En optisk neuromonitor av cerebral syremetabolism och blodflöde för neonatologi (BabyLux)

BabyLux-projektet syftar till att tillhandahålla en exakt, exakt och robust enhet för att kontinuerligt övervaka cerebral syremetabolism och blodflöde hos kritiskt sjuka nyfödda spädbarn. Detta kommer att uppnås genom att kombinera tidsupplöst nära-infraröd spektroskopi (TRS) med nyutvecklad diffus korrelationsspektroskopi (DCS) i en enda enhet. De innovativa aspekterna av projektet är relaterade till användningen av avancerade lösningar, baserade på toppmoderna fotoniska komponenter, som redan har testats i laboratorie- och kliniska tester på vuxna.

Tidsupplöst nära-infraröd spektroskopi och diffus korrelationsspektroskopi

Den föreslagna lösningen kommer att integrera två avancerade fotoniktekniker, TRS och DCS. Båda teknikerna är beroende av användningen av en optisk fibersond (sensor) för att belysa hårbotten med mycket låg effekt nära-infrarött ljus och för att samla in den diffust reflekterade optiska signalen som har fortplantat sig genom hårbotten och skallen, och därför bär information om de djupare kortikal region. De olika absorptionsspektra av syresatt och syrefattigt hemoglobin i det nära-infraröda området möjliggör icke-invasiv övervakning av de två arterna i den kortikala vävnaden.

TRS- och DCS-prototyper finns tillgängliga och har testats tekniskt i laboratoriemiljöer och framgångsrikt validerats under prekliniska prövningar på vuxna frivilliga och patienter.

Uppmätta TRS/DCS-parametrar

TRS mäter dämpningen och den tidsmässiga breddningen av relativt korta ljuspulser (pulslängd ~100 ps) genom ett diffusivt medium (t.ex. en nyfödds huvud). TRS har förmågan att lösa väglängder (eller motsvarande flygtid) för fotoner som har fortplantat sig genom vävnaderna. Detta gör det möjligt för TRS att separera absorptions- och spridningskoefficienterna, vilket möjliggör absoluta mätningar, och att använda tidsstyrning av väglängder för att betona signaler från djupare vävnader. Detta är särskilt viktigt för att separera intra- och extracerebrala signaler för hjärnövervakning.

DCS förlitar sig på det faktum att tidsmässig korrelation av ljusfält i grumliga medier också följer en diffusionsekvation, om än en något annorlunda än den som används för TRS. Således delar DCS fördelarna med ljusgenomträngning med TRS, men eftersom DCS uttryckligen mäter röda blodkroppars rörelser, ger den ett direkt mått på kvantiteter såsom cerebralt blodflöde (CBF).

Den specifika kombinationen av DCS och TRS möjliggör bedömning av cerebral syremetabolism och CBF i en komplett (dvs. CBF och syresättning tillhandahålls samtidigt och oberoende av varandra), exakta (dvs baserat på absoluta mätningar av optiska parametrar) och robusta (dvs. potentiellt mindre påverkad av artefakter relaterade till ytlig systemisk aktivitet eller sensor/huvudrörelser).

Syftet med denna studie är att utföra kliniska mätningar med hjälp av BabyLux-instrumentet i olika kliniska verkliga miljöer för att validera denna nya teknologi vad gäller genomförbarhet, repeterbarhet av mätningar och användarvänlighet inom neonatalmedicin.

BabyLux-systemet testas i fyra olika verkliga inställningar för att mäta:

1. Ökningen av syresättning och förändring i blodflödet under minuterna efter födseln för att specificera det förväntade mätområdet;
2. Precisionen och repeterbarheten av mätningar genom att applicera NIRS-sensorn flera gånger på lite olika ställen på huvudet i ett relativt stabilt tillstånd;
3. Den cerebrala vasoreaktiviteten mot arteriell koldioxidspänning hos mekaniskt ventilerade nyfödda för att övervaka inducerade förändringar i cerebralt blodflöde;
4. Användarvänlighet och förlust av signal i rutinvårdssituationer (t.ex. under 24-timmarsövervakning av nyfödda som genomgår intensivvård).