Aivojen happiaineenvaihdunnan ja verenvirtauksen optinen neuromonitori neonatologiaa varten (BabyLux)

BabyLux-projektin tavoitteena on tarjota tarkka, tarkka ja vankka laite, jolla seurataan jatkuvasti aivojen happiaineenvaihduntaa ja verenkiertoa kriittisesti sairailla vastasyntyneillä. Tämä saavutetaan yhdistämällä aikaresoluutioinen lähi-infrapunaspektroskopia (TRS) äskettäin kehitettyyn diffuusikorrelaatiospektroskopiaan (DCS) yhdessä laitteessa. Hankkeen innovatiiviset näkökohdat liittyvät edistyneiden ratkaisujen käyttöön, jotka perustuvat huippuluokan fotonikomponentteihin, joita on jo testattu laboratorio- ja kliinisissä testeissä aikuisilla.

Aikaerotettu lähi-infrapunaspektroskopia ja diffuusikorrelaatiospektroskopia

Ehdotettu ratkaisu yhdistää kaksi edistynyttä fotonitekniikkaa, TRS:n ja DCS:n. Molemmat tekniikat perustuvat optisen kuituanturin (anturin) käyttöön valaisemaan päänahkaa erittäin alhaisella teholla lähi-infrapunavalolla ja keräämään diffuusisesti heijastuneen optisen signaalin, joka on levinnyt päänahan ja kallon läpi ja kuljettaa siten tietoa syvemmistä. kortikaalinen alue. Hapetetun ja happivapaan hemoglobiinin erilaiset absorptiospektrit lähi-infrapuna-alueella mahdollistavat näiden kahden lajin ei-invasiivisen seurannan aivokuoressa.

TRS- ja DCS-prototyyppejä on saatavilla, ja ne on testattu teknisesti laboratorioympäristöissä ja validoitu onnistuneesti prekliinisissä kokeissa aikuisilla vapaaehtoisilla ja potilailla.

Mitatut TRS/DCS-parametrit

TRS mittaa suhteellisen lyhyiden valopulssien (pulssin kesto ~100 ps) vaimenemista ja ajallista laajenemista diffuusion väliaineen (esim. vastasyntyneen pään) kautta. TRS pystyy selvittämään kudosten läpi etenneiden fotonien polun pituudet (tai vastaavasti lentoajat). Tämä antaa TRS:lle mahdollisuuden erottaa absorptio- ja sirontakertoimet, mikä mahdollistaa absoluuttiset mittaukset, ja hyödyntää polun pituuksien aika-avainnointia syvemmistä kudoksista tulevien signaalien korostamiseksi. Tämä on erityisen tärkeää aivojen sisäisten ja ulkoisten signaalien erottamiseksi aivojen seurantaa varten.

DCS luottaa siihen tosiasiaan, että sameiden väliaineiden valokenttien ajallinen korrelaatio noudattaa myös diffuusioyhtälöä, vaikkakin hieman erilaista kuin TRS:ssä. Siten DCS jakaa TRS:n valonläpäisyedut, mutta koska DCS mittaa nimenomaisesti punasolujen liikettä, se tarjoaa suoran mittauksen määristä, kuten aivoverenvirtauksesta (CBF).

DCS:n ja TRS:n erityinen yhdistelmä mahdollistaa aivojen happiaineenvaihdunnan ja CBF:n arvioinnin täydellisessä (ts. CBF ja hapetus tarjotaan samanaikaisesti ja toisistaan ​​riippumatta, tarkkoja (eli perustuen optisten parametrien absoluuttisiin mittauksiin) ja vankkoja (ts. pinnalliseen systeemiseen toimintaan tai anturin/pään liikkeisiin liittyvät artefaktit vaikuttavat mahdollisesti vähemmän.

Tämän tutkimuksen tavoitteena on suorittaa kliinisiä mittauksia BabyLux-instrumentilla erilaisissa kliinisissä tosielämän ympäristöissä tämän uuden teknologian validoimiseksi toteutettavuuden, mittausten toistettavuuden ja käyttäjäystävällisyyden kannalta vastasyntyneiden lääketieteessä.

BabyLux-järjestelmää testataan neljässä eri tosielämän asetuksessa mittaamiseksi:

1. Happipitoisuuden lisääntyminen ja verenvirtauksen muutos syntymän jälkeisten minuuttien aikana odotetun mittausalueen määrittelemiseksi;
2. Mittausten tarkkuus ja toistettavuus lisäämällä NIRS-anturia useita kertoja hieman eri kohtiin päätä suhteellisen vakaassa tilassa;
3. Aivojen vaso-reaktiivisuus valtimoiden hiilidioksidijännitykseen mekaanisesti ventiloiduilla vastasyntyneillä aivojen verenvirtauksen aiheuttamien muutosten seuraamiseksi;
4. Käyttäjäystävällisyys ja signaalin katoaminen rutiinihoitotilanteissa (esim. tehohoidossa olevien vastasyntyneiden 24 tunnin seurannan aikana).