Intensive Care Medicine. Intensive Care Medicine. 40 (9), 1189-1209 (2014).
  5. Roh, D., Park, S. Brain Multimodality Monitoring: Updated Perspectives. Current Neurology and Neuroscience Reports. 16 (6), 1-10 (2016).
  6. Oddo, M., Villa, F., Citerio, G. Brain multimodality monitoring: An update. Current Opinion in Critical Care. 18 (2), 111-118 (2012).
  7. Sandsmark, D. K., Kumar, M. A., Park, S., Levine, J. M. Multimodal Monitoring in Subarachnoid Hemorrhage. Stroke. 43 (5), 1440-1445 (2012).
  8. Baker, W. B., et al. Continuous non-invasive optical monitoring of cerebral blood flow and oxidative metabolism after acute brain injury. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 39 (8), 1469-1485 (2019).
  9. Menezes Forti, R., et al. Real-time non-invasive assessment of cerebral hemodynamics with diffuse optical spectroscopies in a neuro intensive care unit: an observational study. Frontiers in Medicine. 7 (147), (2020).
  10. Kim, M. N., et al. Noninvasive measurement of cerebral blood flow and blood oxygenation using near-infrared and diffuse correlation spectroscopies in critically brain-injured adults. Neurocritical Care. 12 (2), 173-180 (2010).
  11. Selb, J., et al. Prolonged monitoring of cerebral blood flow and autoregulation with diffuse correlation spectroscopy in neurocritical care patients. Neurophotonics. 5 (04), 1 (2018).
  12. Durduran, T., Choe, R., Baker, W. B., Yodh, A. G. Diffuse optics for tissue monitoring and tomography. Reports on Progress in Physics. 73 (7), 76701 (2010).
  13. Jacques, S. L. Optical properties of biological tissues: a review. Physics in Medicine and Biology. 58 (11), 37-61 (2013).
  14. Durduran, T., Yodh, A. G. Diffuse correlation spectroscopy for non-invasive, micro-vascular cerebral blood flow measurement. NeuroImage. 85, 5163 (2014).
  15. Durduran, T., et al. Diffuse optical measurement of blood flow, blood oxygenation, and metabolism in a human brain during sensorimotor cortex activation. Optics Letters. 29 (15), 1766 (2004).
  16. Selb, J., et al. Sensitivity of near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy to brain hemodynamics: simulations and experimental findings during hypercapnia. Neurophotonics. 1 (1), 15005 (2014).
  17. Shang, Y., Li, T., Yu, G. Clinical applications of near-infrared diffuse correlation spectroscopy and tomography for tissue blood flow monitoring and imaging. Physiological Measurement. 38 (4), 1-26 (2017).
  18. Mesquita, R. C., et al. Direct measurement of tissue blood flow and metabolism with diffuse optics. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 369 (1955), 4390-4406 (2011).
  19. Culver, J. P., et al. Diffuse optical tomography of cerebral blood flow, oxygenation, and metabolism in rat during focal ischemia. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 23 (8), 911-924 (2003).
  20. Valabrègue, R., Aubert, A., Burger, J., Bittoun, J., Costalat, R. Relation between Cerebral Blood Flow and Metabolism Explained by a Model of Oxygen Exchange. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 23 (5), 536-545 (2003).
  21. Farzam, P., et al. Shedding light on the neonatal brain: probing cerebral hemodynamics by diffuse optical spectroscopic methods. Scientific Reports. 7 (1), 15786 (2017).
  22. Wong, F. Cerebral blood flow measurements in the neonatal brain. Prenatal and Postnatal Determinants of Development. 109, 69-87 (2016).
  23. Busch, D. R., et al. Noninvasive optical measurement of microvascular cerebral hemodynamics and autoregulation in the neonatal ECMO patient. Pediatric Research. , 1-9 (2020).
  24. Dehaes, M., et al. Cerebral oxygen metabolism in neonatal hypoxic ischemic encephalopathy during and after therapeutic hypothermia. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 34 (1), 87-94 (2014).
  25. Ferradal, S. L., et al. Non-invasive assessment of cerebral blood flow and oxygen metabolism in neonates during hypothermic cardiopulmonary bypass: Feasibility and clinical implications. Scientific Reports. 7 (1), 44117 (2017).
  26. Busch, D. R., et al. Continuous cerebral hemodynamic measurement during deep hypothermic circulatory arrest. Biomedical Optics Express. 7 (9), 3461 (2016).
  27. Wang, D., et al. Fast blood flow monitoring in deep tissues with real-time software correlators. Biomedical Optics Express. 7 (3), 776 (2016).
  28. Ko, T. S., et al. Non-invasive optical neuromonitoring of the temperature-dependence of cerebral oxygen metabolism during deep hypothermic cardiopulmonary bypass in neonatal swine. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 40 (1), 187-203 (2018).
  29. Pennekamp, C. W. A. A., et al. Near-infrared spectroscopy can predict the onset of cerebral hyperperfusion syndrome after carotid endarterectomy. Cerebrovascular Diseases. 34 (4), 314-321 (2012).
  30. Pennekamp, C. W. A. A., Bots, M. L., Kappelle, L. J., Moll, F. L., de Borst, G. J. The Value of Near-Infrared Spectroscopy Measured Cerebral Oximetry During Carotid Endarterectomy in Perioperative Stroke Prevention. A Review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 38 (5), 539-545 (2009).
  31. Shang, Y., et al. Cerebral monitoring during carotid endarterectomy using near-infrared diffuse optical spectroscopies and electroencephalogram. Physics in Medicine and Biology. 56 (10), 3015-3032 (2011).
  32. Delgado-Mederos, R., et al. Transcranial diffuse optical assessment of the microvascular reperfusion after thrombolysis for acute ischemic stroke. Biomedical Optics Express. 9 (3), 1262 (2018).
  33. Favilla, C. G., et al. Optical Bedside Monitoring of Cerebral Blood Flow in Acute Ischemic Stroke Patients During Head-of-Bed Manipulation. Stroke. 45 (5), 1269-1274 (2014).
  34. Gregori-Pla, C., et al. Early microvascular cerebral blood flow response to head-of-bed elevation is related to outcome in acute ischemic stroke. Journal of Neurology. 266 (4), 990-997 (2019).
  35. Kim, M. N., et al. Continuous optical monitoring of cerebral hemodynamics during head-of-bed manipulation in brain-injured adults. Neurocritical Care. 20 (3), 443-453 (2014).
  36. Ko, T., et al. Prediction of Return of Spontaneous Circulation During Cardiopulmonary Resuscitation using Frequency-Domain Diffuse Optical Spectroscopy in a Pediatric Swine Model of Asphyxial Cardiac Arrest. Biophotonics Congress: Biomedical Optics Congress 2018 (Microscopy/Translational/Brain/OTS). , (2018).
  37. Favilla, C. G., et al. Non-invasive respiratory impedance enhances cerebral perfusion in healthy adults. Frontiers in Neurology. 8, (2017).
  38. Favilla, C. G., et al. Perfusion Enhancement with Respiratory Impedance After Stroke (PERI-Stroke). Neurotherapeutics. 16 (4), 1296-1303 (2019).
  39. Ritzenthaler, T., et al. Cerebral near-infrared spectroscopy a potential approach for thrombectomy monitoring. Stroke. 48 (12), 3390-3392 (2017).
  40. Fantini, S., Sassaroli, A., Tgavalekos, K. T., Kornbluth, J. Cerebral blood flow and autoregulation: current measurement techniques and prospects for noninvasive optical methods. Neurophotonics. 3 (3), 31411 (2016).
  41. Parthasarathy, A. B., et al. Dynamic autoregulation of cerebral blood flow measured non-invasively with fast diffuse correlation spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 38 (2), 230-240 (2018).
  42. Kainerstorfer, J. M., Sassaroli, A., Tgavalekos, K. T., Fantini, S. Cerebral autoregulation in the microvasculature measured with near-infrared spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 35 (6), 959-966 (2015).
  43. Baker, W. B., et al. Noninvasive optical monitoring of critical closing pressure and arteriole compliance in human subjects. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 37 (8), 2691-2705 (2017).
  44. Lin, P. Y., et al. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. Journal of Visualized Experiments. (73), e4379 (2013).
  45. Wintermark, P., Hansen, A., Warfield, S. K., Dukhovny, D., Soul, J. S. Near-infrared spectroscopy versus magnetic resonance imaging to study brain perfusion in newborns with hypoxic-ischemic encephalopathy treated with hypothermia. NeuroImage. 85, 287-293 (2014).
  46. Busch, D. R., et al. Detection of brain hypoxia based on noninvasive optical monitoring of cerebral blood flow with diffuse correlation spectroscopy. Neurocritical Care. 30 (1), 72-80 (2019).
  47. Davies, D. J., et al. Cerebral oxygenation in traumatic brain injury: Can a non-invasive frequency domain near-infrared spectroscopy device detect changes in brain tissue oxygen tension as well as the established invasive monitor. Journal of Neurotrauma. 36 (7), 1175-1183 (2019).
  48. Leal-Noval, S. R., et al. Invasive and noninvasive assessment of cerebral oxygenation in patients with severe traumatic brain injury. Intensive Care Medicine. 36 (8), 1309-1317 (2010).
  49. Fantini, S., Franceschini, M. A., Fishkin, J. B., Barbieri, B., Gratton, E. Quantitative determination of the absorption spectra of chromophores in strongly scattering media: a light-emitting-diode based technique. Applied Optics. 33 (22), 5204 (1994).
  50. Fantini, S., et al. Frequency-domain multichannel optical detector for noninvasive tissue spectroscopy and oximetry. Optical Engineering. 34 (1), 32 (1995).
  51. Carpenter, D. A., Grubb, R. L., Tempel, L. W., Powers, W. J. Cerebral oxygen metabolism after aneurysmal subarachnoid hemorrhage. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 11 (5), 837-844 (1991).
  52. Johansen-Berg, H., et al. The role of ipsilateral premotor cortex in hand movement after stroke. Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A. 99 (22), 14518-14523 (2002).
  53. Hunt, W. E., Hess, R. M. Surgical risk as related to time of intervention in the repair of intracranial aneurysms. Journal of Neurosurgery. 28 (1), 14-20 (1968).
  54. Fisher, C. M., Kistler, J. P., Davis, J. M. Relation of Cerebral Vasospasm to Subarachnoid Hemorrhage Visualized by Computerized Tomographic Scanning. Neurosurgery. 6 (1), 1-9 (1980).
  55. Carey, J. R., et al. Analysis of fMRI and finger tracking training in subjects with chronic stroke. Brain. 125 (4), 773-788 (2002).
  56. Lindenberg, R., Renga, V., Zhu, L. L., Nair, D., Schlaug, G. Bihemispheric brain stimulation facilitates motor recovery in chronic stroke patients. Neurology. 75 (24), 2176-2184 (2010).
  57. Schaechter, J. D., et al. Motor recovery and cortical reorganization after constraint-induced movement therapy in stroke patients: A preliminary study. Neurorehabilitation and Neural Repair. 16 (4), 326-338 (2002).
  58. Dehaes, M., et al. Assessment of the frequency-domain multi-distance method to evaluate the brain optical properties: Monte Carlo simulations from neonate to adult. Biomedical Optics Express. 2 (3), 552 (2011).
  59. Fantini, S., Sassaroli, A. Frequency-domain techniques for cerebral and functional near-infrared spectroscopy. Front Neurosci. 14, 1-18 (2020).
  60. Blaney, G., Sassaroli, A., Pham, T., Fernandez, C., Fantini, S. Phase dual-slopes in frequency-domain near-infrared spectroscopy for enhanced sensitivity to brain tissue: First applications to human subjects. Journal of Biophotonics. 13 (1), 201960018 (2020).
  61. Abdalsalam, O., O'Sullivan, T. D., Howard, S., Zhang, Y. Self-calibrated frequency domain diffuse optical spectroscopy with a phased source array. Optical Tomography and Spectroscopy of Tissue XIII Conference. 1087403, 2 (2019).
  62. Applegate, M. B., Istfan, R. E., Spink, S., Tank, A., Roblyer, D. Recent advances in high speed diffuse optical imaging in biomedicine Recent advances in high speed diffuse optical imaging in biomedicine. APL Photonics. 5, 040802 (2020).
  63. Torricelli, A., et al. Time domain functional NIRS imaging for human brain mapping. NeuroImage. 85, 28-50 (2014).
  64. Pifferi, A., et al. New frontiers in time-domain diffuse optics , a review. Journal of Biomedical Optics. 21 (9), 091310 (2016).
  65. Gagnon, L., Desjardins, M., Jehanne-Lacasse, J., Bherer, L., Lesage, F. Investigation of diffuse correlation spectroscopy in multi-layered media including the human head. Optics Express. 16 (20), 15514 (2008).
  66. Verdecchia, K., et al. Assessment of a multi-layered diffuse correlation spectroscopy method for monitoring cerebral blood flow in adults. Biomedical Optics Express. 7 (9), 3659 (2016).
  67. Liemert, A., Kienle, A. Light diffusion in a turbid cylinder II Layered case. Optics Express. 18 (9), 9266 (2010).
  68. Hallacoglu, B., Sassaroli, A., Fantini, S. Optical characterization of two-layered turbid media for non-invasive, absolute oximetry in cerebral and extracerebral tissue. PLoS One. 8 (5), 64095 (2013).
  69. Alexandrakis, G., Busch, D. R., Faris, G. W., Patterson, M. S. Determination of the optical properties of two-layer turbid media by use of a frequency-domain hybrid Monte Carlo diffusion model. Applied Optics. 40 (22), 3810 (2001).
  70. Martelli, F., Sassaroli, A., Del Bianco, S., Yamada, Y., Zaccanti, G. Solution of the time-dependent diffusion equation for layered diffusive media by the eigenfunction method. Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics. 67 (5), 14 (2003).
  71. Mesquita, R. C., et al. Influence of probe pressure on the diffuse correlation spectroscopy blood flow signal: extra-cerebral contributions. Biomedical Optics Express. 4 (7), 978 (2013).
  72. Wang, D., et al. Influence of probe pressure on the pulsatile diffuse correlation spectroscopy blood flow signal on the forearm and forehead regions. Neurophotonics. 6 (03), 1 (2019).
  73. Baker, W. B., et al. Pressure modulation algorithm to separate cerebral hemodynamic signals from extracerebral artifacts. Neurophotonics. 2 (3), 35004 (2015).
  74. He, L., et al. Noninvasive continuous optical monitoring of absolute cerebral blood flow in critically ill adults. Neurophotonics. 5 (04), 1 (2018).
  75. Milej, D., et al. Quantification of cerebral blood flow in adults by contrast-enhanced near-infrared spectroscopy: Validation against MRI. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. , (2019).
  76. Diop, M., Verdecchia, K., Lee, T. Y., St Lawrence, K. Calibration of diffuse correlation spectroscopy with a time-resolved near-infrared technique to yield absolute cerebral blood flow measurements. Biomedical Optics Express. 2 (7), 2068 (2011).
  77. Khalid, M., et al. Development of a stand-alone DCS system for monitoring absolute cerebral blood flow. Biomedical Optics Express. 10 (9), 4607 (2019).
  78. Kohl-Bareis, M., et al. Noninvasive monitoring of cerebral blood flow by a dye bolus method: Separation of brain from skin and skull signals. Journal of Biomedical Optics. 7 (3), 464 (2002).

Erratum


Formal Correction: Erratum: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies
Posted by JoVE Editors on 12/07/2022. Citeable Link.

An erratum was issued for: Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies. The Authors section was updated from:

Rodrigo Menezes Forti1,2
Marilise Katsurayama2,3
Lenise Valler2,3
Andrés Quiroga1,2
Luiz Simioni1
Julien Menko4
Antonio L. E. Falcão3
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
Andrés Quiroga1,2
Luiz Simioni1
Julien Menko4
Antonio L. E. Falcão3
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

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

165

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены