गैर इनवेसिव सेरेब्रल और शिशुओं में चयापचय hemodynamics की ऑप्टिकल मापन

Summary

हम आवृत्ति डोमेन फैलाना सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी मस्तिष्क में रक्त के प्रवाह सूचकांक के उपाय करने के लिए ऑक्सीजन चयापचय के एक सूचकांक के अनुमान के साथ मस्तिष्क हीमोग्लोबिन oxygenation के निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी उपायों संयुक्त. हम एक bedside स्क्रीनिंग स्वास्थ्य और नवजात शिशु के मस्तिष्क के विकास का मूल्यांकन करने के लिए एक उपकरण के रूप में इस उपाय की उपयोगिता का परीक्षण किया.

Abstract

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO₂). Thus, measures of CMRO₂ are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO₂ an ideal target for bedside measurement of brain health.

Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.

Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO₂) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO₂ is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO₂ are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult ^1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients ³. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO₂ with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBF_i) to yield an index of CMRO₂ (CMRO_2i) ^4,5.

With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

Introduction

FDNIRS डिवाइस 8 लेजर आठ 660 से 830 एनएम को लेकर तरंगदैर्य, और दो photomultiplier ट्यूब डिटेक्टरों (PMT) में उत्सर्जन डायोड के दो समान सेट के साथ एक स्वनिर्धारित आवृत्ति डोमेन आईएसएस इंक से प्रणाली है. सूत्रों का कहना है डिटेक्टरों और 110 मेगाहर्ट्ज और 110 मेगाहर्ट्ज से अधिक 5 kHz संग्राहक हैं, क्रमशः, heterodyne ⁶ का पता लगाने को प्राप्त है. प्रत्येक लेजर डायोड पर 10 मिसे के लिए बदल गया है अनुक्रम में चक्र प्रति एक 160 मिसे कुल अधिग्रहण के समय के लिए. सूत्रों का कहना है डिटेक्टरों और फाइबर ऑप्टिक्स के लिए मिलकर कर रहे हैं और एक ऑप्टिकल जांच में एक पंक्ति में व्यवस्थित. जांच पर फाइबर की व्यवस्था ऐसी है कि यह चार अलग स्रोत डिटेक्टर separations का उत्पादन है. कई दूरी पर प्रेषित प्रकाश (आयाम क्षीणन और चरण में बदलाव) को मापने के द्वारा, हम निगरानी के तहत (μa) अवशोषण और बिखरने ऊतक के (μs ') coefficients यों कर सकते हैं. कई तरंगदैर्य पर अवशोषण coefficients से, हम तो oxygenated (एचबीओ) के निरपेक्ष मूल्यों का अनुमान है औरdeoxygenated (HBR) में हीमोग्लोबिन सांद्रता ^7, मस्तिष्क में रक्त मात्रा (CBV) और हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन संतृप्ति ₍₂ एसओ).

निर्मित प्रणाली डीआरएस द्वारा विकसित एक समान – DCS डिवाइस एक घर है. अर्जुन Yodh और ^8,9 पेंसिल्वेनिया विश्वविद्यालय में Turgut Durduran. DCS प्रणाली है कि एक ठोस के होते हैं – राज्य, 785 एनएम पर लंबे समय के जुटना लेजर, चार फोटॉन – गिनती हिमस्खलन photodiode (APD) (EG & G Perkin Elmer SPCM – AQRH) डिटेक्टरों कम अंधेरे मायने रखता (<50 मायने रखता है / सेक) की विशेषता और एक उच्च क्वांटम (785 एनएम पर 40%), उपज और एक चार चैनल, 200 nsec संकल्प के साथ 256 बिन बहु – ताऊ correlator. DCS साथ हम गुणा बिखरे हुए प्रकाश के अस्थायी तीव्रता उतार चढ़ाव है कि बदलाव डॉपलर लाल रक्त कोशिकाओं हिल द्वारा उत्पादित से उठता बढ़ाता द्वारा प्रमस्तिष्क प्रांतस्था में microvascular रक्त प्रवाह को मापने. तकनीक, लेजर डॉपलर रक्त flowmetry के लिए इसी तरह की (यानी वे फूरियर Tr0.5 सेकंड ansform) analogs, प्रत्येक डिटेक्टर 200 nsec की एक देरी समय सीमा पर एक डिजिटल correlator द्वारा गणना चैनल की तीव्रता उतार चढ़ाव के एक autocorrelation समारोह के उपाय. correlator अस्थायी ऊतक से फिर उभरती प्रकाश की तीव्रता ऑटो सहसंबंध computes. हम तो प्रसार सहसंबंध मापा autocorrelation समारोह समीकरण फिट क्रमिक रूप से हासिल कर ली है, के बारे में एक बार प्रति सेकंड, रक्त प्रवाह (CBF _मैं) सूचकांक ^10,11 प्राप्त. रक्त के प्रवाह में परिवर्तन की DCS उपाय बड़े पैमाने पर किया गया है ^12,13 वैधीकृत. _मैं CBF की DCS उपायों के साथ ₂ तो FDNIRS उपायों संयोजन करके, हम मस्तिष्क ऑक्सीजन चयापचय (CMRO _2i) के एक अनुमान प्राप्त करने के.

Protocol

1. बेडसाइड उपायों के लिए तैयार FDNIRS और DCS सिस्टम कॉम्पैक्ट और आसान करने के लिए एक छोटी सी गाड़ी पर अस्पताल में शिशु बेडसाइड (1 चित्रा) के लिए स्थानांतरित कर रहे हैं. बिस्तर के लिए उपकरणों के साथ गाड़ी आगे बढ़ जाने के बाद, सिस्टम पर बारी और FDNIRS और DCS उपकरणों के लिए ऑप्टिकल जांच कनेक्ट. सुनिश्चित करें कि दो experimenters हर माप के लिए मौजूद हैं: एक के लिए उपकरणों और कंप्यूटर का प्रबंधन, और एक जांच को धारण करने के लिए. शिशु postmenstrual उम्र (पीएमए) के अनुसार उचित जांच चुनें. FDNIRS 1, 1.5, 2, और 2.5 सेमी की स्रोत डिटेक्टर separations के साथ ऑप्टिकल जांच <शिशुओं 37 wks PMA और जांच FDNIRS 1.5 separations के साथ, 2, 2,5 और 3 सेमी के लिए प्रयोग किया जाता है बड़े शिशुओं (2-एक आंकड़ा के लिए प्रयोग किया जाता है ). कम स्रोत डिटेक्टर separations के चुनाव अपरिपक्व 'शिशुओं के छोटे आकार और बड़ा सिर वक्रता द्वारा निर्धारित होता है. जब एक अपरिपक्व शिशु के साथ एक बड़ा जांच का उपयोग कर, relatबच्चे का सिर और अपने महत्वपूर्ण वक्रता ively छोटे आकार के साथ शिशु के सिर और सभी स्रोतों और डिटेक्टरों के बीच प्रभावी संपर्क बाधित है. इस कारण से, FDNIRS स्रोत डिटेक्टर separations के साथ 1, 1.5, 2, और 2.5 सेमी की जांच preterm शिशुओं के साथ प्रयोग के लिए उपयुक्त है. हमारे अनुसंधान सत्यापित किया है कि चुना स्रोत डिटेक्टर separations दोनों अपरिपक्व और अवधि 14 के मस्तिष्क प्रांतस्था की संपत्तियों ऑप्टिकल के उपाय करने के लिए पर्याप्त हैं. DCS स्रोत और डिटेक्टर फाइबर एक 1.5 का स्रोत डिटेक्टर दूरी (एक डिटेक्टर) और दोनों समय से पहले और अवधि शिशुओं जांच में 2 सेमी (तीन डिटेक्टरों) के साथ FDNIRS फाइबर के समानांतर पंक्ति में व्यवस्थित कर रहे हैं. शनि कपड़ा पोंछे और जांच और एक polypropylene एकल उपयोग प्लास्टिक की आस्तीन में फाइबर डालने disinfecting के साथ ऑप्टिकल जांच Sanitize. 2. FDNIRS लाभ सेटिंग्स और अंशांकन FDNIRS ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) खोलें और प्रोग्राम सेटिंग्स फ़ाइल का चयन करेंजांच करने के लिए इसी अंशांकन और ब्लॉक का इस्तेमाल किया जा रहा है. डिटेक्टर लाभ को समायोजित करने के लिए, धीरे विषय के सिर के एक क्षेत्र पर बाल (अधिमानतः माथे के बाईं ओर) के बिना जांच और जगह एक ही स्थिति में यह किसी भी दबाव लागू करने के बिना बनाए रखने. स्रोतों और डिटेक्टरों पर मुड़ें और PMT वोल्टेज समायोजित जब तक स्रोत लेज़रों के किसी भी आयाम 20,000 मायने रखता तक पहुँचता है. ३२,००० गिनती डिजिटल अधिग्रहण कार्ड अनुरूप अधिकतम डिजिटलीकरण है, और लाभ है कि सीमा से नीचे सेट किया जा डेटा अधिग्रहण के दौरान संतृप्ति से बचने की जरूरत है. लाभ ललाट क्षेत्र में स्थापित किया जाना चाहिए क्योंकि इस क्षेत्र में आम तौर पर लेज़र प्रकाश की सबसे कम अवशोषण है और इसलिए सबसे संतृप्ति के लिए प्रवण. स्रोतों और डिटेक्टरों मुड़ें और अंशांकन ब्लॉक करने के लिए जांच वापस. मैं डिटेक्टरों के लिए बंद कर दिया करने की आवश्यकता है क्योंकि PMTs बहुत संवेदनशील है और किसी भी उज्ज्वल प्रकाश के लिए प्रदर्शन कर रहे हैं, लेज़रों के लिए बंद कर दिया जा सकता है जब आँख की सुरक्षा के लिए जांच चलती की जरूरत हैपृष्ठभूमि शोर ncreases और स्थायी रूप से उन्हें नुकसान हो सकता है. अगर किसी भी स्रोत डिटेक्टर जोड़ी संतृप्त अंशांकन ब्लॉक पर वापस जांच के साथ, तटस्थ घनत्व फिल्टर (एनडी) का उपयोग करें. विभिन्न एन डी फिल्टर विभिन्न त्वचा टन के साथ कारण शिशुओं में अनुकूलन लाभ के लिए चुना जा सकता है जांच अभी भी 16 सेकंड के लिए पकड़ जबकि अंशांकन प्रक्रिया चल रहा है. चूंकि हम शारीरिक रूप से अलग दूरी के लिए एक स्रोत कदम नहीं एक ही डिटेक्टर से बहु दूरी के लिए एक योजना को प्राप्त करने के लिए, लेकिन इसके बजाय दो स्वतंत्र सूत्रों और दो स्वतंत्र डिटेक्टरों के चार संयोजन का उपयोग करने के लिए, हम दो स्रोतों के विभिन्न शक्ति के लिए जांच और की जरूरत है दो डिटेक्टरों के विभिन्न लाभ. ज्ञात ऑप्टिकल गुण के एक अंशांकन ब्लॉक को मापने के द्वारा, हम आयाम और चरण सुधार कारकों अंशांकन ब्लॉक के अवशोषण और बिखरने coefficients को ठीक करने की जरूरत का अनुमान है. अंशांकन के बाद, ब्लॉक पर डेटा के 16 सेकंड के अधिग्रहण और नेत्रहीन वें की पर्याप्तता का आकलनएक घर में MATLAB जीयूआई के साथ ई अंशांकन. मापा μa और μs 'सभी तरंगदैर्य पर अंशांकन ब्लॉक के वास्तविक coefficients मैच चाहिए. Recalibrate अगर फिट गरीब है. यदि डिटेक्टर लाभ के लिए बदल गया है, हो सकता है या स्रोत और डिटेक्टर फाइबर माप के दौरान काट दिया जाना चाहिए की जरूरत है, FDNIRS डिवाइस के अंशांकन प्रक्रिया दोहराएँ. माप सत्र के अंत में, अंशांकन ब्लॉक पर डेटा के एक और 16 सेकंड के अधिग्रहण की पुष्टि है कि अंशांकन विषय पर माप के दौरान बनाए रखा गया था. यदि अंशांकन बनाए रखा नहीं गया है, माप के अंत में एक दूसरे अंशांकन ले और डेटा प्राप्त करने के लिए लागू होते हैं. 3. DCS सेटिंग्स घर में DCS डाटा अधिग्रहण जीयूआई खोलें और सेटिंग्स ऑप्टिकल जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है इसी फ़ाइल लोड. मापन शुरू करने से पहले, सत्यापित करें कि DCS स्रोत के लेजर शक्ति टी मापने के द्वारा त्वचा प्रदर्शन के लिए उपयुक्त हैवह एक बिजली मीटर और आईआर देखने कार्ड (लेजर 785 एनएम का उत्सर्जन करता है, जो दिखाई नहीं दे रहा है) के साथ स्थान आकार की जाँच के साथ DCS स्रोत के लेजर शक्ति. DCS लेजर बिजली ~ 60 मेगावाट और एक अपेक्षाकृत छोटे व्यास फाइबर (400-600 सुक्ष्ममापी) के लिए युग्मित है. त्वचा के जोखिम के लिए एएनएसआई मानकों को पूरा करते हैं, तो जांच में प्रकाश तनु और एक बड़े क्षेत्र भर में दूर तक फैला हुआ होना चाहिए. यह एक 3 मिमी व्यास सफेद Teflon शीट (2-चित्रा) के साथ फाइबर की नोक को कवर द्वारा हासिल की है. Teflon अत्यधिक बिखरने और व्यापक रूप से लेजर बीम diffuses. बिस्तर पर सुनिश्चित करने के लिए, कि जांच में लेजर शक्ति कम से कम 25 मेगावाट है और स्थान आकार व्यास में 3 मिमी की तुलना में बड़ा है. FDNIRS के लिए के रूप में हमेशा से स्रोतों और डिटेक्टरों बारी जब ऑप्टिकल जांच चलती. DCS पहचान फोटोन गिनती है और वहाँ कोई APD लाभ रूप में FDNIRS उपकरण के लिए आवश्यक है समायोजन है. अधिग्रहण सॉफ्टवेयर में एक ध्वज अगर बहुत ज्यादा प्रकाश का पता चला है इंगित करता है, जो मामले में प्रकाश eit युग्मनउसके स्रोत या डिटेक्टर फाइबर connectors फाइबर मोड़ के द्वारा कम किया जा जरूरत है. पर्याप्त प्रकाश का पता लगाने 200,000-4,000,000 का पता चला फोटॉनों (-26 ~ कंप्यूटर के प्रदर्शन पर 0 DB इसी) की सीमा पर है. अत्यधिक कमरे प्रकाश से बचने के लिए पृष्ठभूमि शोर को कम करने के लिए. DCS के अंशांकन CBF मैं मापने के लिए आवश्यकता नहीं है. रक्त प्रवाह समय यह सहसंबंध कम लेता आनुपातिक है. एक ठोस ब्लॉक संकेत गुणवत्ता की जांच क्योंकि वहाँ नहीं चलती बिखरने क्षय का कारण कणों के लिए पर्याप्त नहीं है. तेजी से रक्त प्रवाह, steeper क्षय – एक experimenter हाथ बजाय क्षय को दर्शाता है. 4. डाटा अधिग्रहण जबकि FDNIRS और DCS माप अनुक्रम में जल्दी से किया जा सकता है, पहली बार एक डिवाइस के साथ सभी स्थानों को मापने के लिए और फिर अन्य उपकरण के साथ ही प्रगति को दोहराने के लिए, स्वतंत्र अधिग्रहण प्रत्येक के लिए इसी सॉफ्टवेयर का उपयोग. सात को कवर स्थानों को मापने ललाट, अस्थायी और parietएक 10-20 प्रणाली (FP1, FPZ, FP2, C3, C4, P3, P4) के अनुसार अल क्षेत्रों, इस क्रम में, (चित्रा 2-B). पार्ट स्रोत डिटेक्टर लाइन के साथ बाल और सिर के उस क्षेत्र पर जांच जगह है. चालू FDNIRS पराबैंगनीकिरण और डिटेक्टरों पर और संकेत गुणवत्ता की जांच: आयाम मायने 2,000 और 20,000 के बीच हो सकता है और चरण SNR <2 डिग्री का बदलाव करना चाहिए. यदि इन सीमाओं के बाहर, जांच reposition, यह सुनिश्चित करने के बाल जुदा है और सभी स्रोतों और डिटेक्टरों त्वचा के साथ संपर्क में हैं. 16 सेकंड के लिए डेटा मोल. माप दोहराएँ प्रत्येक स्थान में तीन बार (2 सी चित्रा), बाल बिदाई और प्रत्येक अधिग्रहण के लिए एक अलग जगह में जांच repositioning. यह बाल और सतही बड़े जहाजों के रूप में स्थानीय inhomogeneities के प्रभाव को कम करने के लिए एक ही स्थान के बजाय एक क्षेत्र के प्रतिनिधि, मूल्य प्रदान करने के लिए किया जाता है. DCS लेजर और डिटेक्टरों पर मुड़ें और 10 सेकंड के लिए डेटा प्राप्त. जांच और प्रतिनिधि का स्थान बदलेंखाने के अधिग्रहण (FDNIRS उपायों के साथ के रूप में). सभी लेज़रों जब स्थानों के बीच जांच चलती. सभी सात स्थानों में डाटा संग्रह हमेशा संभव नहीं है. माप बंद से यदि इस विषय संकट या गति के किसी भी संकेत प्रकट होता है. यदि संभव हो तो अधिग्रहण का पुन: प्रयास करें. ईईजी इलेक्ट्रोड या श्वसन उपकरणों के भी कुछ स्थानों में माप को रोकना हो सकता है. 5. प्रणालीगत पैरामीटर के उपाय CMRO 2i, दो प्रणालीगत पैरामीटर, धमनी (2 साओ) खून (HGB) में और oxygenation हीमोग्लोबिन की गणना के लिए हासिल किया जाना चाहिए. HGB भी CBV की गणना करने की जरूरत है. जबकि परंपरागत पल्स oximetry 2 साओ उपाय प्रदान करता है, HGB पारंपरिक एक रक्त परीक्षण के साथ मापा जाता है. एक नई नाड़ी oximeter Masimo निगम द्वारा विकसित की है, HGB कई तरंगदैर्य का उपयोग करके गैर invasively को मापने के लिए सक्षम है. डिवाइस शिशुओं> 3 किलो के लिए एफडीए को मंजूरी दी है, और एक त्वरित बेडसाइड meas के लिए अनुमति देता हैदोनों साओ 2 और HGB ure. रिकार्ड साओ 2 और HGB एक Masimo नाड़ी oximeter (तेज़ी हाजिर सह oximeter नाड़ी जांच) का इस्तेमाल करते हैं. इन माप के लिए, बच्चे के पैर के बड़े पैर के अंगूठे के लिए चिपकने वाला एक सेंसर एकल उपयोग देते हैं. HGB कुछ सेकंड के भीतर मॉनीटर पर प्रदर्शित किया जाएगा. जब यह संभव अन्य एफडीए को मंजूरी दी नाड़ी oximeters के साथ सह oximeter Masimo नाड़ी, उपाय 2 साओ का उपयोग नहीं है. HGB या तो मरीजों के नैदानिक ​​चार्ट से बरामद किया जा सकता है या मानक मूल्यों का उपयोग करने का अनुमान है. 6. डेटा विश्लेषण एक घर में पोस्ट प्रसंस्करण डेटा विश्लेषण GUI खोलें MATLAB का उपयोग. इस सॉफ्टवेयर न केवल सभी hemodynamic मापदंडों का अनुमान है, लेकिन यह भी डेटा के अतिरेक का उपयोग करता है के लिए स्वचालित रूप से माप गुणवत्ता का आकलन और परिणाम विवश. <0.98 प्रयोगात्मक डेटा के मॉडल फिट, पी मूल्य के लिए> R2 0: गुणवत्ता नियंत्रण के लिए स्वचालित उद्देश्य मानदंडों FDNIRS discarding डेटा के लिए अगर से मिलकर बनता है(3-एक आंकड़ा) Pearson उत्पाद पल आठ मापा अवशोषण coefficients के बीच सहसंबंध गुणांक और हीमोग्लोबिन फिट के लिए 0.02, पी – मूल्य> तरंगदैर्ध्य बनाम कम बिखरने गुणांक के रैखिक फिट करने के लिए 0.02 (चित्रा 3-B) 15. यदि डेटा गुण discarding के 33 प्रतिशत से अधिक है, पूरे सेट को खारिज कर दिया है. DCS के लिए, डेटा अगर खारिज कर दिया है: फिटिंग वक्र की पूंछ से अधिक 0.02 से 1 से अलग, 3 वक्र के पहले अंक के बीच संचयी बदलाव 0.1 से अधिक है, या 3 1 अंक की औसत मूल्य अधिक है 1.6 (चित्रा 4) से अधिक है. यदि घटता के 50 प्रतिशत से अधिक का त्याग कर रहे हैं, या फिट मान भिन्नता> 15 प्रतिशत की एक गुणांक है, पूरे सेट 15 खारिज कर दिया है. सभी तरंगदैर्य पर अवशोषण गुणांक फिटिंग पूर्ण एचबीओ और HBR सांद्रता की गणना, एचबी विलुप्त होने के 16 coefficients के लिए साहित्य मूल्यों का उपयोग कर औरएक पानी का 75 प्रतिशत 17 के ऊतकों में एकाग्रता. कुल हीमोग्लोबिन (HBT = एचबीओ HBR +) एकाग्रता और एचबीओ और HBR सांद्रता से 2 (एचबीओ / HBT) निकाले जाते हैं. मस्तिष्क रक्त Ijichi एट अल 18 में वर्णित समीकरण का उपयोग मात्रा का अनुमान है. CBV = (HBT × मेगावाट एचबी) / (HGB बीटी डी ×), जहां मेगावाट एचबी = 64,500 / छ Mol] एचबी की आणविक भार है, और डी बीटी = 1.05 छ / मिलीलीटर मस्तिष्क ऊतक घनत्व है. प्रसार सहसंबंध समीकरण फिटिंग मापा अस्थायी autocorrelation कार्यों द्वारा CBF मैं गणना. विस्तृत सैद्धांतिक CBF की गणना ढांचे मैं Boas एट अल और. Boas और Yodh 10,11 में है. समीकरणों में, व्यक्ति अवशोषण FDNIRS और पूरी आबादी में बिखरने गुणांकों के एक औसत से मापा coefficients का उपयोग करें. तो यह है की FDNIRS उपाय का उपयोग करके मस्तिष्क में ऑक्सीजन की खपत के सूचकांक की गणना <sub> 2 और निम्न समीकरण के साथ DCS CBFi के उपाय: CMRO 2i = (HGB × CBFi (2 साओ × – 2 तो)) / (4 × मेगावाट एचबी × β) 15, जहां 4 कारक चार हे 2 अणुओं को दर्शाता है प्रत्येक हीमोग्लोबिन के लिए बाध्य और β शिरापरक डिब्बे के हीमोग्लोबिन oxygenation माप 19 प्रतिशत योगदान है.

Representative Results

पिछले पांच साल में हम व्यवहार्यता और प्रस्तावित विधि के नैदानिक ​​उपयोगिता का प्रदर्शन किया है. विशेष रूप से, हम CMRO 2 से पता चला है अतः 2 की तुलना में दिमाग के स्वास्थ्य और विकास के अधिक प्रतिनिधि हो. 50 से अधिक स्वस्थ शिशुओं पर एक पार के अनुभागीय अध्ययन में हमने पाया कि जबकि CBV जीवन के पहले वर्ष के दौरान दोगुने से भी अधिक है, तो 2 बनी हुई है 4 निरंतर (5 चित्रा). एक अध्ययन में 70 स्वस्थ नवजात शिशुओं पर हम यह भी पाया कि 2 मस्तिष्क क्षेत्रों में स्थिर है, जबकि CMRO 2i, CBV और CBF ललाट (6 चित्रा) क्षेत्र 20, जो पीईटी ग्लूकोज तेज के साथ संगत है से लौकिक और पार्श्विका क्षेत्रों में अधिक कर रहे हैं 21 निष्कर्ष. हमारे अध्ययन के दोनों में 2 तो स्थिर है, के भीतर एक 60-70 प्रतिशत की सीमा यह इंगित करता है कि ऑक्सीजन प्रसव निकट स्थानीय खपत से मेल खाता है, जबकि CBV CBF, और 2 CMRO मो रहे हैंफिर कस तंत्रिका विकास के साथ मिलकर. सत्यापित करें कि CMRO 2i 2 बहुत से एक बेहतर नवजात मस्तिष्क की चोट का पता लगाने में स्क्रीनिंग उपकरण है, हम तीव्र 5 चरण के दौरान मस्तिष्क घायल शिशुओं मापा, और चोट के बाद कई महीनों पुरानी चरण के दौरान (कुछ शिशुओं में). 7 चित्रा में परिणाम शो ऐसा कैसे 2 मस्तिष्क की चोट से काफी बदल दोनों जल्दी (1-15 दिनों के अपमान के बाद) और जीर्ण अवस्था (महीनों चोट के बाद) में नहीं है, जबकि CMRO 2i दोनों तीव्र और जीर्ण चरणों के दौरान सामान्य से काफी अलग है . विशेष रूप से, CMRO 2i जब्ती गतिविधि की वजह से मस्तिष्क की चोट के बाद तीव्र चरण और पुरानी neuronal नुकसान के कारण चरण के दौरान सामान्य से कम के दौरान उठाया है. Hypoxic ischemic चोटों के साथ शिशुओं वर्तमान में से मस्तिष्क चयापचय कम करने के लिए कर रहे हैं चिकित्सकीय हाइपोथर्मिया (ध) के साथ इलाज और hypoxic भारतीय नौसेना पोत के बाद क्षति को कमult. चिकित्सकीय हाइपोथर्मिया तीन दिनों के लिए बनाए रखा है और हम इलाज के दौरान 11 शिशुओं (8 चित्रा) की निगरानी करने में सक्षम हो गया है. हमने पाया है कि CMRO 2i काफी वें दौरान सामान्य से नीचे के स्तर के लिए कम हो जाती है, और इस कमी के लिए चिकित्सा और विकास के परिणाम के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए संबंधित जा रहा है. इन प्रारंभिक परिणाम बताते हैं कि विधि FDNIRS DCS हाइपोथर्मिया चिकित्सा के लिए गाइड और अनुकूलित करने में सक्षम हो सकता है. चित्रा 1. चित्र FDNIRS और DCS उपकरणों के साथ गाड़ी की दो उपकरणों काफी कॉम्पैक्ट करने के लिए एक छोटी सी गाड़ी है कि NICU में शिशु bedside करने के लिए ले जाया जा सकता है पर फिट हैं. चित्रा 2 (ए) ऑप्टिकल जांच विन्यास. <strong> (बी) माप स्थान योजना (सी) एक शिशु पर एक ठेठ माप FDNIRS DCS की एक तस्वीर है. चित्रा 3 मापा के अच्छे और बुरे फिट के प्रतिनिधि उदाहरण (ए) अवशोषण गुणांक और हीमोग्लोबिन (बी) फिट बिखरने गुणांक और रैखिक फिट. पी मूल्य 0.02> एक बुरा फिट करने के लिए संदर्भित करता है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें . चित्रा 4 तीव्रता computed उतार चढ़ाव के एक autocorrelation समारोह के अच्छे और बुरे फिट का एक प्रतिनिधि उदाहरण.0.5 सेकंड 200 nsec का एक देरी समय सीमा पर एक correlator द्वारा. फिटिंग वक्र की पूंछ बुरा फिट आंकड़ा में 1 से 0.02 से अधिक अलग है और 3 1 अंक की भिन्नता 0.1 से अधिक है. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें . चित्रा 5. में CBV और 2 तो जन्म से उम्र के एक वर्ष के लिए शिशुओं में ललाट, अस्थायी और पार्श्विका cortical क्षेत्रों में परिवर्तन. 6 चित्रा. CBF, 2 CBV, और ललाट ते, CMRO 2i70 स्वस्थ नवजात शिशुओं में mporal और पार्श्विका क्षेत्रों. चित्रा 7. असामान्य ऑक्सीजन की खपत के उदाहरण और सामान्य तो 2 शिशुओं में मस्तिष्क की चोट के बाद मस्तिष्क की चोट. CMRO 2 में सामान्य करने के लिए सम्मान के साथ परिवर्तन के द्वारा चिह्नित किया जाता है, जबकि 2 तो सामान्य से काफी अलग नहीं है. कृपया ध्यान दें कि इन दोनों आंकड़ों में, CMRO 2 Grubb संबंध का उपयोग कर की गणना की थी, क्योंकि DCS उपाय उन माप के समय पर उपलब्ध नहीं था. चित्रा 8. चिकित्सीय हाइपोथर्मिया बनाम उम्र से मिलान स्वस्थ नियंत्रण के दौरान 11 शिशुओं की 2 rCMRO. ऑक्सीजन चयापचय दृढ़ता से हाइपोथर्मिया चिकित्सा के साथ सभी शिशुओं में कम है.

Discussion

हम मस्तिष्क और और नवजात आबादी में FDNIRS DCS साथ hemodynamic चयापचय के एक मात्रात्मक माप का प्रदर्शन किया. जांच विन्यास नवजात मस्तिष्क प्रांतस्था ^{14 को} मापने के लिए अनुकूलित है. रक्त का प्रवाह DCS द्वारा मापा परिवर्तन बड़े पैमाने पर किया गया है जानवर और मानव अध्ययन में ^22,23 अन्य तकनीकों के खिलाफ मान्य. रक्त प्रवाह का एक सीधा DCS उपाय का उपयोग करके, हम CMRO _2i ²⁴ की गणना में अंतर को कम करने में सक्षम हैं. दोहराया उपायों से विचरण भी मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच और ²⁰ साल की उम्र के साथ परिवर्तन की तुलना में छोटे.

हमारे पिछले परिणामों से, CBFi और CMRO _2i PMA साथ स्वस्थ अपरिपक्व नवजात शिशुओं में महत्वपूर्ण परिवर्तन दिखाया. CMRO _2i के उपाय बेहतर उपाय के ₂ अतः तुलना में मस्तिष्क क्षति का पता लगाने में सक्षम है. यह पता चलता है संवहनी और चयापचय पैरामीटर की है कि संयुक्त उपायों के रूप में और अधिक मजबूत ख की सेवानवजात मस्तिष्क स्वास्थ्य और विकास की ऑक्सीजन संतृप्ति से अकेले iomarkers. तकनीकी सुधार दो उपकरणों के एकीकरण पर ध्यान केंद्रित करने के लिए अधिग्रहण के समय प्रति सत्र 35-40% और डेटा की गुणवत्ता पर प्रतिक्रिया वास्तविक समय के कार्यान्वयन के लिए त्याग उपायों की आवृत्ति कम कम हो जाएगा. निकट भविष्य में, इस प्रणाली बदल मस्तिष्क ऑक्सीजन चयापचय के एक उपन्यास bedside निगरानी के रूप में नैदानिक ​​अंत उपयोगकर्ताओं के लिए दिया जा सकता है. समय पर CMRO ₂ के trajectories मापने के द्वारा भी नैदानिक ​​महत्व में वृद्धि कर सकते हैं और परिणाम की भविष्यवाणी. यह उपकरण अंततः नवजात मस्तिष्क की चोट के बेहतर प्रबंधन की दिशा में एक महत्वपूर्ण योगदान कर सकता है.

Materials

Equipment	Company	Catalogue number	Comments (optional)
Imagent	ISS		FDNIRS
DCS laser fibers	Thorlabs	FT400	DCS component
DCS detector fiber	Thorlabs	780HP	DCS component
DCS laser	CrystaLaser	DL785-070-S	DCS component
DCS detector	Pacer International	SPCM-AQRH-14-FC	DCS component
DCS Correlator	Correlator.com	Flex05-8ch	DCS component
Pronto co-oximeter	Masimo		HGB and SaO2 monitor
NOVA	OPHIR	7Z01500	Laser power meter
Sensor card	Newport	F-IRC1-S	IR viewer
Neutral Density filter	Kodak	NT54-453