JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicina

확산 광학 분광법을 이용한 신경중증 환자의 실시간 모니터링

Published: November 19, 2020
doi:
10.3791/61608
, , , , , , , , ,
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

Summary

여기에 제시된 것은 확산 광학을 사용하여 실시간으로 그리고 침대 옆에서 신경위독한 환자의 뇌 혈역학을 비침습적으로 모니터링하기 위한 프로토콜입니다. 특히, 제안된 프로토콜은 하이브리드 확산 광학 시스템을 사용하여 대뇌 산소화, 대뇌 혈류 및 대뇌 대사에 대한 실시간 정보를 감지하고 표시합니다.

Abstract

신경생리학적 모니터링은 2차 손상을 예방하고 이환율과 사망률에 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 신경중증 환자 치료에서 중요한 목표입니다. 그러나 현재 침대 옆에서 뇌 생리학을 지속적으로 모니터링하기 위한 적절한 비침습적 실시간 기술이 부족합니다. 확산 광학 기술은 신경위독한 환자의 경우 뇌 혈류 및 뇌 산소 공급의 병상 측정을 위한 잠재적인 도구로 제안되었습니다. 확산 광학 분광법은 신생아 모니터링에서 성인의 뇌혈관 중재에 이르기까지 여러 임상 시나리오에서 환자를 모니터링하기 위해 이전에 탐구되었습니다. 그러나 침대 옆에서 실시간 정보를 제공하여 임상의를 돕는 기술의 타당성은 대부분 해결되지 않은 채로 남아 있습니다. 여기에서는 집중 치료 중 뇌 혈류, 대뇌 산소 공급 및 대뇌 산소 대사를 지속적으로 실시간으로 모니터링하기 위한 확산 광학 시스템의 번역을 보고합니다. 이 기기의 실시간 기능은 동맥 혈압과 같은 대리 지표에 의존하지 않고 환자별 뇌 생리학을 기반으로 한 치료 전략을 가능하게 할 수 있습니다. 비교적 저렴하고 휴대 가능한 기기를 사용하여 다양한 시간 규모에서 뇌 순환에 대한 실시간 정보를 제공함으로써 이 접근 방식은 저예산 병원, 외딴 지역 및 개방된 필드(예: 국방 및 스포츠)에서의 모니터링에 특히 유용할 수 있습니다.

Introduction

중증 신경계 환자의 나쁜 결과를 초래하는 대부분의 합병증은 뇌 혈역학적 손상으로 인한 2차 손상과 관련이 있습니다. 따라서 이러한 환자의 뇌 생리학을 모니터링하는 것은 이환율과 사망률에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다 1,2,3,4,5,6,7. 그러나 현재 병상에서 신경중환자 환자의 뇌 생리학을 지속적으로 실시간 비침습적으로 모니터링하기 위한 확립된 임상 도구는 없습니다. 잠재적 후보들 중에서, 확산 광학 기술들이 최근 이러한 갭(8,9,10,11)을 메우기 위한 유망한 도구로서 제안되었다. 두피에서 확산 산란된 근적외선(~650-900nm)의 느린 변화(즉, 수십에서 수백 ms 정도)를 측정함으로써 확산 광학 분광법(DOS)은 대뇌 옥시(HbO) 및 데옥시-헤모글로빈(HbR)과 같은 뇌의 주요 발색단의 농도를 측정할 수 있습니다12,13. 또한, 광도의 급격한 변동(즉, 수 μs에서 몇 ms까지)을 정량화함으로써 확산 상관 분광법(DCS)10,14,15,16,17로 대뇌 혈류(CBF)를 측정할 수 있습니다. DOS와 DCS를 결합하면 대뇌 대사율 (CMRO2) 18,19,20의 추정치를 제공 할 수도 있습니다.

DOS와 DCS의 조합은 여러 전임상 및 임상 시나리오에서 환자를 모니터링하기 위해 탐색되었습니다. 예를 들어, 확산 광학은 심장 결함을 치료하기 위한 심장 수술 중을 포함하여 중환자 신생아 21,22,23,24에 대한 관련 임상 정보를 제공하는 것으로 나타났다23,25,26,27,28 . 또한 몇몇 저자들은 경동맥 내막 절제술 29,30,31, 뇌졸중에 대한 혈 전 용해 치료32, 침대 머리 조작 33,34,35, 심폐 소생술 36 및 기타37,38, 39. 지속적인 혈압 모니터링이 또한 이용가능한 경우, 확산 광학은 건강한 피험자 및 중환자 모두(11,40,41,42)에서 대뇌 자가조절을 모니터링하고, 뿐만 아니라 뇌 순환의 임계 폐쇄 압력을 평가하기 위해 사용될 수 있다(43). 여러 저자가 서로 다른 금본위제 CBF 측정치에 대해 DCS를 사용한 CBF 측정을 검증한 반면, 확산 광학으로 측정된 CMRO2는 신경임계 모니터링에 유용한 파라미터인 것으로 나타났다 8,18,23,24,28,43,44,45 . 또한, 이전 연구에서는 저산소 46,47,48 및 허혈성 사건 8의 예측을 포함하여 신경임계 환자8,9,10,11의 장기 모니터링을 위한 광학 유래 대뇌 혈역학 파라미터를 검증하였다.

종적 측정과 임상 개입 중에 귀중한 실시간 정보를 제공하는 확산 광학 기술의 신뢰성은 대부분 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 독립형 DOS 시스템의 사용은 이전에 침습적 뇌 조직 산소 장력 모니터와 비교되었으며 DOS는 침습적 모니터를 대체하기에 충분한 감도가 없는 것으로 간주되었습니다. 그러나 상대적으로 작은 모집단을 사용하는 것 외에도 침습적 모니터와 비침습적 모니터의 직접적인 비교는 각 기술이 대뇌 혈관 구조의 다른 부분을 포함하는 다른 부피를 조사하기 때문에 잘못 안내될 수 있습니다. 이러한 연구는 궁극적으로 확산 광학이 침습적 모니터를 대체하지 않는다는 결론을 내렸지만 두 연구 모두에서 DOS는 중간에서 양호한 정확도를 달성했으며, 이는 침습적 모니터를 사용할 수 없는 경우 및/또는 장소에 충분할 수 있습니다.

다른 접근법에 비해 확산 광학의 주요 장점은 휴대용 기기를 사용하여 침대 옆에서 비침습적으로(그리고 지속적으로) 혈류와 조직 혈액 산소화를 동시에 측정할 수 있다는 것입니다. 경두개 도플러 초음파(TCD)와 비교할 때 DCS는 조직 수준에서 관류를 측정하는 반면 TCD는 뇌 기저부의 큰 동맥에서 대뇌 혈류 속도를 측정하는 추가 이점이 있습니다. 이러한 구분은 근위 대동맥류와 연수막 측부가 관류에 기여하는 협착 폐쇄성 질환을 평가할 때 특히 중요할 수 있습니다. 광학 기술은 또한 양전자 방출 단층 촬영(PET) 및 자기 공명 영상(MRI)과 같은 다른 전통적인 이미징 방식과 비교할 때 이점이 있습니다. MRI 또는 PET 단독으로는 불가능한 CBF 및 HbO/HbR 농도에 대한 직접적인 측정을 동시에 제공하는 것 외에도 광학 모니터링은 훨씬 더 나은 시간 분해능을 제공하여 예를 들어 동적 대뇌 자동 조절40,41,42 및 동적으로 진화하는 혈역학적 변화에 대한 평가를 허용합니다. 또한, 확산 광학 기기는 PET 및 MRI에 비해 저렴하고 휴대가 간편하며, 이는 저소득 및 중간 소득 국가에서 혈관 질환의 높은 부담을 감안할 때 중요한 이점입니다.

여기에서 제안된 프로토콜은 중환자실(ICU)에 있는 환자의 실시간 병상 신경 모니터링을 위한 환경입니다. 이 프로토콜은 임상 친화적인 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 및 맞춤형 광학 센서와 함께 하이브리드 광학 장치를 사용하여 환자를 조사합니다(그림 1). 이 프로토콜을 선보이기 위해 사용된 하이브리드 시스템은 독립 모듈에서 나온 두 개의 확산 광학 분광기, 즉 상용 주파수 영역(FD) DOS 모듈과 홈메이드 DCS 모듈을 결합합니다(그림 1A). FD-DOS 모듈(49, 50)은 4개의 상이한 파장(690, 704, 750 및 850 nm)에서 방출되는 4개의 광전자 증배관(PMT)과 32개의 레이저 다이오드로 구성된다. DCS 모듈은 785nm에서 방출되는 긴 간섭성 레이저, 검출기로서의 16개의 단일 광자 계수기 및 상관기 보드로 구성됩니다. FD-DOS 모듈의 샘플링 주파수는 10Hz이고 DCS 모듈의 최대 샘플링 주파수는 3Hz입니다. FD-DOS 및 DCS 모듈을 통합하기 위해 제어 소프트웨어 내부에 마이크로 컨트롤러가 프로그래밍되어 각 모듈 간에 자동으로 전환되었습니다. 마이크로 컨트롤러는 FD-DOS 및 DCS 레이저를 켜고 끄는 역할을 할 뿐만 아니라 각 모듈의 인터리브 측정을 허용하는 FD-DOS 검출기를 담당합니다. 전체적으로, 제안된 시스템은 신호 대 잡음비(SNR) 요건에 따라 매 0.5 내지 5초마다 하나의 결합된 FD-DOS 및 DCS 샘플을 수집할 수 있다(더 긴 수집 시간은 더 나은 SNR로 이어짐). 빛을 이마에 연결하기 위해 각 환자에 맞게 맞춤화할 수 있는 3D 프린팅 광학 프로브를 개발했으며(그림 1B), 소스-검출기 분리는 0.8cm에서 4.0cm 사이입니다. 여기에 제시된 예에서 사용된 표준 소스-검출기 분리는 DCS의 경우 2.5cm, FD-DOS의 경우 1.5, 2.0, 2.5 및 3.0cm입니다.

이 연구에서 제시된 프로토콜의 주요 특징은 친숙한 GUI로 하드웨어를 제어하고 다양한 시간 창에서 실시간으로 주요 대뇌 생리학 매개변수를 표시할 수 있는 실시간 인터페이스의 개발입니다(그림 1C). 제안된 GUI 내에서 개발된 실시간 분석 파이프라인은 빠르며 광학 매개변수를 계산하는 데 50ms 미만이 걸립니다(자세한 내용은 보충 자료 참조). GUI는 신경 ICU에서 이미 사용 가능한 현재 임상 장비에서 영감을 얻었으며 시스템을 신경 ICU로 변환하는 동안 임상 사용자의 광범위한 피드백을 통해 조정되었습니다. 결과적으로, 실시간 GUI는 신경 집중 전문의 및 간호사와 같은 일반 병원 직원에 의한 광학 시스템의 채택을 용이하게 할 수 있다. 임상 연구 도구로 확산 광학을 광범위하게 채택하면 생리학적으로 의미 있는 데이터를 모니터링하는 능력을 향상시킬 수 있는 잠재력이 있으며 궁극적으로 확산 광학이 신경에 중요한 환자를 실시간으로 비침습적으로 모니터링하는 데 좋은 옵션임을 입증할 수 있습니다.

Protocol

이 프로토콜은 캄피나스 대학교 지역 위원회(프로토콜 번호 56602516.2.0000.5404)의 승인을 받았습니다. 측정 전에 환자 또는 법적 대리인으로부터 서면 동의서를 얻었습니다. 우리는 전방 순환에 영향을 미치는 허혈성 뇌졸중 또는 지주막하 출혈 진단을 받은 캄피나스 대학의 클리닉 병원에 입원한 환자를 모니터링했습니다. 후방 순환에 영향을 미치는 허혈성 뇌졸중 환자, 두개내압 상승으로 인한 ?…

Representative Results

이상적으로는, DCS 모듈로 얻어진 정규화된 자기상관 곡선은 제로 지연 시간 외삽(단일 모드 광섬유(14)을 사용할 때)에서 대략 1.5여야 하고, 곡선은 더 긴 지연 시간에서 1로 감쇠해야 한다. 곡선은 매끄러워야 하며 더 긴 소스-검출기 분리를 위해 더 빠른 감쇠를 가져야 합니다. 양호한 자기상관의 예가 그림 2A에 나와 있습니다. 그림 2B…

Discussion

본 논문은 신경 중증 환자의 뇌 혈류, 뇌 산소 공급 및 대뇌 산소 대사에 대한 실시간 정보를 제공할 수 있는 하이브리드 광학 시스템을 제시하였다. 확산 광학 기술의 사용은 이전에 임상 시나리오에서 비침습적 병상 모니터링을 위한 잠재적 마커로 다루어졌습니다. 이전 연구에서는 사례 보고서를 통해 신경 ICU에 입원 하는 동안 임상적 측면과 광학 모니터링의 타당성에 초점을 맞췄습니다<sup cl…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

우리는 Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) 및 2013/07559-3을 통해 상파울루 연구 재단 (FAPESP)의 지원을 인정합니다. 자금 제공자는 연구 설계, 데이터 수집 및 분석, 출판 결정 또는 원고 준비에 아무런 역할도 하지 않았습니다.

Materials

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

Riferimenti

  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).

Tags

Real-time MonitoringNeurocritical PatientsDiffuse Optical SpectroscopiesBrain PhysiologyPortable InstrumentationDiffuse OpticsBlood FlowOxygenationNeuro ICUOptical ProbeCalibration PhantomOptical PropertiesPatient ForeheadLaser Safety GogglesData Acquisition
check_url/it/61608?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Menezes Forti, R., Katsurayama, M., Grisotti Martins, G., Valler, L., Quiroga, A., Simioni, L., Menko, J., Falcão, A. L. E., Li, L. M., Mesquita, R. C. Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies. J. Vis. Exp. (165), e61608, doi:10.3791/61608 (2020).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image