En optisk nevromonitor av cerebral oksygenmetabolisme og blodstrøm for neonatologi (BabyLux)

BabyLux-prosjektet har som mål å tilby en presis, nøyaktig og robust enhet for kontinuerlig å overvåke cerebral oksygenmetabolisme og blodstrøm hos kritisk syke nyfødte spedbarn. Dette vil oppnås ved å kombinere tidsoppløst nær-infrarød spektroskopi (TRS) med nyutviklet diffus korrelasjonsspektroskopi (DCS) i en enkelt enhet. De innovative aspektene ved prosjektet er knyttet til bruk av avanserte løsninger, basert på toppmoderne fotoniske komponenter, som allerede er testet i laboratorie- og kliniske tester på voksne.

Tidsløst nær-infrarød spektroskopi og diffus korrelasjonsspektroskopi

Den foreslåtte løsningen vil integrere to avanserte fotoniske teknikker, TRS og DCS. Begge teknikkene er avhengige av bruken av en optisk fibersonde (sensor) for å belyse hodebunnen med svært lav effekt nær-infrarødt lys og for å samle det diffust reflekterte optiske signalet som har forplantet seg gjennom hodebunnen og skallen, og derfor bærer informasjon om de dypere cortical region. De forskjellige absorpsjonsspektrene for oksygenert og deoksygenert hemoglobin i det nær-infrarøde området muliggjør ikke-invasiv overvåking av de to artene i det kortikale vevet.

TRS- og DCS-prototyper er tilgjengelige og har blitt teknisk testet i laboratoriemiljøer og vellykket validert under prekliniske studier på voksne frivillige og pasienter.

Målte TRS/DCS parametere

TRS måler dempningen og den tidsmessige utvidelsen av relativt korte lyspulser (pulsvarighet ~100 ps) gjennom et diffusivt medium (f.eks. et nyfødt hode). TRS har evnen til å løse banelengder (eller tilsvarende flytider) av fotoner som har forplantet seg gjennom vevene. Dette gjør det mulig for TRS å separere absorpsjons- og spredningskoeffisientene som tillater absolutte målinger, og å bruke tidsgrense for banelengder for å understreke signaler fra dypere vev. Dette er spesielt viktig for å skille intra- og ekstra-cerebrale signaler for hjerneovervåking.

DCS er avhengig av det faktum at tidsmessig korrelasjon av lysfelt i uklare medier også følger en diffusjonsligning, om enn en litt annen enn den som brukes for TRS. Dermed deler DCS lyspenetrasjonsfordelene til TRS, men siden DCS eksplisitt måler bevegelse av røde blodlegemer, gir den et direkte mål på mengder som cerebral blodstrøm (CBF).

Den spesifikke kombinasjonen av DCS og TRS gjør det mulig å vurdere cerebral oksygenmetabolisme og CBF i en fullstendig (dvs. CBF og oksygenering leveres samtidig og uavhengig), nøyaktig (dvs. basert på absolutte målinger av optiske parametere) og robuste (dvs. potensielt mindre påvirket av artefakter relatert til overfladisk systemisk aktivitet eller sensor/hodebevegelser).

Målet med denne studien er å utføre kliniske målinger ved hjelp av BabyLux-instrumentet i ulike kliniske virkelige omgivelser for å validere denne nye teknologien når det gjelder gjennomførbarhet, repeterbarhet av målinger og brukervennlighet i neonatalmedisin.

BabyLux-systemet er testet i fire forskjellige virkelige innstillinger for å måle:

1. Økningen i oksygenering og endring i blodstrøm i løpet av minuttene etter fødselen for å spesifisere det forventede måleområdet;
2. Presisjonen og repeterbarheten av målinger ved å bruke NIRS-sensoren flere ganger på litt forskjellige steder i hodet i en relativt stabil tilstand;
3. Den cerebrale vaso-reaktiviteten til arteriell karbondioksidspenning hos mekanisk ventilerte nyfødte for å overvåke induserte endringer i cerebral blodstrøm;
4. Brukervennlighet og tap av signal i rutinemessige omsorgssituasjoner (f.eks. under 24-timers overvåking av nyfødte som gjennomgår intensivbehandling).