Analys av cerebral perfusion med hjälp av huvudultraljud och multikälldetektor nära infraröd spektroskopi (NIRS) avbildning

Syfte: Det finns 4 mål för denna studie.

1. För att avgöra om användningen av kraniellt ultraljud och multi-source-detektor nära infraröd spektroskopi kan identifiera förändringar i cerebral perfusion som är associerade med långvarig neurologisk dysfunktion.
2. Utvärdera om förändringar i resistiva index som bestämts av kraniellt ultraljud efter kardiopulmonell bypass är associerade med allvarlig neurologisk dysfunktion.
3. Beskriv regionala förändringar i hjärnvävnadssyresättning under selektiv cerebral perfusion med hjälp av nära-infraröd spektroskopi och avgör om det finns kritiska trösklar som korrelerar med dåliga neurologiska resultat. För att åstadkomma detta kommer vi att beskriva skillnader i cerebralt blodflöde och syresättning som relaterade till hjärtats strukturella anatomi. Specifikt kommer vi att jämföra enkammar och två kammarhjärtan med avseende på användning av kardiopulmonell bypass med eller utan selektiv cerebral perfusion. Vi kommer också att avgöra om en långvarig minskning av cerebral syresättning intraoperativt är associerad med ultraljudsdiagnostiserad periventrikulär leukomalaci vid utskrivning.
4. Samla prospektivt in patienternas DNA för att avgöra om det finns skillnader i neurologiska utfall som är associerade med genetisk variation. Specifikt kommer vi att titta på enkel karyotypning, enstaka nukleotidpolymorfismer och skillnader i kopienummervariationer mellan patienter. Detta DNA kommer att samlas in och lagras för framtida jämförelse med andra barn med medfödd hjärtsjukdom som genomgår neurodevelopmental testning.

Bakgrund:

Incidensen av medfödd hjärtsjukdom är minst 10 av 1000 levande födda barn och barn med medfödd hjärtsjukdom löper hög risk att utveckla neurologiska avvikelser1. Patienter med en enda ventrikel har en genomsnittlig fullskalig IQ mellan 89-97 och incidensen av allvarlig mental retardation vid hypoplastiskt vänsterhjärtsyndrom är så hög som 18%2, 3. Faktorerna som påverkar denna risk är flera och inkluderar preoperativa, intraoperativa, och postoperativa händelser. En stor riskfaktor är användningen av djupt hypotermiskt cirkulationsstopp (DHCA), som historiskt sett har använts för att få ett blodlöst operationsfält för rekonstruktion av aortabågen. Eftersom det blir alltmer uppenbart att det inte finns någon säker varaktighet av DHCA, syftar nyutvecklade strategier till att maximera cerebralt blodflöde och därigenom förbättra neurologiska resultat4-7. En sådan strategi som har använts flitigt är selektiv cerebral perfusion (SCP), som ökar cerebralt blodflöde via en dedikerad hjärnkanyl som förs in i den högra gemensamma halspulsådern under rekonstruktion av aortabågen.8 Denna teknik, som minskar perioden av cerebral ischemi, har i djurmodeller visats förbättra neurologiska resultat, men liknande studier har inte utförts på människor9.

Det är känt att cerebralt vaskulärt motstånd ökar efter DHCA och det har föreslagits att SCP kan bidra till post-bypass cerebral vaskulär hypertension10, 11. Enkelkanals nära-infraröd spektroskopi (NIRS)-mätningar har visat sig korrelera med cerebralt blodflöde i djurmodeller, men utvärdering av SCP med multi-site-detector NIRS har inte utförts, och det är okänt om det finns regionala syresättningsskillnader12, 13. Denna studie skulle ge viktig information om de cerebrala blodflödesegenskaperna hos regional vävnad, särskilt när det gäller unilateral perfusion samt skillnader hos patienter med komplex anatomi och nedsatt cerebralt blodflöde.

Kraniellt ultraljud med dopplerresistensmätningar har använts för att förutsäga hypoxisk ischemisk encefalopati hos fullgångna och för tidigt födda barn14-16. Det är känt att spädbarn med svår medfödd hjärtsjukdom har onormalt cerebralt blodflöde, särskilt de med enkla ventriklar, och att detta utsätter dem för en ökad risk för periventrikulär leukomalaci17-19. Det är dock inte klart om dessa mätningar är förknippade med negativa neuroutvecklingsresultat, och om de kan användas i kombination med NIRS för att tillhandahålla sängkantsinformation om neurologisk hälsa och lämpligheten av nuvarande hemodynamiska behandling.

Även om NIRS har visat sig vara associerat med ny eller försämrad ischemi vid postoperativ magnetisk resonanstomografi (MRT), är det ofta så att dessa spädbarn inte är tillräckligt stabila för de risker som är förknippade med att få en MRT, inklusive transport och sedering, och ultraljud kan fungera som ett lämpligt, säkrare screeningverktyg20, 21. Vi föreslår att använda en experimentell kontinuerlig diagnostisk modalitet (NIRS), kombinerad med ett känt screeningverktyg (kraniellt ultraljud), för att analysera och utvärdera cerebralt blodflöde och syresättning, och avgöra om onormala neuroutvecklingsresultat kan förutsägas och potentiellt förbättras. Den optimala tidpunkten för ultraljudsprestanda är inte känd, och därför är det viktigt att få pilotdata för att förfina en diagnostisk kombination för att bäst bedöma risken för neurologisk skada.

En annan välkänd riskfaktor för dåligt neurologiskt utfall hos barn med medfödd hjärtsjukdom är genetik22. Enstaka genpolymorfismer har identifierats och associerats med dåliga neuroutvecklingsresultat och fler identifieras23. Ytterligare studier måste göras för att bättre förstå de genetiska nycklarna till medfödd hjärtsjukdom och de neurologiska resultat som blir följden av den.

Detta är ett enda centrum, prospektiv analys av cerebral perfusion hos spädbarn upp till 2 månaders ålder som genomgår reparation av medfödd hjärtsjukdom. Totalt 70 försökspersoner kommer att godkännas av detta protokoll med förhoppningar om att 60 ska slutföra studien. Försökspersonerna förväntas delta i studien i totalt 6 år, från inskrivning till den slutliga neurokognitiva bedömningen. Försökspersonerna kommer att få $25 för den 12 månader långa uppföljningsutvärderingen, $50 för den treåriga utvärderingen och $75 för den 6-åriga utvärderingen som patientincitament.

Spädbarn (upp till 2 månader) med medfödd hjärtsjukdom som genomgår operation på Children's Medical Center Dallas (CMCD) kommer att vara berättigade. Alla sådana patienter kommer att få standardvård före, intra- och postoperativt.

Inskrivna patienter kommer att genomgå ett preoperativt ultraljud i huvudet för att bestämma resistiva index och dopplerflöde i den mellersta cerebrala artären. Patienterna kommer sedan att ha en multi-source-detektor NIRS-enhet placerad på hårbotten som kommer att hållas på plats med kardborreband. Sonderna är anslutna till ledningar som är anslutna till en datainsamlingsdator. Denna enhet kommer att samla in data intraoperativt om regional vävnadssyresättning och blodflöde och jämföra många olika delar av hjärnan. Ett andra huvudultraljud kommer att erhållas omedelbart efter operationen för att bestämma resistiva index och dopplerflöde (inom 4 timmar). Slutligen kommer ett tredje huvud ultraljud att utföras inom 48 timmar efter utskrivning för att screena för periventrikulär leukomalaci, eller skada på hjärnans vita substans. Dessa undersökningar är inte smärtsamma och orsakar ingen extra börda för patienten.

Dessa diagnostiska tester är en del av en forskningsprocess och är inte standardvård. Enkanals NIRS-övervakning är standardvård och kommer att utföras som det brukar.

Neuroutvecklingsstatus kommer att bedömas av en utbildad pediatrisk neuropsykolog vid 12 månaders ålder. Bayley Scales of Infant and Toddler Development kommer att utföras vid 12 månaders utvärdering (2 timmar). Wechsler Preschool and Primary Scales of Intelligence kommer att utföras vid 3-årsutvärderingen (2 timmar). Children's Memory Scales, Beery Visual-Motor Integration Tests, Child Behaviour Checklists, och Woodcock Johnsons tester för språkkunskaper kommer att utföras vid den 6-åriga utvärderingen (3 timmar). Dessa test anses inte vara standardvård för dessa patienter, men kan ge viktig information om inlärningssvårigheter och skolprestationer.

Dessutom kommer försökspersonen att ha möjlighet att samtycka till att lämna ett DNA-prov. Om försökspersonen ger sitt samtycke, kommer ett blodprov att samlas in av en läkare, sjuksköterska eller legitimerad tekniker. Vi kommer att ta upp till 30 ml blod som ska samlas in på operationsdagen från en redan befintlig linje. Dessa prover kommer att tas i enlighet med CMCD:s policy för maximal blodprovsvolym. Proverna kommer att helt avidentifieras och tilldelas en unik tvåsiffrig identifierare innan de skickas till Kernie-labbet vid UTSW för extraktion och analys. Detta prov kommer att lagras i en databas för att jämföra med framtida försökspersoner med medfödd hjärtsjukdom. Denna blodtagning kommer att ske genom en redan existerande linje (nödvändig för operation) och kommer inte att lägga ytterligare börda på patienten. Genetisk testning kan inkludera analys av enkelnukleotidpolymorfismer, kopietalsvariation och enkel karyotypning. Korrelation med typ av medfödd hjärtsjukdom, resultat av neuroutvecklingsundersökningar och bildresultat kommer att göras med DNA-resultat.