Method Article
Biz oksijen metabolizmasının bir dizin tahmin etmek serebral kan akımı indeksi diffüz korelasyon spektroskopisi önlemler ile serebral hemoglobin oksijenasyon frekans etki yakın kızılötesi spektroskopi önlemler birleştirdi. Biz yenidoğan beyin sağlığı ve gelişimi değerlendirmek için bir başucu tarama aracı olarak bu önlemin programı test.
Perinatal beyin hasarı bebek mortalite ve morbidite önemli bir nedeni olmaya devam etmektedir, ancak henüz doğru beyin hasarı, monitör yaralanma evrimi veya tedaviye yanıtı değerlendirmek için görüntüleyebilecek etkili bir başucu aracı yoktur. Nöronlar tarafından kullanılan enerjinin büyük ölçüde doku oksidatif metabolizma türetilmiştir ve nöral hiperaktivite ve hücre ölümü serebral oksijen metabolizmasında gelen değişiklikler (CMRO 2) yansıtılmaktadır. Böylece, CMRO 2 önlemlerin nöronal canlılığı yansıtıcı ve CMRO 2 beyin sağlığı başucu ölçümü için ideal bir hedef haline kritik tanısal bilgi sağlar.
Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve serebral glukoz ve oksijen metabolizmasının tek foton emisyon bilgisayarlı tomografi (SPECT) verim önlemler, ancak bu tekniklerin radionucleotides yönetimi gerektiren Beyin görüntüleme teknikleri, bu nedenle sadece en akut durumlarda kullanılır.
Sürekli-dalga yakın kızılötesi spektroskopi (CWNIRS) serebral oksijen tüketimi için bir vekil olarak hemoglobin oksijen satürasyonu non-invaziv ve non-iyonize radyasyon önlemler (SO 2) sağlar. Ancak, SO 2 daha az oksijen sunumu ve tüketimi hem de etkilenir gibi serebral oksijen metabolizması için bir vekil olarak ideal fazladır. Oksijen tüketimi ve teslimat akut geçici 3 sonrası dengeye ulaşması için Ayrıca, SO 2 ölçümleri, hakaret 1,2 sonrasında beyin hasarı saat algılamak için yeterince duyarlı değildir. Biz sağlıklı ve beyin hasarlı yenidoğanlarda başucunda serebral oksijen metabolizması ölçmek daha sofistike NIRS optik yöntemlerle mümkün olup olmadığı araştırıldı. Daha spesifik olarak, biz yiel için diffüz korelasyon spektroskopisi (DCS) kan akım indeksi ölçümü (CBF i) ile frekans alanı NIRS (FDNIRS) SO 2 ölçü kombined CMRO 2 (CMRO 2i) 4,5 bir dizin.
Kombine FDNIRS / DCS sistemi ile biz beyin metabolizması ve hemodinami ölçmek mümkün. Bu beyin sağlığı, beyin gelişimi ve yenidoğanlarda tedaviye yanıt saptanmasında CWNIRS üzerinde bir iyileşmeyi temsil etmektedir. Dahası, bu yöntem enfeksiyon kontrolü ve lazer güvenliği konusunda kurumsal politikalar üzerindeki tüm yenidoğan yoğun bakım ünitesi (NICU) politikalarına bağlıdır. Gelecekteki çalışmalar başucunda toplama süresini kısaltmak ve veri ret oranını azaltmak için veri kalitesi hakkında gerçek zamanlı geri bildirim uygulamak için iki araçları entegre çalışacaktır.
FDNIRS cihaz 660 dan 830 nm arasında değişen sekiz dalga boylarında, ve iki fotoçoğaltıcı tüpü (PMT) dedektörleri yayan diyot lazer 8, iki özdeş seti ile ISS, Inc özelleştirilmiş bir frekans etki sistemi. Kaynaklar ve dedektörler heterodin algılama 6 ulaşmak için, sırasıyla 110 MHz ve 110 MHz artı 5 kHz olarak modüle edilir. Her lazer diyot döngü başına 160 msn toplam alma süresi için, sırayla 10 msn için açık. Kaynaklar ve dedektörler fiber optik birleştiğinde ve bir optik prob bir dizilir. Prob üzerindeki liflerin düzenleme, dört farklı kaynak detektör ayrımları üreten olduğu gibi. Birden fazla mesafelerde iletilen ışık (genlik zayıflaması ve faz kayması) ölçerek, biz gözlem altında doku emilimini (uA) ve saçılma (μs ') katsayıları sayısal olarak. Çoklu dalga boylarındaki soğurma katsayıları, biz sonra oksijenli (HBO) mutlak değerleri tahmin vedeoksijenlenmedeki (HBR) hemoglobin 7, serebral kan hacmi (CBV) ve hemoglobin oksijen satürasyonu (SO 2).
Yerleşik sistem Dr tarafından geliştirilen bir benzer - DCS cihaz bir ev sahipliği yapmaktadır. Pennsylvania 8,9 Üniversitesi'nde Arjun Yodh ve Turgut Durduran. Bir katı oluşur DCS sisteminin - 785 nm dalga boyunda durum, uzun uyum lazer, dört foton sayma çığ fotodiyod (APD) düşük koyu sayımları (<50, sayı / saniye) içeren detektör (EG & G Perkin Elmer SPCM-AQRH) ve yüksek kuantum verimi (785 nm>% 40) ve 200 nsec çözünürlüğe sahip dört kanallı, 256 bin multi-tau korelatör. DCS ile biz kırmızı kan hücreleri hareket tarafından üretilen Doppler vardiya kaynaklanan çarpma saçılan ışığın zamansal yoğunluk dalgalanmaları niceleme tarafından serebral kortekste mikrovasküler kan akımını ölçmek. Lazer Doppler kan flowmetre benzer tekniği, (yani Fourier Tr vardır0,5 sn - ansform analogları), 200 nsec bir gecikme zaman aralığında bir dijital korelatör tarafından hesaplanan her dedektör kanal yoğunluğu dalgalanmaların bir otokorelasyon fonksiyonunu ölçer. Korelatör dokudan hortlamaya ışığın zamansal yoğunluğu oto-korrelasyon hesaplar. Biz sonra ölçülen otokorelasyon fonksiyonu difüzyon korelasyon denklemi sığacak saniyede bir kere, sırayla alınan, kan akım indeksi (CBF i) 10,11 elde etmek. Kan akımı değişikliklerinin DCS tedbirleri yoğun 12,13 valide edilmiştir. CBF i DCS tedbirleri ile SO 2 FDNIRS önlemler birleştirerek, serebral oksijen metabolizması (CMRO 2i) bir tahminini elde.
1. Bedside Önlemleri Hazırlık
2. FDNIRS Kazanç Ayarlar ve Kalibrasyon
3. DCS Ayarları
4. Veri Toplama
5. Sistemik Parametrelerinin Ölçü
6. Veri Analizi
Geçtiğimiz beş yıl içinde fizibilite ve önerilen yöntemin klinik yarar göstermiştir. Özellikle, SO 2 daha beyin sağlığı ve gelişimi daha fazla temsilcisi olması CMRO 2 göstermiştir.
50'den fazla sağlıklı bebeklerde kesitsel bir çalışmada, bulduğumuz CBV, yaşamın ilk yılında (Şekil 5) 4 SO 2 kalıntılar sabit iki katından daha fazla iken. 70 sağlıklı yenidoğanda bir çalışmada biz de CMRO 2i, CBV ve CBF PET glukoz alımı ile tutarlı frontal bölgede (Şekil 6) 20, daha temporal ve parietal bölgelerde yüksek iken SO 2 beyin bölgeleri boyunca sabit olduğu bulundu bulgular 21. CBV, CBF ve CMRO 2 mo iken bizim çalışmaların ikisinde de, sürekli içinde 2 SO yüzde 60-70 aralığında, bu oksijen sunumu yakından yerel tüketim eşleşen gösteriryeniden sıkıca sinir gelişimi ile birleştiğinde.
CMRO 2i yenidoğan beyin hasarı saptamada SO 2 daha iyi bir tarama aracı olduğunu doğrulamak için, biz birkaç ay yaralanma sonrası kronik fazında (birkaç bebeklerde) akut faz 5 sırasında beyin yaralı bebeklerde ölçülür, ve. CMRO 2i akut ve kronik iki aşaması sırasında normalden önemli ölçüde farklı ise 2, hem erken (1-15 gün tetkikten sonra) ve kronik (ay yaralanma sonrası) dönemlerinde belirgin beyin hasarı ile değişmediğini nasıl SO Şekil 7'de Sonuçlar gösterisi . Özellikle, CMRO 2i nöron kaybı nedeniyle kronik fazında akut beyin hasarı sonrası çünkü nöbet aktivitesinin faz, ve normalden daha düşük sırasında yükselir.
Hipoksik iskemik yaralanma olan bebekler anda alt beyin metabolizması için hipotermi (TH) ile muamele edilmiş ve hipoksik ins sonra hasarı azaltmaktadırULT. Terapötik Hipotermi üç gün boyunca korunur ve tedavi sırasında 11 bebekte (Şekil 8) izlemek mümkün olmuştur. Biz CMRO 2i anlamlı TH sırasında normalin altında seviyesine düşer ve bu azalma tedavi ve gelişimsel sonuçları ile yanıt ile ilişkili gibi görünüyor bulundu. Bu ilk sonuçlar FDNIRS-DCS yöntemi hipotermi tedavisi rehberlik ve optimize etmek mümkün olabileceğini düşündürmektedir.
Şekil 1. FDNIRS ve DCS cihazlarla sepeti resmi. İki araçlar NICU bebeğin yatağının taşınmış olabilir küçük bir arabaya sığacak kadar kompakt.
Şekil 2.. (A) Optik prob konfigürasyonu. (B) ölçüm konum şeması. (C) bir bebek üzerinde tipik bir FDNIRS-DCS ölçümü bir fotoğraf.
Şekil 3. Ölçülen iyi ve kötü uyum Temsilcisi örnekleri (A) soğurma katsayıları ve hemoglobin fit (B) saçılma katsayıları ve lineer uyum. P-değeri> 0.02 kötü bir uyum gösterir. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 4. Hesaplanan yoğunluk dalgalanmaları bir otokorelasyon fonksiyonu iyi ve kötü uyum temsilcisi örneği0.5 sn - 200 nsec bir gecikme zaman aralığında bir korelatör. Kötü uyum resimde eğri uydurma bir kuyruk 0.02 daha fazla tarafından 1 farklıdır ve ilk 3 puan varyasyonu 0.1 daha fazladır. büyük bir rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 5,. Doğumdan bir yaşına kadar bebeklerde, frontal, temporal ve parietal bölgelerde CBV ve SO 2 değişiklikler.
Şekil 6. CBF, SO 2, CBV ve frontal, te CMRO 2i70 sağlıklı yenidoğanlarda mporal ve parietal bölgelerde.
Şekil 7. SO 2 normalden önemli ölçüde farklı değil iken anormal oksijen tüketimi örnekleri ve normal SO 2 bebekte beyin hasarı sonrası. Beyin hasarı normale göre CMRO 2 değişiklikler ile karakterize edilir. DCS ölçü bu ölçümler sırasında mevcut değildi, çünkü bu iki rakamlar, CMRO 2, Grubb ilişki kullanılarak hesaplanmıştır unutmayınız.
Şekil 8. hipotermi vs yaş grubundaki sağlıklı kontroller sırasında 11 bebeklerin rCMRO 2. Oksijen metabolizması güçlü hipotermi tedavisi ile tüm bebeklerin azalır.
Biz Yenidoğan nüfus FDNIRS ve DCS ile serebral hemodinamik ve metabolizma bir kantitatif ölçümü göstermiştir. Prob konfigürasyonu Yenidoğan serebral korteks 14 ölçüm için optimize edilmiştir. DCS ile ölçülen kan akımı değişiklikleri yaygın hayvan ve insan çalışmalarında 22,23 Diğer tekniklere karşı valide edilmiştir. Kan akımının doğrudan DCS ölçü kullanarak, CMRO 2i 24 hesaplanmasında varyans azaltmak edebiliyoruz. Tekrarlanan ölçümler gelen varyans da beyin bölgeleri arasında ve 20 yaş ile değişiklik daha küçüktü.
Bizim daha önceki sonuçlardan CBFi ve CMRO 2i sağlıklı prematüre yenidoğanlarda PMA ile önemli değişiklikler gösterdi. CMRO 2i ölçüsü iyi SO 2 ölçü daha beyin hasarı tespit edebiliyor. Bu vasküler ve metabolik parametrelerin kombine tedbirler olarak daha sağlam b hizmet etmektediroksijen satürasyonu yalnız fazla neonatal beyin sağlığı ve gelişimi iomarkers. Teknik gelişmeler alma süresi 35-40 seans başına ve% atılır önlemlerin sıklığını azaltmak için veri kalitesi hakkında gerçek zamanlı geribildirim uygulaması azaltmak için iki araçların entegrasyonu üzerinde durulacak. Yakın gelecekte, bu sistem değişmiş serebral oksijen metabolizmasının bir roman başucu monitör olarak klinik son kullanıcılara teslim edilebilir. Zamanla CMRO 2 yörüngeleri ölçerek de klinik önemi arttırmak ve sonuçlarını tahmin edebilir. Bu araç sonuçta neonatal beyin hasarına gelişmiş yönetim yolunda önemli bir katkı yapabilir.
Maria Angela Franceschini, kocası David Boas ve Beniamino Barbieri (ISS Inc) Bu teknoloji patenti bulunmaktadır.
Yazarlar Yenidoğan Yoğun Bakım, Özel Bakım Hemşirelik, Pediatrik Nöroloji ve doğum birimleri Massachusetts General Hospital, Brigham ve Kadın Hastanesi ve Boston Çocuk Hastanesi tüm bu çalışmaya katılıp katılmadıkları için aileleri ve hemşireler, doktorlar ve personel teşekkür onların yardım ve destek için. Özellikle biz Linda J. Van Marter, Robert M. Insoft, Jonathan H. Cronin, Julianne Mazzawi ve Steven A. Ringer ederim. Yazarlar ayrıca ölçümler sırasında yardım için Marcia Kocienski-Filip, Yvonne Sheldon Alpna Aggarwall, Maddy Artunguada ve Genevieve Nave ederim. Bu proje NIH R01-HD042908, R21-HD058725, P41-RR14075 ve R43-HD071761 tarafından desteklenmektedir. Marcia Kocienski-Filip ve Yvonne Sheldon Klinik Translational Bilim Harvard Üniversitesi ve Brigham Ödül UL1RR025758 ve Araştırma Kaynakları Ulusal Merkezi'nden Kadın Hastanesi tarafından desteklenmektedir. İçerik sadece bir sorumluluğuduruthors ve zorunlu Araştırma Kaynakları veya Ulusal Sağlık Enstitüleri için Ulusal Merkezi resmi görüşlerini temsil etmemektedir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ekipman | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar (isteğe bağlı) |
Imagent | ISS | FDNIRS | |
DCS lazer fiberleri | Thorlabs | FT400 | DCS bileşeni |
DCS dedektörü fiber | Thorlabs | 780HP | DCS bileşeni |
DCS lazer | CrystaLaser | DL785-070-S | DCS bileşeni |
DCS dedektörü | Pacer Uluslararası | SPCM-AQRH-14-YP | DCS bileşeni |
DCS Korelatör | Correlator.com | Flex05-8kanal | DCS bileşeni |
Pronto co-oksimetresi | Masimo | HGB ve SaO 2 monitör | |
NOVA | OPHIR | 7Z01500 | Lazer güç metre |
Sensör kartı | Newport | F-IRC1-S | IR görüntüleyici |
Nötr Yoğunluk filtresi | Kodak | NT54-453 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır