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Medicine

Surveillance en temps réel des patients neurocritiques par spectroscopies optiques diffuses

Published: November 19, 2020 doi: 10.3791/61608
Automatic Translation
1,2, 2,3, 1, 2,3, 1,2, 1, 4, 3, 2,5, 1,2
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

ERRATUM NOTICE

Summary

Un protocole de surveillance non invasive de l’hémodynamique cérébrale des patients neurocritiques en temps réel et au chevet du patient à l’aide d’optiques diffuses est présenté ici. Plus précisément, le protocole proposé utilise un système optique diffus hybride pour détecter et afficher des informations en temps réel sur l’oxygénation cérébrale, le flux sanguin cérébral et le métabolisme cérébral.

Abstract

La surveillance neurophysiologique est un objectif important dans le traitement des patients neurocritiques, car elle peut prévenir les dommages secondaires et avoir un impact direct sur les taux de morbidité et de mortalité. Cependant, il existe actuellement un manque de technologies appropriées non invasives et en temps réel pour la surveillance continue de la physiologie cérébrale au chevet du patient. Des techniques optiques diffuses ont été proposées comme outil potentiel pour les mesures au chevet du chevet du débit sanguin cérébral et de l’oxygénation cérébrale chez les patients neurocritiques. Les spectroscopies optiques diffuses ont déjà été explorées pour surveiller les patients dans plusieurs scénarios cliniques allant de la surveillance néonatale aux interventions cérébrovasculaires chez les adultes. Cependant, la faisabilité de la technique pour aider les cliniciens en fournissant des informations en temps réel au chevet du patient reste largement ignorée. Ici, nous rapportons la traduction d’un système optique diffus pour la surveillance continue en temps réel du flux sanguin cérébral, de l’oxygénation cérébrale et du métabolisme cérébral de l’oxygène pendant les soins intensifs. La fonction en temps réel de l’instrument pourrait permettre des stratégies de traitement basées sur la physiologie cérébrale spécifique au patient plutôt que sur des mesures de substitution, telles que la pression artérielle. En fournissant des informations en temps réel sur la circulation cérébrale à différentes échelles de temps avec une instrumentation relativement bon marché et portable, cette approche peut être particulièrement utile dans les hôpitaux à petit budget, dans les régions éloignées et pour la surveillance dans les champs ouverts (par exemple, la défense et le sport).

Introduction

La plupart des complications qui entraînent de mauvais résultats pour les patients neurologiques gravement malades sont liées à des blessures secondaires causées par des déficiences hémodynamiques cérébrales. Par conséquent, la surveillance de la physiologie cérébrale de ces patients peut avoir un impact direct sur les taux de morbidité et de mortalité 1,2,3,4,5,6,7. Actuellement, cependant, il n’existe aucun outil clinique établi pour la surveillance continue non invasive en temps réel de la physiologie cérébrale chez les patients neurocritiques au chevet du patient. Parmi les candidats potentiels, les techniques d’optique diffuse ont récemment été proposées comme un outil prometteur pour combler cette lacune 8,9,10,11. En mesurant les changements lents (c’est-à-dire de l’ordre de dizaines à des centaines de ms) de la lumière proche infrarouge diffusée de manière diffuse (~650-900 nm) du cuir chevelu, la spectroscopie optique diffuse (DOS) peut mesurer les concentrations des principaux chromophores dans le cerveau, tels que l’oxy- cérébral (HbO) et la désoxy-hémoglobine (HbR)12,13. De plus, il est possible de mesurer le débit sanguin cérébral (CBF) avec la spectroscopie de corrélation diffuse (DCS)10,14,15,16,17 en quantifiant les fluctuations rapides de l’intensité lumineuse (c’est-à-dire de quelques μs à quelques ms). Lorsqu’ils sont combinés, DOS et DCS peuvent également fournir une estimation du taux métabolique cérébral d’oxygène (CMRO2)18,19,20.

La combinaison de DOS et de DCS a été explorée pour surveiller les patients dans plusieurs scénarios précliniques et cliniques. Par exemple, il a été démontré que l’optique diffuse fournit des informations cliniques pertinentes pour les nouveau-nés gravement malades 21,22,23,24, y compris lors de chirurgies cardiaques pour traiter des malformations cardiaques 23,25,26,27,28 . En outre, plusieurs auteurs ont exploré l’utilisation de l’optique diffuse pour évaluer l’hémodynamique cérébrale au cours de différentes interventions cérébrovasculaires, telles que l’endartériectomie carotidienne 29,30,31, les traitements thrombolytiques pour l’AVC 32, les manipulations de tête de lit 33,34,35, la réanimation cardiorespiratoire 36, et d’autres37,38, 39. Lorsque la surveillance continue de la pression artérielle est également disponible, l’optique diffuse peut être utilisée pour surveiller l’autorégulation cérébrale, tant chez les sujets sains que chez les sujets gravement malades 11,40,41,42, ainsi que pour évaluer la pression de fermeture critique de la circulation cérébrale 43. Plusieurs auteurs ont validé les mesures de CBF avec DCS par rapport à différentes mesures de CBF de référence 18, tandis que CMRO2 mesuré avec l’optique diffuse s’est avéré être un paramètre utile pour la surveillance neurocritique 8,18,23,24,28,43,44,45 . De plus, des études antérieures ont validé les paramètres hémodynamiques cérébraux dérivés optiquement pour la surveillance à long terme des patients neurocritiques 8,9,10,11, y compris pour la prédiction des événements hypoxiques 46,47,48 et ischémiques 8.

La fiabilité des techniques d’optique diffuse pour fournir des informations précieuses en temps réel lors des mesures longitudinales ainsi que pendant les interventions cliniques reste largement ignorée. L’utilisation d’un système DOS autonome a déjà été comparée à des moniteurs invasifs de tension d’oxygène dans les tissus cérébraux, et le DOS a été jugé ne pas avoir une sensibilité suffisante pour remplacer les moniteurs invasifs. Cependant, en plus d’utiliser des populations relativement petites, la comparaison directe des moniteurs invasifs et non invasifs peut être erronée car chaque technique sonde différents volumes contenant différentes parties du système vasculaire cérébral. Même si ces études ont finalement conclu que l’optique diffuse ne remplace pas les moniteurs invasifs, dans les deux études, DOS a atteint une précision modérée à bonne, ce qui peut être suffisant pour les cas et / ou les endroits où les moniteurs invasifs ne sont pas disponibles.

Par rapport à d’autres approches, le principal avantage de l’optique diffuse est sa capacité à mesurer simultanément le débit sanguin et l’oxygénation du sang des tissus de manière non invasive (et continue) au chevet du patient à l’aide d’instruments portables. Par rapport à l’échographie Doppler transcrânienne (DCD), la MDD présente un avantage supplémentaire : elle mesure la perfusion au niveau tissulaire, tandis que la DTC mesure la vitesse du flux sanguin cérébral dans les grosses artères à la base du cerveau. Cette distinction peut être particulièrement importante lors de l’évaluation des maladies sténo-occlusives dans lesquelles l’écoulement proximal des grosses artères et les collatéraux leptoméningés contribuent à la perfusion. Les techniques optiques présentent également des avantages par rapport à d’autres modalités d’imagerie traditionnelles, telles que la tomographie par émission de positrons (TEP) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM). En plus de fournir simultanément des mesures directes des concentrations de CBF et d’HbO/HbR, ce qui n’est pas possible avec l’IRM ou la TEP seules, la surveillance optique fournit également une résolution temporelle nettement meilleure, permettant, par exemple, l’évaluation de l’autorégulation cérébrale dynamique40,41,42 et l’évaluation des changements hémodynamiques évolutifs dynamiquement. En outre, l’instrumentation optique diffuse est peu coûteuse et portable par rapport à la TEP et à l’IRM, ce qui constitue un avantage essentiel compte tenu de la charge élevée des maladies vasculaires dans les pays à revenu faible et intermédiaire.

Le protocole proposé ici est un environnement pour le neuromonitoring en temps réel des patients à l’unité de soins intensifs (USI). Le protocole utilise un dispositif optique hybride associé à une interface utilisateur graphique (GUI) conviviale et à des capteurs optiques personnalisés pour sonder les patients (Figure 1). Le système hybride utilisé pour présenter ce protocole combine deux spectroscopies optiques diffuses provenant de modules indépendants : un module DOS commercial dans le domaine fréquentiel (FD-) et un module DCS maison (Figure 1A). Le module FD-DOS49,50 se compose de 4 tubes photomultiplicateurs (PMT) et de 32 diodes laser émettant à quatre longueurs d’onde différentes (690, 704, 750 et 850 nm). Le module DCS se compose d’un laser à longue cohérence émettant à 785 nm, de 16 compteurs monophotons comme détecteurs et d’une carte corrélative. La fréquence d’échantillonnage pour le module FD-DOS est de 10 Hz et la fréquence d’échantillonnage maximale pour le module DCS est de 3 Hz. Pour intégrer les modules FD-DOS et DCS, un microcontrôleur a été programmé à l’intérieur de notre logiciel de contrôle pour basculer automatiquement entre chaque module. Le microcontrôleur est responsable de l’allumage et de l’extinction des lasers FD-DOS et DCS, ainsi que des détecteurs FD-DOS pour permettre des mesures entrelacées de chaque module. Au total, le système proposé peut collecter un échantillon FD-DOS et DCS combiné toutes les 0,5 à 5 s, en fonction des exigences du rapport signal sur bruit (SNR) (des temps de collecte plus longs conduisent à un meilleur SNR). Pour coupler la lumière au front, nous avons développé une sonde optique imprimée en 3D qui peut être personnalisée pour chaque patient (Figure 1B), avec des séparations source-détecteur variant entre 0,8 et 4,0 cm. Les séparations source-détecteur standard utilisées dans les exemples présentés ici sont de 2,5 cm pour le DCS et de 1,5, 2,0, 2,5 et 3,0 cm pour le FD-DOS.

La principale caractéristique du protocole présenté dans cette étude est le développement d’une interface temps réel qui peut à la fois contrôler le matériel avec une interface graphique conviviale et afficher les principaux paramètres de physiologie cérébrale en temps réel sous différentes fenêtres temporelles (Figure 1C). Le pipeline d’analyse en temps réel développé dans l’interface graphique proposée est rapide et prend moins de 50 ms pour calculer les paramètres optiques (voir le matériel supplémentaire pour plus de détails). L’interface graphique s’inspire des instruments cliniques actuels déjà disponibles à la neuro-USI, et elle a été adaptée grâce à de nombreux commentaires des utilisateurs cliniques lors de la traduction du système à la neuro-USI. Par conséquent, l’interface graphique en temps réel peut faciliter l’adoption du système optique par le personnel hospitalier régulier, tel que les neurointensivistes et les infirmières. L’adoption généralisée de l’optique diffuse en tant qu’outil de recherche clinique a le potentiel d’améliorer sa capacité à surveiller des données physiologiquement significatives et peut finalement démontrer que l’optique diffuse est une bonne option pour la surveillance non invasive des patients neurocritiques en temps réel.

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Protocol

Le protocole a été approuvé par le comité local de l’Université de Campinas (numéro de protocole 56602516.2.0000.5404). Le consentement éclairé écrit a été obtenu du patient ou d’un représentant légal avant les mesures. Nous avons suivi les patients admis à l’hôpital clinique de l’Université de Campinas avec un diagnostic d’accident vasculaire cérébral ischémique ou d’hémorragie sous-arachnoïdienne affectant la circulation antérieure. Les patients ayant subi un AVC ischémique affectant la circulation postérieure, les patients présentant une craniectomie décompressive due à une pression intracrânienne élevée et les patients atteints d’autres maladies neurodégénératives (démence, maladie de Parkinson ou toute autre maladie pouvant être associée à une atrophie corticale) ont été exclus du protocole de l’étude.

1. Préparatifs avant le transfert du système à l’USI

  1. Connectez toutes les fibres aux lasers et détecteurs appropriés et assurez-vous qu’elles sont correctement fixées à la sonde optique (Figure 1B).
  2. Vérifiez que la sonde optique est recouverte d’un chiffon noir pour éviter que les lasers ne brillent dans la pièce.
  3. Mettez l’interrupteur d’alimentation du système sur la position ON. Après avoir mis le système sous tension, attendez 30 secondes, puis tournez l’interrupteur à clé laser DCS sur la position « ON ». Les lasers FD-DOS sont automatiquement allumés lorsque le système est sous tension.
  4. Pendant la préparation du système, obtenir le consentement du participant ou d’un représentant légal. Après avoir obtenu le consentement, apportez le chariot dans la chambre du patient.
    REMARQUE: Étant donné que le système hybride dispose d’une batterie intégrée qui dure jusqu’à 45 minutes, il n’est pas nécessaire de l’éteindre pendant le transport.

2. Paramètres d’étalonnage et de gain du système DOS

  1. À votre arrivée à l’unité de soins intensifs, éteignez le laser DCS en mettant la clé en position « OFF ».
  2. En commençant par le fantôme solide marqué « Calibrer », exécutez le processus d’étalonnage sur le logiciel FD-DOS (BOXY, ISS) en suivant les étapes ci-dessous.
    1. Dans le menu 'Fichier', chargez le fichier de paramètres approprié pour la sonde utilisée en cliquant sur l’option 'Charger le fichier de paramètres'.
    2. Placez la sonde sur le côté incurvé du fantôme, en assurant un bon contact avec la surface, puis optimisez la tension de polarisation PMT en cliquant sur le bouton « Optimiser tous les détecteurs » dans le logiciel FD-DOS.
    3. Exécutez l’étalonnage pour les séparations sources-détecteurs multiples en cliquant sur l’option 'Calc. Waveform Calib. Valeurs pour les accessoires optiques. et Distances multiples » du menu « Calibrer ».
    4. Ouvrez l’option 'Calculs définis par l’utilisateur' dans le menu 'Texte-Mon' pour vérifier que les propriétés optiques mesurées correspondent aux valeurs prédéfinies (écrites dans le fantôme solide) et que l’ajustement R2 est proche de un.
  3. Répétez les étapes ci-dessus (à l’exception de l’étape 2.2.3) pour mesurer les propriétés optiques du fantôme marqué « Vérifier » afin de vous assurer que l’étalonnage était adéquat. Les propriétés optiques mesurées doivent correspondre, dans la limite de 10 %, aux valeurs spécifiées dans les fantômes.
    ATTENTION : Assurez-vous d’éteindre les PMT (en cliquant sur le bouton « Tous les détecteurs désactivés ») chaque fois que la sonde est déplacée pour éviter d’endommager les PMT en raison de l’éclairage direct de la lumière ambiante.
  4. Si l’étalonnage n’est pas adéquat, réexécutez le processus d’étalonnage (étapes 2.2 et 2.3). Assurer un bon étalonnage du système FD-DOS est essentiel à la validité des mesures FD-DOS.

3. Préparation du participant au chevet du patient

  1. Utilisez des lingettes désinfectantes pour nettoyer la sonde et le front du patient.
  2. Placez le ruban adhésif double face sur la sonde (Figure 1B), en vous assurant que le ruban n’est pas en contact direct avec les extrémités de la fibre optique.
  3. Placez un laser de sécurité googles sur le sujet.
  4. Placez les sondes sur la région d’intérêt (ROI) et enroulez les sangles élastiques autour de la tête du sujet. Bien que cela ne soit pas strictement nécessaire pour FD-DOS et DCS, il est conseillé de couvrir la sonde optique avec un chiffon noir ou un bandage noir pour réduire le bruit dû à la lumière ambiante.
    REMARQUE: Il est important de s’assurer que la sangle élastique n’est ni trop serrée ni trop lâche. Si la sangle est trop serrée, cela peut causer un inconfort important au patient, et si la sangle est trop lâche, cela peut entraîner une mauvaise qualité des données car la bande double face n’est pas assez solide pour maintenir les sondes en place.
  5. Une fois que la sonde est correctement fixée au front du patient, allumez le laser DCS en mettant la clé en position « ON ».
    ATTENTION : Le système DCS utilise un laser de classe 3B qui est dangereux pour l’exposition oculaire. Il est très important de n’allumer les lasers que lorsque la sonde est correctement fixée au front du patient.

4. Évaluation de la qualité des données

  1. Avant de commencer à acquérir des données avec l’interface graphique, écrivez les séparations source-détecteur DCS dans l’onglet 'Paramètres' de l’interface graphique.
    REMARQUE : Le système DCS ne nécessite pas d’étape d’étalonnage, mais l’entrée appropriée des séparations source-détecteur est nécessaire pour l’analyse en temps réel (voir Matériel supplémentaire pour plus de détails).
  2. Démarrez le logiciel d’acquisition en appuyant sur le bouton « Démarrer » dans l’interface graphique et vérifiez le signal DOS dans le logiciel FD-DOS :
    1. Cliquez sur le bouton « Optimiser tous les détecteurs » dans le logiciel FD-DOS pour optimiser la tension de polarisation PMT.
    2. Vérifiez les propriétés optiques et le R2 du montage DOS dans l’option 'Calcul défini par l’utilisateur' du menu 'Text-Mon'. Le coefficient R 2 doit être proche de l’unité et, en règle générale, le coefficient d’absorption des patients humains doit être compris entre 0,05 et 0,2 cm-1, tandis que le coefficient de diffusion doit se situer entre 6 et 13 cm-113.
  3. Vérifiez le signal DCS dans l’onglet « Courbes de corrélation » de l’interface graphique.
    1. Allumez les détecteurs DCS en tournant les interrupteurs sur la position ' ON'.
    2. Assurez-vous que chaque détecteur DCS mesure une intensité lumineuse adéquate. En règle générale, plus de 10 kHz sont nécessaires.
    3. Si l’intensité mesurée est supérieure à 800 kHz, utilisez un filtre de densité neutre pour réduire le nombre de photons afin d’éviter d’endommager les détecteurs. C’est généralement un problème pour les séparations source-détecteur plus courtes (< 1 cm).
      REMARQUE: En plus d’endommager potentiellement les détecteurs DCS, un nombre de photons supérieur à 800 kHz peut également entraîner des erreurs dues à des effets non linéaires dans le détecteur.
    4. Vérifiez les courbes d’autocorrélation pour assurer un bon couplage cutané (voir les résultats représentatifs et la figure 2) et repositionnez la sonde optique si nécessaire.
    5. Si le repositionnement de la sonde était nécessaire à l’étape précédente, répétez les étapes 4.2 et 4.3. Ces étapes peuvent devoir être répétées plusieurs fois.
      REMARQUE: Les détecteurs DCS et FD-DOS doivent être éteints chaque fois que la sonde est déplacée. Pour éteindre les détecteurs DCS, déplacez manuellement les interrupteurs sur la position « OFF ». Le détecteur FD-DOS est désactivé en cliquant sur le bouton « Tous les détecteurs désactivés » dans le logiciel FD-DOS.
  4. Lorsqu’un bon contact entre la sonde et la peau est atteint, arrêtez la collecte de données en cliquant sur le bouton « Arrêter » dans l’interface graphique. Ensuite, définissez les identifiants de l’expérience et du patient dans la zone de texte « Dossier » et écrivez le nom du retour sur investissement dans la zone de texte « Nom du fichier ».
  5. Démarrez l’acquisition de données en appuyant sur le bouton 'Démarrer' dans l’interface graphique.
  6. Collectez les données dans le premier retour sur investissement aussi longtemps que requis par le protocole. Si nécessaire, déplacez la sonde vers les autres ROI et répétez la mesure.
    REMARQUE : La période de surveillance peut varier en fonction des objectifs de l’étude.

5. Considérations pour l’expérimentateur pendant la mesure

  1. Après avoir commencé la mesure, écrivez dans l’onglet « Informations sur l’expérience » de l’interface graphique les informations pertinentes sur le patient (par exemple, le type et l’emplacement de la blessure, les médicaments administrés, l’âge, le sexe, etc.).
  2. Assurez-vous que tout événement pertinent qui s’est produit pendant la période de surveillance est marqué en cliquant sur le bouton « Marquer » de l’interface graphique. Après chaque marque, assurez-vous d’écrire la description de l’événement dans l’onglet « Informations sur l’expérience » de l’interface graphique.

6. Arrêter la collecte de données

  1. Arrêtez la collecte de données en appuyant sur le bouton « Arrêter » dans l’interface graphique.
  2. Arrêtez le logiciel FD-DOS en appuyant sur le bouton d’arrêt de l’acquisition et de l’enregistrement des données représenté par deux carrés rouges dans le logiciel FD-DOS.
  3. Éteignez les détecteurs DCS en tournant les interrupteurs sur la position « OFF » et éteignez le laser DCS en tournant la clé sur la position « OFF ».
  4. Désactivez les PMT du module FD-DOS en cliquant sur le bouton « Tous les détecteurs désactivés ».
  5. Retirez la sonde de la tête du patient et retirez le ruban adhésif double face de la sonde. Ensuite, nettoyez la sonde avec des lingettes désinfectantes.
  6. Répéter la mesure des propriétés optiques de chaque fantôme solide dès que possible pour s’assurer que l’étalonnage est resté adéquat tout au long de la séance de surveillance (voir étape 4.2.2).
    REMARQUE: Idéalement, l’étape d’étalonnage doit être effectuée juste après le retrait des sondes optiques de la tête du patient (étape 6.6). Cependant, en raison de problèmes de calendrier, dans les exemples présentés dans la section suivante, cela a été fait dans l’installation de stockage.
  7. Nettoyez le système et ses accessoires avec des lingettes désinfectantes.
  8. Roulez le chariot jusqu’à la salle de stockage.

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Representative Results

Idéalement, les courbes d’autocorrélation normalisées obtenues avec le module DCS devraient être d’environ 1,5 à l’extrapolation du temps de retard nul (en utilisant des fibres monomodes14), et les courbes devraient se désintégrer à 1 à des temps de retard plus longs. La courbe devrait être lisse et avoir une décroissance plus rapide pour les séparations source-détecteur plus longues. Un exemple d’autocorrélation bonne est illustré à la figure 2A. La figure 2B montre un exemple de courbe d’autocorrélation incorrecte; Dans cet exemple, il n’est pas possible de distinguer les courbes pour les différentes séparations source-détecteur. La figure 2C montre un autre exemple de courbe d’autocorrélation incorrecte, dans laquelle la queue de la courbe ne correspondait pas au modèle utilisé. Le problème dans les deux courbes (figure 2B,C) est lié soit à un mauvais couplage de la sonde sur la peau, soit à une fuite de lumière de la source directement dans les séparations source-détecteur plus courtes.

À titre d’exemple de l’importance d’afficher la neurophysiologie à différentes fenêtres temporelles pour interpréter correctement les changements observés en temps réel avant de relier les changements au comportement clinique, la figure 3 montre la série chronologique d’une séance de surveillance d’un patient victime d’un AVC sous sédation, telle qu’elle est vue sur l’interface graphique par le personnel de soins intensifs. Pendant une partie de la séance de surveillance, les cliniciens ont aspiré les sécrétions bronchiques et buccales du patient (représentées par la zone ombrée de la figure 3). Le mouvement du patient induit par l’intervention perturbe clairement le signal optique, ce qui entraîne des pics non physiologiques dans les paramètres optiques; Par conséquent, il est difficile d’attribuer une signification physiologique à ces changements. Peu de temps après l’intervention, les paramètres hémodynamiques sont revenus approximativement aux mêmes valeurs avant l’intervention, comme prévu pour un patient stable. Cet exemple illustre la stabilité du système en temps réel dans la neuro-USI, ainsi que l’importance d’analyser l’hémodynamique d’un patient à différentes fenêtres temporelles.

Afin d’illustrer la faisabilité du dispositif optique diffus hybride pour fournir des informations significatives dans la neuro-USI, nous présentons le cas d’une femme de 50 ans ayant des antécédents de diabète, d’hypertension et d’insuffisance cardiaque congestive, qui a été admise avec une hémiparésie du côté gauche et a eu un accident vasculaire cérébral ischémique dû à l’occlusion du MCA droit (échelle NIH stroke = 11). La figure 4 montre les paramètres optiques moyens et la tomodensitométrie au treizième jour après l’hospitalisation, pendant que le patient était intubé et sous sédation. Au cours de cette séance de surveillance, les CBF et CMRO2 dans le front ipsilesionnel étaient considérablement inférieurs à leurs paramètres contralésionnels dans la région symétrique. Ce résultat est compatible avec un déficit de perfusion et une nécrose tissulaire subséquente causée par une ischémie des gros vaisseaux. Notamment, bien que le FBC soit plus faible dans l’hémisphère ipsilesionnel, un OEF élevé a été trouvé dans les deux hémisphères. Cela peut être cohérent avec l’idée de perfusion de misère, un état dans lequel la consommation d’oxygène est élevée (OEF élevée) malgré un FBC faible (mais non nul) alors que le tissu tente de favoriser la récupération 8,51,52. Actuellement, la perfusion de misère est difficile à diagnostiquer dans la neuro-USI. Bien qu’une étude de plus grande envergure auprès de patients victimes d’un AVC ischémique aigu soit nécessaire pour évaluer la sensibilité des spectroscopies optiques diffuses afin de détecter la perfusion de misère, cet exemple démontre le potentiel du système optique diffus pour évaluer des informations cliniquement importantes en temps réel.

Enfin, nous présentons les résultats longitudinaux obtenus auprès d’une femme de 62 ans admise à l’USI neurologique en raison d’une hémorragie sous-arachnoïdienne sévère de l’artère cérébrale moyenne droite (ACM), avec un grade V sur l’échelle de Hunt & Hess (c.-à-d. prédisant un mauvais résultat et une faible probabilité de survie)53 et un grade III sur l’échelle de Fisher (c.-à-d. risque faible à élevé de vasospasme)54. Ce patient a été suivi tout au long de l’hospitalisation, et tous les paramètres hémodynamiques cérébraux étaient cohérents avec l’évolution clinique de l’état du patient. Nous renvoyons le lecteur intéressé à un rapport de cas récemment publié qui contient la description complète de ce cas9. Pour illustrer la faisabilité d’effectuer des mesures à différents jours, la figure 5 montre une analyse hors ligne des données collectées avec le système lors de plusieurs séances pendant l’hospitalisation du cas décrit ci-dessus et présentée en détail dans la réf.9. Ici, l’indice de latéralité (LI) a été calculé pour chaque paramètre physiologique comme suit:

Equation 1

où X représente la variable mesurée (c.-à-d. CBF, OEF, CMRO2) et l’indice indique l’hémisphère cérébral. Avec l’IL, il est possible de comparer directement les différences entre chaque hémisphère sur l’ensemble de l’hospitalisation. L’indice de latéralité s’est avéré très utile pour différents scénarios cliniques52,55,56,57, et il peut être facilement évalué avec le protocole présenté ici en mesurant séquentiellement les régions symétriques dans les deux hémisphères. La pression artérielle moyenne (MAP) a été recueillie à l’aide d’un instrument indépendant disponible dans la neuro-USI, et elle est également illustrée à la figure 5 à titre de référence.

Une analyse minutieuse de la figure 5 révèle deux périodes significatives de déficience hémisphérique. La première période s’est produite entre le premier et le troisième jour après l’hospitalisation, au cours de laquelle tous les paramètres neurophysiologiques du ROI ipsilesionnel ont augmenté davantage que du ROI contralésionnel symétrique. Cette augmentation de l’IL le troisième jour après l’hospitalisation pourrait indiquer une possible tentative homéostatique de rétablir l’équilibre métabolique du tissu affecté. Au cours de la deuxième période, à partir du troisième jour d’hospitalisation, l’IL a diminué de façon continue, ce qui correspondait à l’aggravation de l’état du patient. Dans ce cas, le patient est décédé après 9 jours d’hospitalisation.

Figure 1
Figure 1 : L’environnement optique développé pour surveiller les patients à l’intérieur d’une unité de soins intensifs. (A) Le système optique diffuse hybride combine un module de spectroscopie optique diffuse dans le domaine fréquentiel (DOS) et un module de spectroscopie de corrélation diffuse (DCS). (B) La sonde personnalisable proposée dans cette étude comporte par défaut 4 séparations source-détecteur (0,7, 1,5, 2,5 et 3,0 cm) pour le MDD et 4 séparations source-détecteur pour DOS (1,5, 2,0, 2,5 et 3,0 cm). Pour simplifier, les exemples présentés ici n’utilisaient que la séparation source-détecteur de 2,5 cm pour le DCS. (C) L’interface utilisateur graphique en temps réel contrôle le système optique diffus et affiche le débit sanguin cérébral mesuré (CBF), la fraction d’extraction de l’oxygène (OEF) et le taux métabolique cérébral d’oxygène (CMRO 2) en temps réel, à la fois dans une fenêtre de temps de 5 minutes (panneaux de gauche) et dans une fenêtre de temps de2 heures (panneaux de droite). Au bas de l’interface graphique, le chercheur peut appuyer sur des boutons pour démarrer et arrêter la collecte de données, acquérir une période de référence pour la comparaison et marquer toute intervention pertinente. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Courbes d’autocorrélation représentatives pour le module DCS. (A) Un exemple d’une bonne autocorrélation, qui était d’environ 1,5 à l’extrapolation du temps de retard nul et a diminué à 1 à des temps de retard plus longs. Comme prévu, les courbes d’autocorrélation se sont détériorées plus rapidement pour les séparations source-détecteur plus longues. (B) Un exemple de courbe d’autocorrélation incorrecte, où il n’est pas possible de distinguer les courbes pour les différentes séparations source-détecteur. (C) Un autre exemple de courbe d’autocorrélation incorrecte, dans laquelle la queue de la courbe ne correspondait pas au modèle utilisé. Les problèmes visés aux points (B) et (C) sont liés soit à un mauvais couplage de la sonde sur la peau, soit à une fuite de lumière de la source directement dans les séparations source-détecteur plus courtes. Le chercheur peut regarder les courbes dans l’onglet 'Courbes de corrélation' de l’interface graphique. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Physiologie cérébrale d’une séance de surveillance d’un patient victime d’un AVC sous sédation, telle qu’elle serait vue sur l’interface graphique par le personnel des soins intensifs. L’interface graphique affiche le débit sanguin cérébral (CBF, en rouge), la fraction d’extraction de l’oxygène (OEF, en bleu) et le taux métabolique cérébral de l’oxygène (CMRO 2, en vert) en temps réel pour les fenêtres de temps (A) courtes (c’est-à-dire 5 minutes) et (B) longues (c’est-à-dire2 h) ainsi qu’une valeur moyenne (C) sur les 5 dernières minutes. Pendant une partie de cette séance de surveillance, les cliniciens ont aspiré les sécrétions bronchiques et buccales du patient (représentées par la zone ombragée en B). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Informations neurophysiologiques d’un patient ayant reçu un diagnostic d’AVC ischémique grave dans l’artère cérébrale moyenne droite le treizième jour après l’hospitalisation. (A) Débit sanguin cérébral (CBF), fraction d’extraction d’oxygène (OEF), taux métabolique cérébral d’oxygène (CMRO2) et concentration totale d’hémoglobine (HbT) mesurés avec le système optique diffus dans les hémisphères contralésionnel et ipsilesionnel. (B) Tomodensitométrie (TDM) à partir de la mesure d’une seule journée du patient. Les zones rouges dans les images CT représentent la région de sensibilité optique présumée et l’ellipse violette montre l’emplacement approximatif de la blessure. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Evolution temporelle de l’indice de latéralité des paramètres physiologiques optiquement dérivés chez une patiente de 62 ans suite à une hémorragie sous-arachnoïdienne anévrysmale de haut grade (HSAa). Les changements dans la région d’intérêt ipsilesionnel (ROI) par rapport aux changements dans le ROI contralésionnel sont représentés dans l’axe gauche pour le flux sanguin cérébral (CBF, cercles rouges), la fraction d’extraction de l’oxygène (OEF, losange bleu) et le taux métabolique cérébral de l’oxygène (CMRO2, triangles verts). L’évolution de la pression artérielle moyenne (MAP, carrés gris) a été recueillie indépendamment, et est représentée dans l’axe droit à des fins de comparaison. Les barres d’erreur de chaque point représentent l’écart type de chaque paramètre au cours de la session de surveillance. Pendant quelques jours, l’écart-type était trop faible pour être montré. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Cet article présentait un système optique hybride capable de fournir des informations en temps réel sur le flux sanguin cérébral, l’oxygénation cérébrale et le métabolisme cérébral de l’oxygène des patients neurocritiques à côté. L’utilisation de techniques d’optique diffuse avait déjà été abordée comme un marqueur potentiel pour la surveillance non invasive au chevet du patient dans des scénarios cliniques. Une étude précédente portait sur les aspects cliniques et la faisabilité d’une surveillance optique lors d’une hospitalisation en neuro-USI à travers un rapport de cas9. L’objectif de ce travail est de détailler les aspects pertinents et innovants liés à la surveillance en temps réel avec optique diffuse. Plus précisément, cet article proposait une interface graphique en temps réel qui fournit des informations claires et utiles aux cliniciens. L’interface graphique permet de comparer facilement différentes périodes, ce qui est important pour interpréter des données cliniquement pertinentes. L’implémentation de l’interface graphique présentée ici peut être facilement traduite pour le système DCS basé sur un corrélateur logiciel avec la mise en garde que la fréquence d’affichage en temps réel doit être limitée à ~ 20 Hz. La moyenne en temps réel des courbes d’autocorrélation peut être utilisée pour échantillonner des taux d’acquisition plus rapides. À l’avenir, les informations en temps réel fournies par le protocole proposé pourraient être utilisées pour guider le traitement, améliorant potentiellement les résultats cliniques des patients neurocritiques.

Ce travail propose également l’utilisation d’une sonde optique personnalisable qui peut répondre à différents paramètres et donc répondre à différents objectifs et besoins des cliniciens. La sélection correcte de la séparation source-détecteur est une étape critique pour maximiser la sensibilité cérébrale de l’optique diffuse. Dans la plupart des cas, une sonde optimale pour les mesures de MDD chez les adultes devrait avoir au moins une séparation source et détecteur courte (< 1 cm) et longue (> 2,5 cm). Il a été démontré que la séparation longue source-détecteur offre le meilleur compromis entre le rapport signal sur bruit (SNR) et la sensibilité cérébrale 12,14,16, tandis que la courte séparation est principalement sensible aux tissus extra-cérébraux et est utile pour différencier les changements extra-cérébraux des changements cérébraux12,16 . Pour FD-DOS, une sonde simple qui offre un compromis raisonnable entre la SNR et la sensibilité cérébrale chez l’adulte contient 4 séparations source-détecteur (1,5, 2,0, 2,5 et 3,0 cm)58. L’étape la plus critique pour une mesure FD-DOS est la procédure d’étalonnage nécessaire pour comparer les changements de courant alternatif et de phase de différentes fibres (section 2 du protocole). Un mauvais étalonnage d’un système FD-DOS peut entraîner de grandes erreurs dans les valeurs récupérées des propriétés optiques du tissu, ce qui affectera la précision des valeurs d’oxygénation cérébrale et de flux sanguin cérébral. Fait important, le protocole proposé dans cette étude se concentre sur une sonde optique pour FD-DOS qui contient un seul PMT et plusieurs sources lumineuses. La procédure d’étalonnage décrite ici doit être modifiée pour les expériences utilisant plusieurs détecteurs. Pour les études utilisant plusieurs détecteurs, la tension de polarisation du PMT ne doit pas être modifiée pendant la procédure d’étalonnage, et une sélection minutieuse des propriétés optiques des fantômes d’étalonnage est donc nécessaire.

En plus des mesures d’oxygénation cérébrale, le module DOS améliore également le calcul du CBF, car le modèle DCS dépend également des propriétés optiques du tissu. Cette étude a utilisé un système FD-DOS commercial avec une seule fréquence de modulation pour récupérer les propriétés optiques et l’oxygénation cérébrale. Cependant, il existe d’autres alternatives qui pourraient fournir des informations plus précises, telles que le domaine temporel DOS ou les systèmes FD-DOS multifréquences 59,60,61,62,63,64. Ces systèmes peuvent réduire la complexité expérimentale car ils nécessitent une séparation source-détecteur unique pour récupérer la physiologie cérébrale, alors que le FD-DOS traditionnel utilisé ici nécessite plusieurs séparations source-détecteur et donc plusieurs fibres attachées à la tête. De plus, comme le principal intérêt de ce protocole était les tendances à long terme de la physiologie cérébrale, cette étude a choisi de mener des mesures DOS et DCS entrelacées. À l’avenir, pour éviter la contamination croisée et augmenter la fréquence d’échantillonnage, il est possible d’acquérir des mesures DOS et DCS simultanées en incluant des filtres à encoche sur les détecteurs DOS et DCS.

L’une des limites du protocole actuel est la restriction du placement de la sonde sur le front. À l’heure actuelle, il est difficile d’acquérir des mesures de DCS par les cheveux. Ce n’est pas un problème pour les insultes couvrant une plus grande partie du cerveau, comme c’est le plus souvent le cas dans la neuro-USI. Cependant, les mesures sur le front peuvent ne pas être sensibles aux petits coups MCA ou PCA, par exemple. Avec d’autres améliorations des sondes optiques, il peut être possible de mesurer à travers les cheveux, et en combinant le système avec un dispositif de neuronavigation, il serait possible d’effectuer des mesures sur un petit retour sur investissement local. En rassemblant des informations spatiales détaillées sur les informations optiques, nous prévoyons une amélioration marquée de la sensibilité de l’optique diffuse aux déficiences hémodynamiques dues aux troubles cérébrovasculaires focaux.

Enfin, il est important de mentionner quelques limites des techniques optiques diffuses. Tout d’abord, l’optique diffuse est intrinsèquement sensible au tissu extra-cérébral, et une meilleure modélisation des données peut être nécessaire pour bien rendre compte de la différence entre les physiologies extra-cérébrales et cérébrales 65,66,67,68,69,70. De plus, la mesure DCS du CBF est sensible à la pression externe de la sonde optique contre le tissu. Par exemple, en augmentant la pression de la sonde, nous réduisons le flux sanguin dans les tissus externes, ce qui réduira également le CBF mesuré par DCS71,72,73. Notez toutefois que, bien que le CBF soit réduit en raison de l’augmentation de la pression de la sonde, la pulsatilité de la fréquence cardiaque du CBF est inchangée72. Fait intéressant, il est possible d’utiliser ces changements dans le CBF en raison de la pression externe de la sonde pour séparer les physiologies extra-cérébrales et cérébrales73. Enfin, le FBC dérivé optique a des unités physiques (c.-à-d. cm2/s) plutôt que les unités cliniques plus habituelles (c.-à-d. ml/100 g de tissu/min). Certains auteurs ont proposé l’utilisation du vert d’indocyanine (ICG) pour récupérer le CBF absolu du DOS et pour calibrer l’indice CBF de la MDD aux unités cliniques absolues 74,75,76,77,78. Cependant, la précision du facteur d’étalonnage de l’ICG peut ne pas être directement traduite dans différentes situations en raison d’anomalies dans la macro et la microcirculation à la suite d’un traumatisme cérébral.

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Disclosures

L’auteur (s) a déclaré les conflits d’intérêts potentiels suivants en ce qui concerne la recherche, la paternité et / ou la publication de cet article: RC Mesquita a une demande de brevet en instance et deux autres brevets pertinents pour ce travail (brevets américains 10,342,488 et 10,064,554). Aucun auteur ne reçoit actuellement de redevances ou de paiements provenant de ces brevets.

   

Acknowledgments

Nous reconnaissons le soutien de la Fondation de recherche de São Paulo (FAPESP) à travers les Proc. 2012/02500-8 (RM), 2014/25486-6 (RF) et 2013/07559-3. Les bailleurs de fonds n’ont joué aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte et l’analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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Tags

Médecine numéro 165 spectroscopie optique diffuse spectroscopie de corrélation diffuse débit sanguin cérébral troubles cérébrovasculaires surveillance neurocritique accident vasculaire cérébral unité de soins intensifs

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

Surveillance en temps réel des patients neurocritiques par spectroscopies optiques diffuses
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Diagnostic Procedure

  • Research • Medicine
    Estimation of Urinary Nanocrystals in Humans using Calcium Fluorophore Labeling and Nanoparticle Tracking Analysis
  • Research • Medicine
    Development and Evaluation of 3D-Printed Cardiovascular Phantoms for Interventional Planning and Training
  • Research • Medicine
    Human Fetal Blood Flow Quantification with Magnetic Resonance Imaging and Motion Compensation
  • Research • Medicine
    Digital Handwriting Analysis of Characters in Chinese Patients with Mild Cognitive Impairment
  • Research • Medicine
    Segmentation and Linear Measurement for Body Composition Analysis using Slice-O-Matic and Horos
  • Research • Medicine
    Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla
  • Research • Medicine
    Real-Time Magnetic Resonance Guided Focused Ultrasound for Painful Bone Metastases
  • Research • Medicine
    Isolation of Viable Adipocytes and Stromal Vascular Fraction from Human Visceral Adipose Tissue Suitable for RNA Analysis and Macrophage Phenotyping
  • Research • Medicine
    Obtaining Quality Extended Field-of-View Ultrasound Images of Skeletal Muscle to Measure Muscle Fascicle Length
  • Research • Medicine
    Lung CT Segmentation to Identify Consolidations and Ground Glass Areas for Quantitative Assesment of SARS-CoV Pneumonia
  • Research • Medicine
    Electroretinogram Recording for Infants and Children under Anesthesia to Achieve Optimal Dark Adaptation and International Standards
  • Research • Medicine
    Measurement of Tissue Oxygenation Using Near-Infrared Spectroscopy in Patients Undergoing Hemodialysis
  • Research • Medicine
    Evaluation of Capnography Sampling Line Compatibility and Accuracy when Used with a Portable Capnography Monitor
  • Research • Medicine
    Simultaneous Laryngopharyngeal and Conventional Esophageal pH Monitoring
  • Research • Medicine
    Real-Time Monitoring of Neurocritical Patients with Diffuse Optical Spectroscopies
  • Research • Neuroscience
    Evaluating Postural Control and Lower-extremity Muscle Activation in Individuals with Chronic Ankle Instability
  • Research • Medicine
    Assessment of Dependence in Activities of Daily Living Among Older Patients in an Acute Care Unit
  • Research • Medicine
    Validated LC-MS/MS Panel for Quantifying 11 Drug-Resistant TB Medications in Small Hair Samples
  • Research • Medicine
    International Expert Consensus and Recommendations for Neonatal Pneumothorax Ultrasound Diagnosis and Ultrasound-guided Thoracentesis Procedure
  • Research • Biology
    A Finite Element Approach for Locating the Center of Resistance of Maxillary Teeth
  • Research • Medicine
    Lower Limb Biomechanical Analysis of Healthy Participants
  • Research • Neuroscience
    Assessing Early Stage Open-Angle Glaucoma in Patients by Isolated-Check Visual Evoked Potential
  • Research • Medicine
    Oral Health Assessment by Lay Personnel for Older Adults
  • Research • Medicine
    Determining and Controlling External Power Output During Regular Handrim Wheelchair Propulsion
  • Research • Medicine
    A Whole Body Dosimetry Protocol for Peptide-Receptor Radionuclide Therapy (PRRT): 2D Planar Image and Hybrid 2D+3D SPECT/CT Image Methods
  • Research • Medicine
    Measurement of Carotenoids in Perifovea using the Macular Pigment Reflectometer
  • Research • Medicine
    Assessment of Static Graviceptive Perception in the Roll-Plane using the Subjective Visual Vertical Paradigm
  • Research • Medicine
    Learning Modern Laryngeal Surgery in a Dissection Laboratory
  • Research • Medicine
    DIPLOMA Approach for Standardized Pathology Assessment of Distal Pancreatectomy Specimens
  • Research • Medicine
    A Computerized Functional Skills Assessment and Training Program Targeting Technology Based Everyday Functional Skills
  • Research • Medicine
    Imaging Features of Systemic Sclerosis-Associated Interstitial Lung Disease
  • Research • Medicine
    Integrating Augmented Reality Tools in Breast Cancer Related Lymphedema Prognostication and Diagnosis
  • Research • Medicine
    Ultrasonographic Assessment During Cardiopulmonary Resuscitation
  • Research • Medicine
    Measurement of the Hepatic Venous Pressure Gradient and Transjugular Liver Biopsy
  • Research • Medicine
    Patient Directed Recording of a Bipolar Three-Lead Electrocardiogram using a Smartwatch with ECG Function
  • Research • Medicine
    Traditional Trail Making Test Modified into Brand-new Assessment Tools: Digital and Walking Trail Making Test
  • Research • Medicine
    Use of Magnetic Resonance Imaging and Biopsy Data to Guide Sampling Procedures for Prostate Cancer Biobanking
  • Research • Medicine
    A Fluorescence-based Assay for Characterization and Quantification of Lipid Droplet Formation in Human Intestinal Organoids
  • Research • Medicine
    A Novel Non-invasive Method for the Detection of Elevated Intra-compartmental Pressures of the Leg
  • Research • Medicine
    Quantitative Mapping of Specific Ventilation in the Human Lung using Proton Magnetic Resonance Imaging and Oxygen as a Contrast Agent
  • Research • Neuroscience
    Portable Thermographic Screening for Detection of Acute Wallenberg's Syndrome
  • Research • Medicine
    Use of MRI-ultrasound Fusion to Achieve Targeted Prostate Biopsy
  • Research • Medicine
    Testing of all Six Semicircular Canals with Video Head Impulse Test Systems
  • Research • Medicine
    Protocol and Guidelines for Point-of-Care Lung Ultrasound in Diagnosing Neonatal Pulmonary Diseases Based on International Expert Consensus
  • Research • Neuroscience
    Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation
  • Research • Medicine
    Targeting Gray Rami Communicantes in Selective Chemical Lumbar Sympathectomy
  • Research • Medicine
    Multi-Modal Home Sleep Monitoring in Older Adults
  • Research • Medicine
    Cardiac Magnetic Resonance for the Evaluation of Suspected Cardiac Thrombus: Conventional and Emerging Techniques
  • Research • Medicine
    Observational Study Protocol for Repeated Clinical Examination and Critical Care Ultrasonography Within the Simple Intensive Care Studies
  • Research • Medicine
    Measurements of Motor Function and Other Clinical Outcome Parameters in Ambulant Children with Duchenne Muscular Dystrophy
  • Research • Medicine
    Assessment of the Efficacy of An Osteopathic Treatment in Infants with Biomechanical Impairments to Suckling
  • Research • Medicine
    Quantification of Levator Ani Hiatus Enlargement by Magnetic Resonance Imaging in Males and Females with Pelvic Organ Prolapse
  • Research • Medicine
    Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain
  • Research • Medicine
    Generation of Human 3D Lung Tissue Cultures (3D-LTCs) for Disease Modeling
  • Research • Medicine
    Proton Therapy Delivery and Its Clinical Application in Select Solid Tumor Malignancies
  • Research • Medicine
    Combining Volumetric Capnography And Barometric Plethysmography To Measure The Lung Structure-function Relationship
  • Research • Medicine
    Two-Dimensional X-Ray Angiography to Examine Fine Vascular Structure Using a Silicone Rubber Injection Compound
  • Research • Medicine
    Preparation, Procedures and Evaluation of Platelet-Rich Plasma Injection in the Treatment of Knee Osteoarthritis
  • Research • Medicine
    Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla
  • Research • Medicine
    Semi-quantitative Assessment Using [18F]FDG Tracer in Patients with Severe Brain Injury
  • Research • Medicine
    Handheld Metal Detector Screening for Metallic Foreign Body Ingestion in Children
  • Research • Medicine
    Conducting Maximal and Submaximal Endurance Exercise Testing to Measure Physiological and Biological Responses to Acute Exercise in Humans
  • Research • Medicine
    A Metadata Extraction Approach for Clinical Case Reports to Enable Advanced Understanding of Biomedical Concepts
  • Research • Medicine
    Autonomic Function Following Concussion in Youth Athletes: An Exploration of Heart Rate Variability Using 24-hour Recording Methodology
  • Research • Medicine
    Hydra, a Computer-Based Platform for Aiding Clinicians in Cardiovascular Analysis and Diagnosis
  • Research • Medicine
    Objective Nociceptive Assessment in Ventilated ICU Patients: A Feasibility Study Using Pupillometry and the Nociceptive Flexion Reflex
  • Research • Medicine
    'Boden Food Plate': Novel Interactive Web-based Method for the Assessment of Dietary Intake
  • Research • Medicine
    Anogenital Distance and Perineal Measurements of the Pelvic Organ Prolapse (POP) Quantification System
  • Research • Medicine
    Bedside Ultrasound for Guiding Fluid Removal in Patients with Pulmonary Edema: The Reverse-FALLS Protocol
  • Research • Medicine
    Muscle Imbalances: Testing and Training Functional Eccentric Hamstring Strength in Athletic Populations
  • Research • Medicine
    Isolation of Primary Human Decidual Cells from the Fetal Membranes of Term Placentae
  • Research • Medicine
    Skeletal Muscle Neurovascular Coupling, Oxidative Capacity, and Microvascular Function with 'One Stop Shop' Near-infrared Spectroscopy
  • Research • Medicine
    Collecting Hair Samples for Hair Cortisol Analysis in African Americans
  • Research • Medicine
    In Vivo Morphometric Analysis of Human Cranial Nerves Using Magnetic Resonance Imaging in Menière's Disease Ears and Normal Hearing Ears
  • Research • Medicine
    Measuring the Carotid to Femoral Pulse Wave Velocity (Cf-PWV) to Evaluate Arterial Stiffness
  • Research • Medicine
    Standardized Measurement of Nasal Membrane Transepithelial Potential Difference (NPD)
  • Research • Medicine
    Taste Exam: A Brief and Validated Test
  • Research • Medicine
    Absorption of Nasal and Bronchial Fluids: Precision Sampling of the Human Respiratory Mucosa and Laboratory Processing of Samples
  • Research • Medicine
    Methodology for Sputum Induction and Laboratory Processing
  • Research • Medicine
    Electrophysiological Measurement of Noxious-evoked Brain Activity in Neonates Using a Flat-tip Probe Coupled to Electroencephalography
  • Research • Medicine
    A Detailed Protocol for Physiological Parameters Acquisition and Analysis in Neurosurgical Critical Patients
  • Research • Medicine
    Oral Biofilm Sampling for Microbiome Analysis in Healthy Children
  • Research • Medicine
    Using Retinal Imaging to Study Dementia
  • Research • Medicine
    Application of an Amplitude-integrated EEG Monitor (Cerebral Function Monitor) to Neonates
  • Research • Medicine
    3D Ultrasound Imaging: Fast and Cost-effective Morphometry of Musculoskeletal Tissue
  • Research • Medicine
    The 4-vessel Sampling Approach to Integrative Studies of Human Placental Physiology In Vivo
  • Research • Medicine
    A Component-resolved Diagnostic Approach for a Study on Grass Pollen Allergens in Chinese Southerners with Allergic Rhinitis and/or Asthma
  • Research • Medicine
    A Novel Method: Super-selective Adrenal Venous Sampling
  • Research • Medicine
    A Method for Quantifying Upper Limb Performance in Daily Life Using Accelerometers
  • Research • Medicine
    Non-invasive Assessments of Subjective and Objective Recovery Characteristics Following an Exhaustive Jump Protocol
  • Research • Medicine
    Experimental Protocol of a Three-minute, All-out Arm Crank Exercise Test in Spinal-cord Injured and Able-bodied Individuals
  • Research • Medicine
    Phosphorus-31 Magnetic Resonance Spectroscopy: A Tool for Measuring In Vivo Mitochondrial Oxidative Phosphorylation Capacity in Human Skeletal Muscle
  • Research • Medicine
    Assessment of Pulmonary Capillary Blood Volume, Membrane Diffusing Capacity, and Intrapulmonary Arteriovenous Anastomoses During Exercise
  • Research • Medicine
    Assessment of Child Anthropometry in a Large Epidemiologic Study
  • Research • Medicine
    Video Movement Analysis Using Smartphones (ViMAS): A Pilot Study
  • Research • Medicine
    Network Analysis of Foramen Ovale Electrode Recordings in Drug-resistant Temporal Lobe Epilepsy Patients
  • Research • Medicine
    A Model to Simulate Clinically Relevant Hypoxia in Humans
  • Research • Medicine
    Interictal High Frequency Oscillations Detected with Simultaneous Magnetoencephalography and Electroencephalography as Biomarker of Pediatric Epilepsy
  • Research • Medicine
    Induction and Assessment of Exertional Skeletal Muscle Damage in Humans
  • Research • Medicine
    A Detailed Protocol for Perspiration Monitoring Using a Novel, Small, Wireless Device
  • Research • Medicine
    Drug-Induced Sleep Endoscopy (DISE) with Target Controlled Infusion (TCI) and Bispectral Analysis in Obstructive Sleep Apnea
  • Research • Medicine
    Integrated Compensatory Responses in a Human Model of Hemorrhage
  • Research • Medicine
    Transthoracic Speckle Tracking Echocardiography for the Quantitative Assessment of Left Ventricular Myocardial Deformation
  • Research • Medicine
    Impression Cytology of the Lid Wiper Area
  • Research • Behavior
    A Protocol of Manual Tests to Measure Sensation and Pain in Humans
  • Research • Medicine
    Unbiased Deep Sequencing of RNA Viruses from Clinical Samples
  • Research • Medicine
    A Choroid Plexus Epithelial Cell-based Model of the Human Blood-Cerebrospinal Fluid Barrier to Study Bacterial Infection from the Basolateral Side
  • Research • Medicine
    Isolation and Profiling of MicroRNA-containing Exosomes from Human Bile
  • Research • Medicine
    Generation of Microtumors Using 3D Human Biogel Culture System and Patient-derived Glioblastoma Cells for Kinomic Profiling and Drug Response Testing
  • Research • Medicine
    Ultrasound Assessment of Endothelial Function: A Technical Guideline of the Flow-mediated Dilation Test
  • Research • Medicine
    Using a Laminating Technique to Perform Confocal Microscopy of the Human Sclera
  • Research • Medicine
    Intravenous Endotoxin Challenge in Healthy Humans: An Experimental Platform to Investigate and Modulate Systemic Inflammation
  • Research • Medicine
    Modeling and Simulations of Olfactory Drug Delivery with Passive and Active Controls of Nasally Inhaled Pharmaceutical Aerosols
  • Research • Medicine
    Exosomal miRNA Analysis in Non-small Cell Lung Cancer (NSCLC) Patients' Plasma Through qPCR: A Feasible Liquid Biopsy Tool
  • Research • Medicine
    A Multimodal Imaging- and Stimulation-based Method of Evaluating Connectivity-related Brain Excitability in Patients with Epilepsy
  • Research • Medicine
    Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Toddlers - Resting and Developmental Challenges
  • Research • Medicine
    Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function
  • Research • Medicine
    Quantitative Fundus Autofluorescence for the Evaluation of Retinal Diseases
  • Research • Medicine
    Diagnosis of Musculus Gastrocnemius Tightness - Key Factors for the Clinical Examination
  • Research • Medicine
    Stereo-Electro-Encephalo-Graphy (SEEG) With Robotic Assistance in the Presurgical Evaluation of Medical Refractory Epilepsy: A Technical Note
  • Research • Medicine
    Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease
  • Research • Medicine
    Transcutaneous Microcirculatory Imaging in Preterm Neonates
  • Research • Medicine
    Using an Ingestible Telemetric Temperature Pill to Assess Gastrointestinal Temperature During Exercise
  • Research • Medicine
    Design, Fabrication, and Administration of the Hand Active Sensation Test (HASTe)
  • Research • Medicine
    MRI-guided dmPFC-rTMS as a Treatment for Treatment-resistant Major Depressive Disorder
  • Research • Medicine
    Functional Human Liver Preservation and Recovery by Means of Subnormothermic Machine Perfusion
  • Research • Medicine
    A Multicenter MRI Protocol for the Evaluation and Quantification of Deep Vein Thrombosis
  • Research • Medicine
    Determining The Electromyographic Fatigue Threshold Following a Single Visit Exercise Test
  • Research • Medicine
    Use of Electromagnetic Navigational Transthoracic Needle Aspiration (E-TTNA) for Sampling of Lung Nodules
  • Research • Medicine
    Trabecular Meshwork Response to Pressure Elevation in the Living Human Eye
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    In Vivo, Percutaneous, Needle Based, Optical Coherence Tomography of Renal Masses
  • Research • Medicine
    Establishment of Human Epithelial Enteroids and Colonoids from Whole Tissue and Biopsy
  • Research • Medicine
    Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images
  • Research • Medicine
    Preparation and Respirometric Assessment of Mitochondria Isolated from Skeletal Muscle Tissue Obtained by Percutaneous Needle Biopsy
  • Research • Medicine
    A Methodological Approach to Non-invasive Assessments of Vascular Function and Morphology
  • Research • Medicine
    Isolation and Immortalization of Patient-derived Cell Lines from Muscle Biopsy for Disease Modeling
  • Research • Medicine
    State of the Art Cranial Ultrasound Imaging in Neonates
  • Research • Medicine
    Measurement of Dynamic Scapular Kinematics Using an Acromion Marker Cluster to Minimize Skin Movement Artifact
  • Research • Medicine
    The Supraclavicular Fossa Ultrasound View for Central Venous Catheter Placement and Catheter Change Over Guidewire
  • Research • Medicine
    Ultrasound Assessment of Endothelial-Dependent Flow-Mediated Vasodilation of the Brachial Artery in Clinical Research
  • Research • Medicine
    Tracking the Mammary Architectural Features and Detecting Breast Cancer with Magnetic Resonance Diffusion Tensor Imaging
  • Research • Medicine
    A Neuroscientific Approach to the Examination of Concussions in Student-Athletes
  • Research • Medicine
    DTI of the Visual Pathway - White Matter Tracts and Cerebral Lesions
  • Research • Medicine
    Collection, Isolation, and Flow Cytometric Analysis of Human Endocervical Samples
  • Research • Medicine
    Fundus Photography as a Convenient Tool to Study Microvascular Responses to Cardiovascular Disease Risk Factors in Epidemiological Studies
  • Research • Medicine
    A Multi-Modal Approach to Assessing Recovery in Youth Athletes Following Concussion
  • Research • Medicine
    Clinical Assessment of Spatiotemporal Gait Parameters in Patients and Older Adults
  • Research • Medicine
    Multi-electrode Array Recordings of Human Epileptic Postoperative Cortical Tissue
  • Research • Medicine
    Collection and Extraction of Saliva DNA for Next Generation Sequencing
  • Research • Medicine
    Fast and Accurate Exhaled Breath Ammonia Measurement
  • Research • Medicine
    Developing Neuroimaging Phenotypes of the Default Mode Network in PTSD: Integrating the Resting State, Working Memory, and Structural Connectivity
  • Research • Medicine
    Two Methods for Establishing Primary Human Endometrial Stromal Cells from Hysterectomy Specimens
  • Research • Medicine
    Assessment of Vascular Function in Patients With Chronic Kidney Disease
  • Research • Medicine
    Coordinate Mapping of Hyolaryngeal Mechanics in Swallowing
  • Research • Medicine
    Network Analysis of the Default Mode Network Using Functional Connectivity MRI in Temporal Lobe Epilepsy
  • Research • Medicine
    EEG Mu Rhythm in Typical and Atypical Development
  • Research • Medicine
    The Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT): An iPad-Based Disability Assessment Tool
  • Research • Medicine
    Isolation and Functional Characterization of Human Ventricular Cardiomyocytes from Fresh Surgical Samples
  • Research • Medicine
    Dynamic Visual Tests to Identify and Quantify Visual Damage and Repair Following Demyelination in Optic Neuritis Patients
  • Research • Medicine
    Primary Culture of Human Vestibular Schwannomas
  • Research • Medicine
    Utility of Dissociated Intrinsic Hand Muscle Atrophy in the Diagnosis of Amyotrophic Lateral Sclerosis
  • Research • Medicine
    Lesion Explorer: A Video-guided, Standardized Protocol for Accurate and Reliable MRI-derived Volumetrics in Alzheimer's Disease and Normal Elderly
  • Research • Medicine
    Pulse Wave Velocity Testing in the Baltimore Longitudinal Study of Aging
  • Research • Medicine
    Isolation, Culture, and Imaging of Human Fetal Pancreatic Cell Clusters
  • Research • Medicine
    3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache
  • Research • Medicine
    A Novel Application of Musculoskeletal Ultrasound Imaging
  • Research • Medicine
    Computerized Dynamic Posturography for Postural Control Assessment in Patients with Intermittent Claudication
  • Research • Medicine
    Collecting Saliva and Measuring Salivary Cortisol and Alpha-amylase in Frail Community Residing Older Adults via Family Caregivers
  • Research • Medicine
    Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases
  • Research • Medicine
    Transcriptomic Analysis of Human Retinal Surgical Specimens Using jouRNAl
  • Research • Medicine
    Improved Protocol For Laser Microdissection Of Human Pancreatic Islets From Surgical Specimens
  • Research • Medicine
    Evaluation of Respiratory Muscle Activation Using Respiratory Motor Control Assessment (RMCA) in Individuals with Chronic Spinal Cord Injury
  • Research • Medicine
    Minimal Erythema Dose (MED) Testing
  • Research • Medicine
    Measuring Cardiac Autonomic Nervous System (ANS) Activity in Children
  • Research • Medicine
    Collecting And Measuring Wound Exudate Biochemical Mediators In Surgical Wounds
  • Research • Medicine
    A Research Method For Detecting Transient Myocardial Ischemia In Patients With Suspected Acute Coronary Syndrome Using Continuous ST-segment Analysis
  • Research • Medicine
    Using a Chemical Biopsy for Graft Quality Assessment
  • Research • Medicine
    Characterizing Exon Skipping Efficiency in DMD Patient Samples in Clinical Trials of Antisense Oligonucleotides
  • Research • Medicine
    In Vitro Assessment of Cardiac Function Using Skinned Cardiomyocytes
  • Research • Medicine
    Normothermic Ex Situ Heart Perfusion in Working Mode: Assessment of Cardiac Function and Metabolism
  • Research • Medicine
    Evaluation of Vascular Control Mechanisms Utilizing Video Microscopy of Isolated Resistance Arteries of Rats
  • Research • Medicine
    Bronchoalveolar Lavage (BAL) for Research; Obtaining Adequate Sample Yield
  • Research • Medicine
    Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants
  • Research • Medicine
    Tilt Testing with Combined Lower Body Negative Pressure: a "Gold Standard" for Measuring Orthostatic Tolerance
  • Research • Medicine
    Driving Simulation in the Clinic: Testing Visual Exploratory Behavior in Daily Life Activities in Patients with Visual Field Defects
  • Research • Medicine
    Isolation, Characterization and Comparative Differentiation of Human Dental Pulp Stem Cells Derived from Permanent Teeth by Using Two Different Methods
  • Research • Medicine
    Portable Intermodal Preferential Looking (IPL): Investigating Language Comprehension in Typically Developing Toddlers and Young Children with Autism
  • Research • Medicine
    Intraoperative Detection of Subtle Endometriosis: A Novel Paradigm for Detection and Treatment of Pelvic Pain Associated with the Loss of Peritoneal Integrity
  • Research • Medicine
    The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease
  • Research • Medicine
    Collection Protocol for Human Pancreas
  • Research • Medicine
    The α-test: Rapid Cell-free CD4 Enumeration Using Whole Saliva
  • Research • Medicine
    The Measurement and Treatment of Suppression in Amblyopia
  • Research • Medicine
    Corneal Donor Tissue Preparation for Endothelial Keratoplasty
  • Research • Medicine
    Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography (FDG-PET/CT)
  • Research • Medicine
    Eye Tracking Young Children with Autism
  • Research • Medicine
    Doppler Optical Coherence Tomography of Retinal Circulation
  • Research • Medicine
    Utilizing Transcranial Magnetic Stimulation to Study the Human Neuromuscular System
  • Research • Medicine
    Detection and Genogrouping of Noroviruses from Children's Stools By Taqman One-step RT-PCR
  • Research • Medicine
    Method to Measure Tone of Axial and Proximal Muscle
  • Research • Medicine
    The Trier Social Stress Test Protocol for Inducing Psychological Stress
  • Research • Medicine
    Probing the Brain in Autism Using fMRI and Diffusion Tensor Imaging
  • Research • Medicine
    Multifocal Electroretinograms
  • Research • Medicine
    Isolation of Human Islets from Partially Pancreatectomized Patients
  • Research • Medicine
    Examining the Characteristics of Episodic Memory using Event-related Potentials in Patients with Alzheimer's Disease
  • Research • Medicine
    Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling
  • Research • Medicine
    Manual Muscle Testing: A Method of Measuring Extremity Muscle Strength Applied to Critically Ill Patients
  • Research • Medicine
    Expired CO2 Measurement in Intubated or Spontaneously Breathing Patients from the Emergency Department
  • Research • Medicine
    A Protocol for Comprehensive Assessment of Bulbar Dysfunction in Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)
  • Research • Medicine
    An Investigation of the Effects of Sports-related Concussion in Youth Using Functional Magnetic Resonance Imaging and the Head Impact Telemetry System
  • Research • Medicine
    Corneal Confocal Microscopy: A Novel Non-invasive Technique to Quantify Small Fibre Pathology in Peripheral Neuropathies
  • Research • Medicine
    Methods to Quantify Pharmacologically Induced Alterations in Motor Function in Human Incomplete SCI
  • Research • Medicine
    Multispectral Real-time Fluorescence Imaging for Intraoperative Detection of the Sentinel Lymph Node in Gynecologic Oncology
  • Research • Medicine
    Technique to Collect Fungiform (Taste) Papillae from Human Tongue
  • Research • Medicine
    Assessing Endothelial Vasodilator Function with the Endo-PAT 2000
  • Research • Medicine
    Making Sense of Listening: The IMAP Test Battery
  • Research • Medicine
    An Experimental Paradigm for the Prediction of Post-Operative Pain (PPOP)
  • Research • Biology
    Bioelectric Analyses of an Osseointegrated Intelligent Implant Design System for Amputees
  • Research • Biology
    Demonstration of Cutaneous Allodynia in Association with Chronic Pelvic Pain

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