Ein optischer Neuromonitor des zerebralen Sauerstoffstoffwechsels und des Blutflusses für die Neonatologie (BabyLux)

Das BabyLux-Projekt zielt darauf ab, ein präzises, genaues und robustes Gerät zur kontinuierlichen Überwachung des zerebralen Sauerstoffstoffwechsels und des Blutflusses bei kritisch kranken Neugeborenen bereitzustellen. Dies wird durch die Kombination von zeitaufgelöster Nahinfrarotspektroskopie (TRS) mit neu entwickelter diffuser Korrelationsspektroskopie (DCS) in einem einzigen Gerät erreicht. Die innovativen Aspekte des Projekts beziehen sich auf die Verwendung fortschrittlicher Lösungen auf der Grundlage modernster photonischer Komponenten, die bereits in Labor- und klinischen Tests an Erwachsenen getestet wurden.

Zeitaufgelöste Nahinfrarotspektroskopie und diffuse Korrelationsspektroskopie

Die vorgeschlagene Lösung wird zwei fortschrittliche photonische Techniken integrieren, TRS und DCS. Beide Techniken beruhen auf der Verwendung einer optischen Fasersonde (Sensor), um die Kopfhaut mit Nahinfrarotlicht sehr geringer Leistung zu beleuchten und das diffus reflektierte optische Signal zu sammeln, das sich durch die Kopfhaut und den Schädel ausgebreitet hat und daher Informationen in die Tiefe trägt kortikale Region. Die unterschiedlichen Absorptionsspektren von oxygeniertem und deoxygeniertem Hämoglobin im nahen Infrarotbereich ermöglichen die nicht-invasive Überwachung der beiden Spezies im kortikalen Gewebe.

TRS- und DCS-Prototypen sind verfügbar und wurden in Laborumgebungen technisch getestet und in vorklinischen Studien an erwachsenen Freiwilligen und Patienten erfolgreich validiert.

Gemessene TRS/DCS-Parameter

TRS misst die Dämpfung und die zeitliche Verbreiterung relativ kurzer Lichtpulse (Pulsdauer ~100 ps) durch ein streuendes Medium (z. B. den Kopf eines Neugeborenen). TRS ist in der Lage, Weglängen (oder äquivalent Flugzeiten) von Photonen aufzulösen, die sich durch das Gewebe ausgebreitet haben. Dies ermöglicht es TRS, die Absorptions- und Streukoeffizienten zu trennen, was absolute Messungen ermöglicht, und das Time-Gating von Weglängen zu verwenden, um Signale aus tieferen Geweben hervorzuheben. Dies ist besonders wichtig für die Trennung von intra- und extrazerebralen Signalen für die Gehirnüberwachung.

DCS beruht auf der Tatsache, dass die zeitliche Korrelation von Lichtfeldern in trüben Medien ebenfalls einer Diffusionsgleichung gehorcht, wenn auch einer etwas anderen als bei TRS. Somit teilt DCS die Lichtdurchdringungsvorteile von TRS, aber da DCS explizit die Bewegung roter Blutkörperchen misst, liefert es ein direktes Maß für Größen wie den zerebralen Blutfluss (CBF).

Die spezifische Kombination von DCS und TRS ermöglicht die Beurteilung des zerebralen Sauerstoffstoffwechsels und des CBF in einem vollständigen (d.h. CBF und Oxygenierung werden gleichzeitig und unabhängig bereitgestellt), genau (d. h. basierend auf absoluten Messungen optischer Parameter) und robust (d. h. möglicherweise weniger von Artefakten im Zusammenhang mit oberflächlicher systemischer Aktivität oder Sensor-/Kopfbewegungen betroffen).

Das Ziel dieser Studie ist die Durchführung klinischer Messungen mit dem BabyLux-Instrument in verschiedenen klinischen Alltagsumgebungen, um diese neue Technologie in Bezug auf Machbarkeit, Wiederholbarkeit von Messungen und Benutzerfreundlichkeit in der Neugeborenenmedizin zu validieren.

Das BabyLux-System wird in vier verschiedenen realen Umgebungen getestet, um zu messen:

1. Die Erhöhung der Sauerstoffversorgung und die Änderung des Blutflusses während der Minuten nach der Geburt, um den erwarteten Messbereich anzugeben;
2. Die Präzision und Wiederholbarkeit der Messungen durch mehrmaliges erneutes Anbringen des NIRS-Sensors an leicht unterschiedlichen Stellen des Kopfes in einem relativ stabilen Zustand;
3. Die zerebrale Vasoreaktivität auf arteriellen Kohlendioxiddruck bei mechanisch beatmeten Neugeborenen zur Überwachung induzierter Veränderungen im zerebralen Blutfluss;
4. Die Benutzerfreundlichkeit und der Signalverlust in Routineversorgungssituationen (z. B. während der 24-Stunden-Überwachung von Neugeborenen auf der Intensivstation).