Optyczny neuromonitor mózgowego metabolizmu tlenu i przepływu krwi dla neonatologii (BabyLux)

Projekt BabyLux ma na celu dostarczenie precyzyjnego, dokładnego i solidnego urządzenia do ciągłego monitorowania mózgowego metabolizmu tlenu i przepływu krwi u krytycznie chorych noworodków. Zostanie to osiągnięte poprzez połączenie spektroskopii w bliskiej podczerwieni z rozdzielczością czasową (TRS) z nowo opracowaną spektroskopią korelacji dyfuzyjnej (DCS) w jednym urządzeniu. Innowacyjność projektu związana jest z wykorzystaniem zaawansowanych rozwiązań, opartych na najnowocześniejszych komponentach fotonicznych, które zostały już przetestowane w badaniach laboratoryjnych i klinicznych na osobach dorosłych.

Spektroskopia czasowo-rozdzielcza w bliskiej podczerwieni i dyfuzyjna spektroskopia korelacyjna

Proponowane rozwiązanie będzie integrować dwie zaawansowane techniki fotoniczne, TRS i DCS. Obie techniki polegają na wykorzystaniu sondy światłowodowej (czujnika) do oświetlania skóry głowy światłem bliskiej podczerwieni o bardzo małej mocy i zbierania dyfuzyjnie odbitego sygnału optycznego, który rozchodził się przez skórę głowy i czaszkę, a zatem przenosi informacje o głębszych region korowy. Różne widma absorpcji utlenionej i odtlenionej hemoglobiny w zakresie bliskiej podczerwieni pozwalają na nieinwazyjne monitorowanie tych dwóch gatunków w tkance korowej.

Prototypy TRS i DCS są dostępne i zostały technicznie przetestowane w warunkach laboratoryjnych oraz pomyślnie zweryfikowane podczas badań przedklinicznych na dorosłych ochotnikach i pacjentach.

Zmierzone parametry TRS/DCS

TRS mierzy tłumienie i czasowe poszerzenie stosunkowo krótkich impulsów świetlnych (czas trwania impulsu ~ 100 ps) przez ośrodek dyfuzyjny (np. głowę noworodka). TRS ma zdolność określania długości drogi (lub równoważnego czasu przelotu) fotonów, które rozprzestrzeniły się w tkankach. Umożliwia to TRS oddzielenie współczynników absorpcji i rozpraszania, co pozwala na pomiary bezwzględne, oraz wykorzystanie bramkowania czasowego długości ścieżek w celu podkreślenia sygnałów z głębszych tkanek. Jest to szczególnie ważne przy oddzielaniu sygnałów wewnątrz- i zewnątrzmózgowych w celu monitorowania mózgu.

DCS opiera się na fakcie, że czasowa korelacja pól świetlnych w mętnych ośrodkach również jest zgodna z równaniem dyfuzji, choć nieco innym niż stosowane w przypadku TRS. Tak więc DCS ma takie same zalety penetracji światła jak TRS, ale ponieważ DCS wyraźnie mierzy ruch czerwonych krwinek, zapewnia bezpośredni pomiar wielkości, takich jak mózgowy przepływ krwi (CBF).

Specyficzna kombinacja DCS i TRS pozwala na ocenę mózgowego metabolizmu tlenowego i CBF w pełnym (tj. CBF i natlenienie są zapewnione jednocześnie i niezależnie), dokładne (tj. oparte na bezwzględnych pomiarach parametrów optycznych) i solidne (tj. potencjalnie mniej dotknięty artefaktami związanymi z powierzchowną aktywnością systemową lub ruchami czujnika/głowy).

Celem tego badania jest wykonanie pomiarów klinicznych przy użyciu instrumentu BabyLux w różnych rzeczywistych warunkach klinicznych w celu sprawdzenia tej nowej technologii pod względem wykonalności, powtarzalności pomiarów i łatwości obsługi w medycynie noworodkowej.

System BabyLux jest testowany w czterech różnych rzeczywistych ustawieniach, aby zmierzyć:

1. Wzrost utlenowania i zmiana przepływu krwi w ciągu kilku minut po urodzeniu w celu określenia oczekiwanego zakresu pomiaru;
2. Precyzja i powtarzalność pomiarów dzięki kilkukrotnemu ponownemu przyłożeniu czujnika NIRS w nieco innych miejscach głowy w stosunkowo stabilnym stanie;
3. Reaktywność naczyń mózgowych na ciśnienie tętniczego dwutlenku węgla u noworodków wentylowanych mechanicznie w celu monitorowania indukowanych zmian w mózgowym przepływie krwi;
4. Przyjazność dla użytkownika i utrata sygnału w sytuacjach rutynowej opieki (np. podczas całodobowego monitorowania noworodków poddawanych intensywnej terapii).