Analyse af cerebral perfusion ved hjælp af hovedultralyd og multikildedetektor nær infrarød spektroskopi (NIRS) billeddannelse

Formål: Der er 4 mål for denne undersøgelse.

1. For at bestemme, om brugen af ​​kraniel ultralyd og multi-source-detektor nær infrarød spektroskopi kan identificere ændringer i cerebral perfusion, der er forbundet med langvarig neurologisk dysfunktion.
2. Evaluer, om ændringer i resistive indekser som bestemt ved kraniel ultralyd efter kardiopulmonal bypass er forbundet med større neurologisk dysfunktion.
3. Beskriv regionale ændringer i hjernevævsiltning under selektiv cerebral perfusion ved hjælp af nær-infrarød spektroskopi og afgør, om der er kritiske tærskler, der korrelerer med dårlige neurologiske resultater. For at opnå dette vil vi beskrive forskelle i cerebral blodgennemstrømning og iltning som relateret til hjertets strukturelle anatomi. Specifikt vil vi sammenligne enkelt ventrikel og to ventrikelhjerter med hensyn til brug af kardiopulmonal bypass med eller uden selektiv cerebral perfusion. Vi vil også afgøre, om en længerevarende reduktion af cerebral iltning intraoperativt er forbundet med ultralydsdiagnosticeret periventrikulær leukomalaci ved udskrivelse.
4. Indsaml prospektivt patienters DNA for at bestemme, om der er forskelle i neurologiske resultater, der er forbundet med genetisk variation. Specifikt vil vi se på simpel karyotyping, enkeltnukleotidpolymorfismer og kopiantal variationsforskelle mellem patienter. Dette DNA vil blive indsamlet og opbevaret til fremtidig sammenligning med andre børn med medfødt hjertesygdom, som gennemgår neuroudviklingstests.

Baggrund:

Forekomsten af ​​medfødt hjertesygdom er mindst 10 ud af 1000 levendefødte børn, og børn med medfødt hjertesygdom har høj risiko for at udvikle neurologiske abnormiteter1. Patienter med en enkelt ventrikel har en gennemsnitlig fuldskala IQ mellem 89-97, og forekomsten af ​​alvorlig mental retardering ved hypoplastisk venstre hjertesyndrom er så høj som 18%2, 3. Faktorerne, der påvirker denne risiko, er multiple og omfatter præoperativ, intraoperativ, og postoperative hændelser. En væsentlig risikofaktor er brugen af ​​dyb hypotermisk cirkulationsstop (DHCA), som historisk har været anvendt til at opnå et blodløst operationsfelt til rekonstruktion af aortabuen. Da det bliver mere og mere tydeligt, at der ikke er nogen sikker varighed af DHCA, er nyudviklede strategier rettet mod at maksimere cerebral blodgennemstrømning og derved forbedre neurologiske resultater4-7. En sådan strategi, der har været udbredt, er selektiv cerebral perfusion (SCP), som øger cerebral blodgennemstrømning via en dedikeret hjernekanyle, der føres ind i den højre fælles halspulsåre under rekonstruktion af aortabuen.8 Denne teknik, som nedsætter perioden med cerebral iskæmi, har i dyremodeller vist sig at forbedre neurologiske resultater, men lignende undersøgelser er ikke blevet udført hos mennesker9.

Det er kendt, at cerebral vaskulær modstand øges efter DHCA, og det er blevet foreslået, at SCP kan bidrage til post-bypass cerebral vaskulær hypertension10, 11. Enkeltkanals nær-infrarød spektroskopi (NIRS) målinger har vist sig at korrelere med cerebral blodgennemstrømning i dyremodeller, men evaluering af SCP med multi-site-detector NIRS er ikke blevet udført, og det er ukendt, om der er regionale iltningsforskelle12, 13. Denne undersøgelse ville give vigtig information om de cerebrale blodgennemstrømningskarakteristika for regionalt væv, især da det vedrører ensidig perfusion samt forskelle i patienter med kompleks anatomi og kompromitteret cerebral blodgennemstrømning.

Kraniel ultralyd med Doppler-resistensmålinger er blevet brugt til at forudsige hypoxisk iskæmisk encefalopati hos fuldbårne og præmature spædbørn14-16. Det er kendt, at spædbørn med alvorlig medfødt hjertesygdom har unormal cerebral blodgennemstrømning, især dem med enkelte ventrikler, og at dette sætter dem i øget risiko for periventrikulær leukomalaci17-19. Det er imidlertid ikke klart, om disse målinger er forbundet med negative neuroudviklingsresultater, og om de kan bruges i kombination med NIRS til at give bedside-information om neurologisk sundhed og tilstrækkeligheden af ​​den nuværende hæmodynamiske behandling.

Mens NIRS har vist sig at være forbundet med ny eller forværret iskæmi på postoperativ magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), er det ofte tilfældet, at disse spædbørn ikke er stabile nok til de risici, der er forbundet med at få en MR, herunder transport og sedation og ultralyd kan tjene som et passende, mere sikkert screeningsværktøj20, 21. Vi foreslår at bruge en eksperimentel kontinuerlig diagnostisk modalitet (NIRS), kombineret med et kendt screeningsværktøj (kraniel ultralyd), til at analysere og evaluere cerebral blodgennemstrømning og iltning og afgøre, om unormale neuroudviklingsmæssige resultater kan forudsiges og potentielt forbedres. Den optimale timing af ultralydsydelse er ikke kendt, og det er derfor vigtigt at indhente pilotdata for at forfine en diagnostisk kombination for bedst muligt at vurdere risikoen for neurologisk skade.

En anden velkendt risikofaktor for dårligt neurologisk resultat hos børn med medfødt hjertesygdom er genetik22. Enkelte gen-polymorfier er blevet identificeret og forbundet med dårlige neuroudviklingsresultater, og flere er ved at blive identificeret23. Yderligere undersøgelser skal udføres for bedre at forstå de genetiske nøgler til medfødt hjertesygdom og de neurologiske resultater, der er resultatet af det.

Dette er et enkelt center, prospektiv analyse af cerebral perfusion hos spædbørn op til 2 måneder, som gennemgår reparation af medfødt hjertesygdom. I alt 70 forsøgspersoner vil blive godkendt til denne protokol med håb om, at 60 vil fuldføre undersøgelsen. Forsøgspersonerne forventes at deltage i undersøgelsen i i alt 6 år, fra indskrivning til den endelige neurokognitive vurdering. Forsøgspersonerne vil modtage $25 for 12 måneders opfølgningsevaluering, $50 for den treårige evaluering og $75 for den 6-årige evaluering som patientincitament.

Spædbørn (op til 2 måneder) med medfødt hjertesygdom, der skal opereres på Children's Medical Center Dallas (CMCD), vil være berettiget. Alle sådanne patienter vil modtage standard præ-, intra- og postoperativ behandling.

Tilmeldte patienter vil gennemgå en præoperativ hovedultralyd for at bestemme resistive indekser og Doppler-flow af den midterste cerebrale arterie. Patienterne vil derefter have en multi-kilde-detektor NIRS-enhed placeret på hovedbunden, som vil blive holdt på plads med velcro. Sonderne er fastgjort til ledninger, der er forbundet til en dataindsamlingscomputer. Denne enhed vil indsamle data intraoperativt om regional iltning af væv og blodgennemstrømning og sammenligne mange forskellige områder af hjernen. En anden hovedultralyd vil blive opnået i den umiddelbare postoperative periode for at bestemme resistive indekser og Doppler-flow (inden for 4 timer). Endelig vil en tredje hovedultralyd blive udført inden for 48 timer efter udskrivelsen for at screene for periventrikulær leukomalaci eller skade på hjernens hvide substans. Disse undersøgelser er ikke smertefulde og medfører ingen yderligere belastning for patienten.

Disse diagnostiske tests er en del af en forskningsproces og er ikke standardbehandling. Enkeltkanals NIRS-overvågning er standardbehandling og vil blive udført, som den plejer.

Neuroudviklingsstatus vil blive vurderet af en uddannet pædiatrisk neuropsykolog ved 12 måneders alderen. Bayley Scales of Infant and Toddler Development vil blive udført ved 12 måneders evalueringen (2 timer). Wechsler Preschool og Primary Scales of Intelligence vil blive udført ved den 3-årige evaluering (2 timer). Børnehukommelsesskalaerne, Beery Visual-Motor Integration Tests, Child Behaviour Checklists og Woodcock Johnsons test af sprogfærdigheder vil blive udført ved den 6-årige evaluering (3 timer). Disse tests betragtes ikke som standardbehandling for disse patienter, men kan give vigtig information om indlæringsvanskeligheder og skolepræstationer.

Derudover vil forsøgspersonen have mulighed for at give samtykke til at give en DNA-prøve. Hvis forsøgspersonen giver sit samtykke, vil en blodprøve blive indsamlet af en læge, sygeplejerske eller autoriseret tekniker. Vi vil tage op til 30 ml blod, der skal indsamles på operationsdagen fra en allerede eksisterende linje. Disse prøver vil blive udtaget i overensstemmelse med CMCD's maksimale blodprøvevolumenpolitik. Prøverne vil blive fuldstændig afidentificeret og tildelt en unik tocifret identifikator, inden de sendes til Kernie-laboratoriet på UTSW til ekstraktion og analyse. Denne prøve vil blive gemt i en database for at sammenligne med fremtidige forsøgspersoner med medfødt hjertesygdom. Denne blodudtagning vil ske gennem en allerede eksisterende linje (nødvendig til operation) og vil ikke tilføje yderligere belastning for patienten. Genetisk testning kan omfatte analyse af enkeltnukleotidpolymorfismer, kopiantalvariation og simpel karyotyping. Korrelation med type medfødt hjertesygdom, resultater af neuroudviklingsundersøgelser og billeddiagnostiske resultater vil blive lavet med DNA-resultater.