Een optische neuromonitor van cerebraal zuurstofmetabolisme en bloedstroom voor neonatologie (BabyLux)

Het BabyLux-project heeft tot doel een nauwkeurig, nauwkeurig en robuust apparaat te bieden om continu het cerebrale zuurstofmetabolisme en de bloedstroom bij ernstig zieke pasgeboren baby's te bewaken. Dit zal worden bereikt door tijdopgeloste nabij-infraroodspectroscopie (TRS) te combineren met nieuw ontwikkelde diffuse correlatiespectroscopie (DCS) in één enkel apparaat. De innovatieve aspecten van het project hebben betrekking op het gebruik van geavanceerde oplossingen, gebaseerd op de modernste fotonische componenten, die al zijn getest in laboratorium- en klinische tests op volwassenen.

Tijdopgeloste nabij-infraroodspectroscopie en diffuse correlatiespectroscopie

De voorgestelde oplossing zal twee geavanceerde fotonische technieken, TRS en DCS, integreren. Beide technieken zijn gebaseerd op het gebruik van een optische vezelsonde (sensor) om met zeer laag vermogen nabij-infrarood licht de hoofdhuid te verlichten en het diffuus gereflecteerde optische signaal op te vangen dat zich door de hoofdhuid en de schedel heeft voortgeplant en daardoor informatie over de diepere corticale regio. De verschillende absorptiespectra van geoxygeneerd en gedeoxygeneerd hemoglobine in het nabije infraroodbereik maken de niet-invasieve monitoring van de twee soorten in het corticale weefsel mogelijk.

TRS- en DCS-prototypes zijn beschikbaar en zijn technisch getest in laboratoriumomgevingen en met succes gevalideerd tijdens preklinische onderzoeken bij volwassen vrijwilligers en patiënten.

Gemeten TRS/DCS-parameters

TRS meet de verzwakking en de temporele verbreding van relatief korte lichtpulsen (pulsduur ~100 ps) door een diffuus medium (bijvoorbeeld het hoofd van een pasgeborene). TRS heeft het vermogen om padlengtes (of equivalente vluchttijden) op te lossen van fotonen die zich door de weefsels hebben voortgeplant. Dit stelt TRS in staat om de absorptie- en verstrooiingscoëfficiënten te scheiden, waardoor absolute metingen mogelijk zijn, en om time-gating van padlengtes te gebruiken om signalen uit diepere weefsels te benadrukken. Dit is vooral belangrijk voor het scheiden van intra- en extracerebrale signalen voor hersenmonitoring.

DCS is gebaseerd op het feit dat temporele correlatie van lichtvelden in troebele media ook een diffusievergelijking volgt, zij het een iets andere dan die wordt gebruikt voor TRS. DCS deelt dus de lichtpenetratievoordelen van TRS, maar aangezien DCS expliciet de beweging van rode bloedcellen meet, biedt het een directe meting van kwantiteiten zoals cerebrale bloedstroom (CBF).

De specifieke combinatie van DCS en TRS maakt de beoordeling van het cerebrale zuurstofmetabolisme en CBF in een volledige (d.w.z. CBF en oxygenatie worden gelijktijdig en onafhankelijk geleverd), nauwkeurig (d.w.z. gebaseerd op absolute metingen van optische parameters) en robuust (d.w.z. mogelijk minder beïnvloed door artefacten die verband houden met oppervlakkige systemische activiteit of sensor-/hoofdbewegingen).

Het doel van deze studie is om klinische metingen uit te voeren met behulp van het BabyLux-instrument in verschillende klinische praktijkomgevingen om deze nieuwe technologie te valideren in termen van haalbaarheid, herhaalbaarheid van metingen en gebruiksvriendelijkheid in neonatale geneeskunde.

Het BabyLux-systeem is getest in vier verschillende situaties in de praktijk om te meten:

1. De toename in oxygenatie en verandering in de bloedstroom gedurende de minuten na de geboorte om het verwachte meetbereik te specificeren;
2. De precisie en herhaalbaarheid van metingen door de NIRS-sensor meerdere keren opnieuw aan te brengen op enigszins verschillende plaatsen van het hoofd in een relatief stabiele toestand;
3. De cerebrale vaso-reactiviteit op arteriële kooldioxidespanning bij mechanisch geventileerde pasgeborenen om geïnduceerde veranderingen in de cerebrale bloedstroom te volgen;
4. Gebruiksvriendelijkheid en signaalverlies in routinematige zorgsituaties (bijvoorbeeld bij 24-uurs monitoring van pasgeborenen op de intensive care).