Difūzās optikas metodes neiroloģiskai uzraudzībai kritiskajā aprūpē

LU ASI seminārs ceturtdien, 20. aprīlī, plkst. 14.00

Difūzās optikas metodes neiroloģiskai uzraudzībai kritiskajā aprūpē

David Busch, Ph. D.

Teksasas Dienvidrietumu Universitāte

Anestezioloģijas un sāpju vadīšanas, Neiroloģijas, Biomedicīniskās inženierzinātnes nodaļas

Slimību, ķirurģisku operāciju un traumu rezultātā var rasties smadzeņu un mugurkaula išēmija (ierobežota asins plūsma), izmaiņas mikrovaskulārajā reaktivitātē un autoregulācijas problēmas. Mēs mērām šos biomarķierus, izmantojot neinvazīvas un minimāli invazīvas difūzās optikas un korelāciju spektroskopijas metodes.

Išēmijas radīta hipoksija (skābekļa trūkums) un nepietiekama asins plūsma var novest pie dažāda veida nelabvēlīgiem iznākumiem. Jo sevišķi būtiski ir iespējami laicīgi atklāt šīs problēmas un klīniski iejaukties, lai novērstu un mazinātu hipoksijas radītu bojājumu smaguma pakāpi. Mūsu laboratorija izstrādā difūzās optikas spektroskopijas (DOS) un difūzās korelāciju spektroskopijas (DCS) iekārtas un pārbauda tās klīniskos pētījumos ar mērķi piedāvāt ārstiem laicīgus brīdinājuma signālus par nepietiekamu perfūziju.

Abas tehnikas (DOS un DCS) izmanto tuvo infrasarkano starojumu ādas pētīšanai >1cm dziļumā. Šīs metodes piedāvā nepārtrauktu ādas hemodinamikas uzraudzīvu neinvazīvā vai minimāli invazīvā veidā kritiskās aprūpes ietvaros. Mūsu laboratorija izstrādā minimāli invazīvas metodes smadzeņu un mugurkaula uzraudzībai kritisku slimību un traumu gadījumā, kā arī neinvazīvus smadzeņu mērījumus bērniem sirds-plaušu šuntēšanas operācijās.

Mūsu grupa nesen demonstrēja optisku mugurkaula išēmijas uzraudzīšanu dzīvnieka modelī. Gan telpā, gan laikā šis minimāli invazīvais mērījums deva labākus rezultātus kā šī brīža klīniskais standarta mērījums. Pilotpētījumā mēs demonstrējām, ka parametri, kas iegūti no noninvazīvas cerebrālās asinsplūsmas uzraudzīšanas, tika asociēti ar vēlāku neiroloģisku ievainojumu. Mēs izmantojām līdzīgas ierīces vaskulārās reaktivitātes uzraudzīšanai pacientiem ar sepses un COVID-19 izraisītu akūtu respiratorā distresa sindromu.

DOS un DCS ierīces var piedāvāt līdz šim nepieejamu informāciju ārstiem, potenciāli uzlabojot iznākumu kritiskās aprūpes pacientiem.

Diffuse optics for neurological monitoring during critical care

David Busch, Ph. D.

University of Texas Southwestern

Depts. Anesthesiology & Pain Management, Neurology, Biomedical Engineering

Illness, surgery, and trauma may lead to brain and spinal cord ischemia, changes in microvascular reactivity, and failures of autoregulation. We measure these biomarkers through non- and minimally- invasive diffuse optical and correlation spectroscopies. 

Hypoxia caused by ischemia and insufficient blood flow can lead to a variety of adverse outcomes. Timely detection and clinical intervention are paramount in preventing and limiting the extent of hypoxic damage. Our laboratory develops diffuse optical spectroscopy (DOS) and diffuse correlation spectroscopy (DCS) devices and translates these devices to clinical studies with the goal of providing clinicians with timely alerts of insufficient perfusion.

Both DOS and DCS utilize near infrared light to probe tissue >1cm beneath the skin. These tools may be applied to continuously monitor tissue hemodynamics non- or minimally-invasively during critical care. Our lab has focused on developing minimally invasive patient interfaces for the brain and spinal cord in the context of critical illness or trauma and noninvasive cerebral measurements of children undergoing long-term heart-lung bypass. 

We have recently demonstrated optical monitoring of spinal cord ischemia in a large animal model. In both spatial and temporal resolution, this minimally invasive measurement was superior to current standard of care monitoring. Additionally, we have demonstrated in a pilot cohort that metrics derived from non-invasive monitoring of cerebral blood flow is associated with later neurological injury in children supported by extracorporeal membrane oxygenation (long-term heart-lung bypass). Additionally, we have used similar devices to monitor vascular reactivity in hospitalized subjects with sepsis and COVID-19-induced acute respiratory distress syndrome. 

DOS and DCS devices have the potential to provide hitherto unavailable information to bedside clinicians, potentially improving outcomes for patients requiring critical care. 

David R. Busch, Ph. D.

Assistant Professor

Dept. Anesthesiology and Pain Management

Dept. Neurology

Dept. Biomedical Engineering

University of Texas Southwestern