Name: real-time monitoring of neurocritical patients with diffuse optical spectroscopies
Uploaded: 2020-11-19T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies at JoVE.com

São Paulo Araştırma Vakfı'nın (FAPESP) 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) ve 2013/07559-3 sayılı Bildiriler aracılığıyla verdiği desteği kabul ediyoruz. Fon verenlerin çalışma tasarımı, veri toplama ve analizi, yayınlama kararı veya makalenin hazırlanmasında hiçbir rolü yoktu.

Protokol, Campinas Üniversitesi yerel komitesi tarafından onaylanmıştır (protokol numarası 56602516.2.0000.5404). Ölçümlerden önce hastadan veya yasal temsilcisinden yazılı bilgilendirilmiş onam alındı. Campinas Üniversitesi Klinik Hastanesi'ne iskemik inme veya ön dolaşımı etkileyen subaraknoid kanama tanısı ile başvuran hastaları izledik. Posterior dolaşımı etkileyen iskemik inme geçiren hastalar, artmış kafa içi basıncına bağlı dekompresif kraniektomisi olan hastalar ve diğer nörod...

Bu yazıda, nörokritik hastaların serebral kan akımı, serebral oksijenasyonu ve serebral oksijen metabolizması hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlayabilen hibrid optik sistem sunulmuştur. Diffüz optik tekniklerin kullanımı daha önce klinik senaryolarda non-invaziv, yatak başı monitörizasyonu için potansiyel bir belirteç olarak ele alınmıştı. Önceki bir çalışma, nöro-YBÜ'de hastaneye yatış sırasında optik izlemenin klinik yönlerine ve fizibilitesine bir vaka sunumu ile odaklanmıştır<sup...

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

Kritik nörolojik hastalarda kötü sonuçlara yol açan komplikasyonların çoğu serebral hemodinamik bozuklukların neden olduğu sekonder yaralanmalarla ilişkilidir. Bu nedenle bu hastaların serebral fizyolojisinin izlenmesi morbidite ve mortalite oranlarını doğrudan etkileyebilir1,2,3,4,5,6,7. Bununla birlikte, günümüzde, yatak başındaki nörokritik hastalarda serebral fizyolojinin sürekli gerçek zamanlı noninvaziv izlenmesi için kurulmuş bir klinik araç yoktur. Potansiyel adaylar arasında, yaygın optik teknikler son zamanlarda bu boşluğu doldurmak için umut verici bir araç olarak önerilmiştir 8,9,10,11. Kafa derisinden gelen dağınık olarak dağılmış yakın kızılötesi ışığın (~ 650-900 nm) yavaş değişimlerini (yani, onlarca ila yüzlerce ms mertebesinde) ölçerek, dağınık optik spektroskopi (DOS), beyindeki serebral oksi- (HbO) ve deoksi-hemoglobin (HbR) 12,13 gibi ana kromoforların konsantrasyonlarını ölçebilir. Ek olarak, serebral kan akışını (CBF) diffüz korelasyon spektroskopisi (DCS) 10,14,15,16,17 ile ışık yoğunluğundaki hızlı dalgalanmaları (yani birkaç μs'den birkaç ms'ye) ölçerek ölçmek mümkündür. Kombine edildiğinde, DOS ve DCS, oksijenin serebral metabolik hızının (CMRO 2) bir tahminini de sağlayabilir (CMRO2)18,19,20.
DOS ve DCS kombinasyonu, hastaları çeşitli klinik öncesi ve klinik senaryolarda izlemek için araştırılmıştır. Örneğin, diffüz optiklerin, kalp kusurlarını tedavi etmek için kalp ameliyatları sırasında da dahil olmak üzere, kritik hasta yenidoğanlar için 21,22,23,24 ilgili klinik bilgileri sağladığı gösterilmiştir 23,25,26,27,28 . Ek olarak, birkaç yazar, karotis endarterektomi 29,30,31, inme 32 için trombolitik tedaviler, yatak başı manipülasyonları 33,34,35, kardiyopulmoner resüsitasyon 36 ve diğerleri 37,38 gibi farklı serebrovasküler girişimler sırasında serebral hemodinamiği değerlendirmek için diffüz optiklerin kullanımını araştırmıştır. 39. Sürekli kan basıncı izlemesi de mevcut olduğunda, hem sağlıklı hem de kritik derecede hasta deneklerde 11,40,41,42 ve serebral dolaşımın kritik kapanış basıncını değerlendirmek için serebral otoregülasyonu izlemek için yaygın optikler kullanılabilir 43. Birçok yazar, DCS ile CBF ölçümlerini farklı altın standart CBF ölçümleri 18'e karşı doğrularken, yaygın optiklerle ölçülen CMRO2'nin nörokritik izleme için yararlı bir parametre olduğu gösterilmiştir 8,18,23,24,28,43,44,45 . Ek olarak, önceki çalışmalar, hipoksik46,47,48 ve iskemikolayların tahmini 8 de dahil olmak üzere, nörokritikhastaların 8,9,10,11 uzun süreli izlenmesi için optik olarak türetilmiş serebral hemodinamik parametreleri doğrulamıştır.
Yaygın optik tekniklerin, uzunlamasına ölçümler sırasında ve klinik müdahaleler sırasında değerli gerçek zamanlı bilgiler sağlamak için güvenilirliği büyük ölçüde ele alınmamıştır. Bağımsız bir DOS sisteminin kullanımı daha önce invaziv beyin dokusu oksijen gerilim monitörleriyle karşılaştırıldı ve DOS'un invaziv monitörlerin yerini almak için yeterli duyarlılığa sahip olmadığı düşünüldü. Bununla birlikte, nispeten küçük popülasyonların kullanılmasının yanı sıra, invaziv ve invaziv olmayan monitörlerin doğrudan karşılaştırılması, her teknik serebral vaskülatürün farklı kısımlarını içeren farklı hacimleri araştırdığı için yanlış yönlendirilebilir. Her ne kadar bu çalışmalar sonuçta diffüz optiğin invaziv monitörlerin yerini almadığı sonucuna varmış olsa da, her iki çalışmada da DOS, invaziv monitörlerin bulunmadığı vakalar ve / veya yerler için yeterli olabilecek orta-iyi bir doğruluk elde etmiştir.
Diğer yaklaşımlara göre, diffüz optiğin en önemli avantajı, taşınabilir enstrümantasyon kullanarak yatak başında kan akışını ve doku kan oksijenasyonunu aynı anda invaziv olmayan (ve sürekli) olarak ölçebilmesidir. Transkraniyal Doppler ultrason (TCD) ile karşılaştırıldığında, DCS'nin ek bir avantajı vardır: doku düzeyinde perfüzyonu ölçerken, TCD beynin tabanındaki büyük arterlerde serebral kan akış hızını ölçer. Bu ayrım, hem proksimal büyük arter akımının hem de leptomeningeal kollaterallerin perfüzyona katkıda bulunduğu steno-tıkayıcı hastalıkların değerlendirilmesinde özellikle önemli olabilir. Optik teknikler, Pozitron-Emisyon Tomografisi (PET) ve Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) gibi diğer geleneksel görüntüleme yöntemlerine kıyasla da avantajlara sahiptir. Tek başına MRG veya PET ile mümkün olmayan hem CBF hem de HbO / HbR konsantrasyonlarının doğrudan ölçümlerini aynı anda sağlamanın yanı sıra, optik izleme aynı zamanda önemli ölçüde daha iyi zamansal çözünürlük sağlar, örneğin, dinamik serebral otoregülasyon40,41,42'nin değerlendirilmesine ve dinamik olarak gelişen hemodinamik değişikliklerin değerlendirilmesine izin verir. Ayrıca, yaygın optik enstrümantasyon, düşük ve orta gelirli ülkelerde yüksek vasküler hastalık yükü göz önüne alındığında kritik bir avantaj olan PET ve MRG'ye kıyasla ucuz ve portatiftir.
Burada önerilen protokol, yoğun bakım ünitesindeki (YBÜ) hastaların gerçek zamanlı yatak başı nöromonitörizasyonu için bir ortamdır. Protokol, hastaları araştırmak için klinik dostu bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI) ve özelleştirilmiş optik sensörler ile birlikte hibrit bir optik cihaz kullanır (Şekil 1). Bu protokolü sergilemek için kullanılan hibrit sistem, bağımsız modüllerden iki dağınık optik spektroskopiyi birleştirir: ticari frekans etki alanı (FD-) DOS modülü ve ev yapımı DCS modülü (Şekil 1A). FD-DOS modülü49,50, 4 fotoçarpan tüpü (PMT) ve dört farklı dalga boyunda (690, 704, 750 ve 850 nm) yayılan 32 lazer diyottan oluşur. DCS modülü, 785 nm'de yayılan uzun tutarlılıklı bir lazer, dedektör olarak 16 tek foton sayacı ve bir korelatör kartından oluşur. FD-DOS modülü için örnekleme frekansı 10 Hz'dir ve DCS modülü için maksimum örnekleme frekansı 3 Hz'dir. FD-DOS ve DCS modüllerini entegre etmek için, kontrol yazılımımızın içinde her modül arasında otomatik olarak geçiş yapacak bir mikrodenetleyici programlanmıştır. Mikrodenetleyici, FD-DOS ve DCS lazerlerini açıp kapatmanın yanı sıra her modülün ara yapraklı ölçümlerine izin vermek için FD-DOS dedektörlerini açmaktan sorumludur. Toplamda, önerilen sistem, sinyal-gürültü oranı (SNR) gereksinimlerine bağlı olarak her 0,5 ila 5 saniyede bir kombine FD-DOS ve DCS örneği toplayabilir (daha uzun toplama süreleri daha iyi SNR'ye yol açar). Işığı alnına bağlamak için, her hasta için özelleştirilebilen 3D baskılı bir optik prob geliştirdik (Şekil 1B), kaynak-dedektör ayrımları 0,8 ila 4,0 cm arasında değişiyor. Burada sunulan örneklerde kullanılan standart kaynak-dedektör ayrımları DCS için 2,5 cm ve FD-DOS için 1,5, 2,0, 2,5 ve 3,0 cm'dir.
Bu çalışmada sunulan protokolün temel özelliği, hem donanımı dostça bir GUI ile kontrol edebilen hem de ana serebral fizyoloji parametrelerini farklı zamansal pencereler altında gerçek zamanlı olarak görüntüleyebilen gerçek zamanlı bir arayüzün geliştirilmesidir (Şekil 1C). Önerilen GUI içinde geliştirilen gerçek zamanlı analiz boru hattı hızlıdır ve optik parametreleri hesaplamak için 50 ms'den az sürer (daha fazla ayrıntı için Ek Materyale bakın). GUI, nöro-YBÜ'de halihazırda mevcut olan mevcut klinik araçlardan ilham aldı ve sistemin nöro-YBÜ'ye çevirisi sırasında klinik kullanıcılar tarafından kapsamlı geri bildirimlerle uyarlandı. Sonuç olarak, gerçek zamanlı GUI, optik sistemin nörointensivistler ve hemşireler gibi düzenli hastane personeli tarafından benimsenmesini kolaylaştırabilir. Diffüz optiğin klinik bir araştırma aracı olarak geniş çapta benimsenmesi, fizyolojik olarak anlamlı verileri izleme yeteneğini geliştirme potansiyeline sahiptir ve sonuçta diffüz optiklerin nörokritik hastaları gerçek zamanlı olarak invaziv olmayan bir şekilde izlemek için iyi bir seçenek olduğunu gösterebilir.

<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

Nörofizyolojik monitörizasyon, sekonder hasarı önleyebileceği ve morbidite ve mortalite oranlarını doğrudan etkileyebileceği için nörokritik hastaların tedavisinde önemli bir hedeftir. Bununla birlikte, şu anda yatak başında serebral fizyolojinin sürekli izlenmesi için uygun non-invaziv, gerçek zamanlı teknolojilerin eksikliği vardır. Diffüz optik teknikler, nörokritik hastalarda serebral kan akımı ve serebral oksijenasyonun yatak başı ölçümleri için potansiyel bir araç olarak önerilmiştir. Diffüz optik spektroskopiler, yenidoğan monitörizasyonundan yetişkinlerde serebrovasküler müdahalelere kadar çeşitli klinik senaryolarda hastaları izlemek için daha önce araştırılmıştır. Bununla birlikte, tekniğin klinisyenlere yatak başında gerçek zamanlı bilgi sağlayarak yardımcı olma fizibilitesi büyük ölçüde ele alınmamıştır. Burada, yoğun bakım sırasında serebral kan akışının, serebral oksijenasyonun ve serebral oksijen metabolizmasının sürekli gerçek zamanlı izlenmesi için yaygın bir optik sistemin çevirisini sunuyoruz. Cihazın gerçek zamanlı özelliği, arteriyel kan basıncı gibi vekil metriklere güvenmek yerine hastaya özgü serebral fizyolojiye dayalı tedavi stratejilerini mümkün kılabilir. Nispeten ucuz ve taşınabilir enstrümantasyonla farklı zaman ölçeklerinde serebral dolaşım hakkında gerçek zamanlı bilgi sağlayarak, bu yaklaşım özellikle düşük bütçeli hastanelerde, uzak bölgelerde ve açık alanlarda (örneğin, savunma ve spor) izleme için yararlı olabilir.

İdeal olarak, DCS modülü ile elde edilen normalleştirilmiş otokorelasyon eğrileri, sıfır gecikme süresi ekstrapolasyonunda (tek modlu lifler14 kullanıldığında) yaklaşık 1,5 olmalı ve eğriler daha uzun gecikme sürelerinde 1'e düşmelidir. Eğri pürüzsüz olmalı ve daha uzun kaynak-dedektör ayrımları için daha hızlı bir bozunmaya sahip olmalıdır. İyi bir otokorelasyon örneği Şekil 2A'da gösterilmiştir. Şekil 2B</...

Watch this Scientific Journal Video about Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies at JoVE.com

Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies

Burada, nörokritik hastaların serebral hemodinamiğini gerçek zamanlı olarak ve yatak başında diffüz optik kullanılarak invaziv olmayan bir şekilde izlemek için bir protokol sunulmuştur. Spesifik olarak, önerilen protokol, serebral oksijenasyon, serebral kan akışı ve serebral metabolizma hakkında gerçek zamanlı bilgileri tespit etmek ve görüntülemek için hibrit bir yaygın optik sistemler kullanır.

Diffüz Optik Spektroskopilerle Nörokritik Hastaların Gerçek Zamanlı İzlenmesi

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

Research

JoVE Journal

Medicine

Evaluation of Nanoparticle Uptake in Tumors in Real Time Using Intravital Imaging

Intravital Görüntüleme Gerçek Zamanlı tümörler Nanopartikül Alımı Değerlendirme

Current technologies for tumor imaging, such as ultrasound, MRI, PET and CT, are unable to yield high-resolution images for the assessment of nanoparticle ...

Movement Retraining using Real-time Feedback of Performance

Hareket Performans Gerçek zamanlı geri bildirim ile yeniden eğitimi

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

Cerebrospinal Fluid MicroRNA Profiling Using Quantitative Real Time PCR

Kantitatif Real Time PCR kullanarak Beyin Omurilik Sıvısı MicroRNA Profil

MicroRNAs (miRNAs) constitute a potent layer of gene regulation by guiding RISC to target sites located on mRNAs and, consequently, by modulating their ...

Real-time Cytotoxicity Assays in Human Whole Blood

İnsan Tüm Kan gerçek zamanlı sitotoksisite deneyleri

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

Bir fare Modeli Kullanılarak Akut Radyasyondan Bağlı Cilt zehirlilik Kantitatif Değerlendirme optik tayf Diffüz

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

Gerçek Zamanlı Hemodinamik İzlemli Farelerde Karaciğer Yırtıklaması İle Kontrol Edilen Kontrolsüz Hemorajik Şok

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

Akut miyokard infarktüsünde farelerde gerçek zamanlı basınç-hacim Analizi

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

Bio-energetics Investigation of Candida albicans Using Real-time Extracellular Flux Analysis

Bio-energetics Investigation of Candida albicans Using Real-time Extracellular Flux Analysis

Candida albicans kullanarak gerçek zamanlı ekstraselüler akı analiz biyo-enerji incelenmesi

Mitochondria are essential organelles for the cellular metabolism and survival. A variety of key events take place in mitochondria, such as cellular ...

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

Kalp Yetmezliği Olan Hastalarda Kardiyopulmoner Egzersiz Testinde Beyin Dokusu Doygunluğu İzlenmesinin Entegrasyonu

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

Evaluation of Capnography Sampling Line Compatibility and Accuracy when Used with a Portable Capnography Monitor

Taşınabilir Kapnografi Monitörü ile Kullanıldığında Kapnografi Örnekleme Hattı Uyumluluğunun ve Doğruluğunun Değerlendirilmesi

Capnography is commonly used to monitor patient&#8217;s ventilatory status. While sidestream capnography has been shown to provide a reliable assessment ...