Comparison of cerebral metabolic rate of oxygen, blood flow, and bispectral index under general anesthesia

Cerebral blood flow; Diffuse optics; Propofol-induced anesthesiaFlujo sanguíneo cerebral; Óptica difusa; Anestesia inducida por propofolFlux sanguini cerebral; Òptica difusa; Anestèsia induïda per propofolSignificance The optical measurement of cerebral oxygen metabolism was evaluated. Aim Compare optically derived cerebral signals to the electroencephalographic bispectral index (BIS) sensors to monitor propofol-induced anesthesia during surgery. Approach Relative cerebral metabolic rate of oxygen (rCMRO2) and blood flow (rCBF) were measured by time-resolved and diffuse correlation spectroscopies. Changes were tested against the relative BIS (rBIS) ones. The synchronism in the changes was also assessed by the R-Pearson correlation. Results In 23 measurements, optically derived signals showed significant changes in agreement with rBIS: during propofol induction, rBIS decreased by 67% [interquartile ranges (IQR) 62% to 71%], rCMRO2 by 33% (IQR 18% to 46%), and rCBF by 28% (IQR 10% to 37%). During recovery, a significant increase was observed for rBIS (48%, IQR 38% to 55%), rCMRO2 (29%, IQR 17% to 39%), and rCBF (30%, IQR 10% to 44%). The significance and direction of the changes subject-by-subject were tested: the coupling between the rBIS, rCMRO2, and rCBF was witnessed in the majority of the cases (14/18 and 12/18 for rCBF and 19/21 and 13/18 for rCMRO2 in the initial and final part, respectively). These changes were also correlated in time (R > 0.69 to R = 1, p-values < 0.05). Conclusions Optics can reliably monitor rCMRO2 in such conditions.This work received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No. 675332 (BitMap), No. 101016087 (VASCOVID) and No. 101017113 (TinyBRAINS), KidsBrainIT (ERA-NET NEURON), FEDER EC and LASERLAB-EUROPE V (EC H2020 no. 871124). It was also supported by Fundació CELLEX Barcelona, Fundació Mir-Puig the “Severo Ochoa” Programme for Centres of Excellence in R&D (SEV-2015-0522), the Obra social “la Caixa” Foundation (LlumMedBcn), Generalitat de Catalunya (CERCA, AGAUR-2017-SGR-1380, RIS3CAT-001-P-001682 CECH), la Fundació La Marató de TV3 (201724.31 and 201709.31), and by Agencia Estatal de Investigación (PHOTOMETABO, PID2019-106481RB-C31/10.13039/501100011033)

Near Infrared Spectroscopy for High-Temporal Resolution Cerebral Physiome Characterization in TBI: A Narrative Review of Techniques, Applications, and Future Directions.

Multimodal monitoring has been gaining traction in the critical care of patients following traumatic brain injury (TBI). Through providing a deeper understanding of the individual patient's comprehensive physiologic state, or "physiome," following injury, these methods hold the promise of improving personalized care and advancing precision medicine. One of the modalities being explored in TBI care is near-infrared spectroscopy (NIRS), given it's non-invasive nature and ability to interrogate microvascular and tissue oxygen metabolism. In this narrative review, we begin by discussing the principles of NIRS technology, including spatially, frequency, and time-resolved variants. Subsequently, the applications of NIRS in various phases of clinical care following TBI are explored. These applications include the pre-hospital, intraoperative, neurocritical care, and outpatient/rehabilitation setting. The utility of NIRS to predict functional outcomes and evaluate dysfunctional cerebrovascular reactivity is also discussed. Finally, future applications and potential advancements in NIRS-based physiologic monitoring of TBI patients are presented, with a description of the potential integration with other omics biomarkers

Translation of non-invasive optical measurements of hemodynamics and oxygen metabolism to the clinic

Aplicat embargament des de la data de defensa fins 31/12/2018Several clinical studies for non-invasive estimation of tissue hemodynamics by the combination of two diffuse optical techniques, time-resolved and diffuse correlation spectroscopy, were carried out in collaboration with local hospitals. These led to the 1rst application of hybrid diffuse optics in the characterization of healthy and pathological human thyroid tissue and the initiation of a European Horizon 2020 research project aiming at signi1cantly improving the current thyroid cancer screening process. The advantages of the hybrid diffuse optical device allowed to gain information on cerebral oxygen metabolism and improved estimation of cerebral blood 2ow. Data was collected from patients without brain diseases as well as healthy volunteers in clinical and surgical environments. The diffuse optical measurements were shown to correlate with the bispectral index, a widely used anesthesia monitor in the clinic. The optically derived parameters demonstrated the conservation of physiological coupling between cerebral blood 2ow and oxygen metabolism in patients under propofol-induced anesthesia. Additional studies focused on the investigation of microvascular cerebral physiology in response to common challenges in surgical procedures. These were simulated on healthy subjects and studied in depth. Overall, this work pushes the limits of the clinical translation of hybrid diffuse optics paving the way for new applications.Varios estudios clínicos para estimar de forma no invasiva los parámetros hemodinámicos del tejido humano han sido realizados gracias a la combinación de dos técnicas de óptica difusa, “time-resolved spectroscop” y “diffuse correlation spectroscopy”, en un instrumento único, manejable y compacto. Esta combinación ha dado luz a una aplicación única para utilizar dichas técnicas en la diferenciación entretejido tiroideo sano y patológico. Además, estas mediciones han iniciado un proyecto de investigación dentro del marco European Horizon 2020, enfocado en una mejora del procedimiento en la detección y caracterización del cáncer de tiroides. Las ventajas del uso del dispositivo híbrido de óptica difusa han permitido tanto la obtención de información sobre el metabolismo cerebral, como una mejora en la estimación de su flujo sanguíneo. Se han obtenido datos tanto de pacientes sin patologías cerebrales como de voluntarios sanos en un entorno clínico y durante cirugías. Estas mediciones se han comparado con el índice bispectral, que es un factor importante y frecuentemente usado en la monitorización y control de la administración de anestesia en los hospitales, mostrando una fuerte correlación entre ellos. Las mediciones de óptica difusa han mostrado la conservación del acoplamiento fisiológico entre flujo sanguíneo cerebral y metabolismo de oxígeno en un estado de anestesia inducido por propofol. Estudios adicionales han investigado la fisiología cerebral microvascular y sus fluctuaciones durante cirugías practicadas con anestesia general. Estos cambios fueron simulados y estudiados meticulosamente con voluntarios sanos. En resumen, esta tesis amplia los límites de la óptica difusa tanto en la detección de patologías como durante cirugías, y muestra el gran potencial de estos sistemas ópticos para su uso clínico en los hospitales.Postprint (published version

Translation of non-invasive optical measurements of hemodynamics and oxygen metabolism to the clinic

Several clinical studies for non-invasive estimation of tissue hemodynamics by the combination of two diffuse optical techniques, time-resolved and diffuse correlation spectroscopy, were carried out in collaboration with local hospitals. These led to the 1rst application of hybrid diffuse optics in the characterization of healthy and pathological human thyroid tissue and the initiation of a European Horizon 2020 research project aiming at signi1cantly improving the current thyroid cancer screening process. The advantages of the hybrid diffuse optical device allowed to gain information on cerebral oxygen metabolism and improved estimation of cerebral blood 2ow. Data was collected from patients without brain diseases as well as healthy volunteers in clinical and surgical environments. The diffuse optical measurements were shown to correlate with the bispectral index, a widely used anesthesia monitor in the clinic. The optically derived parameters demonstrated the conservation of physiological coupling between cerebral blood 2ow and oxygen metabolism in patients under propofol-induced anesthesia. Additional studies focused on the investigation of microvascular cerebral physiology in response to common challenges in surgical procedures. These were simulated on healthy subjects and studied in depth. Overall, this work pushes the limits of the clinical translation of hybrid diffuse optics paving the way for new applications.Varios estudios clínicos para estimar de forma no invasiva los parámetros hemodinámicos del tejido humano han sido realizados gracias a la combinación de dos técnicas de óptica difusa, “time-resolved spectroscop” y “diffuse correlation spectroscopy”, en un instrumento único, manejable y compacto. Esta combinación ha dado luz a una aplicación única para utilizar dichas técnicas en la diferenciación entretejido tiroideo sano y patológico. Además, estas mediciones han iniciado un proyecto de investigación dentro del marco European Horizon 2020, enfocado en una mejora del procedimiento en la detección y caracterización del cáncer de tiroides. Las ventajas del uso del dispositivo híbrido de óptica difusa han permitido tanto la obtención de información sobre el metabolismo cerebral, como una mejora en la estimación de su flujo sanguíneo. Se han obtenido datos tanto de pacientes sin patologías cerebrales como de voluntarios sanos en un entorno clínico y durante cirugías. Estas mediciones se han comparado con el índice bispectral, que es un factor importante y frecuentemente usado en la monitorización y control de la administración de anestesia en los hospitales, mostrando una fuerte correlación entre ellos. Las mediciones de óptica difusa han mostrado la conservación del acoplamiento fisiológico entre flujo sanguíneo cerebral y metabolismo de oxígeno en un estado de anestesia inducido por propofol. Estudios adicionales han investigado la fisiología cerebral microvascular y sus fluctuaciones durante cirugías practicadas con anestesia general. Estos cambios fueron simulados y estudiados meticulosamente con voluntarios sanos. En resumen, esta tesis amplia los límites de la óptica difusa tanto en la detección de patologías como durante cirugías, y muestra el gran potencial de estos sistemas ópticos para su uso clínico en los hospitales

IX Malta Medical School Conference

Abstracts of papers presented at the 9th Malta Medical School Conference held at the Hilton Malta Hotel, Portomaso, St. Julians between 3rd and 5th December 2015.peer-reviewe

EVALUACIÓN ANALGÉSICA PERIOPERATORIA DEL ACETAMINOFÉN EN PERRAS SOMETIDAS A OVARIOHISTERECTOMÍA ELECTIVA

Tesis de doctorado que evalúa el efecto analgésico del acetaminofén en perras ovarihisterectomizadas.La administración de analgésicos antiinflamatorios no esteroidales (AINES) para el control del dolor post-quirúrgico en perros es una práctica común, debido a sus efectos analgésicos, antiinflamatorios y antipiréticos. En el presente trabajo se realizaron dos estudios. En el experimento 1, el objetivo fue evaluar la analgesia post-operatoria del acetaminofén (paracetamol) a través de la utilización de las escalas de reconocimiento clínico del dolor DIVAS (Escala Dinámica e Interactiva Analógica Visual) y UMPS (Escala de la Universidad de Melbourne), en perras sometidas a ovariohisterectomía electiva. Además de valorar la seguridad y eficacia clínica del uso del acetaminofén en perros mediante pruebas de funcionamiento hepático y renal en el post-operatorio inmediato. Para ello, se utilizaron 30 perras de diferentes razas que fueron asignadas aleatoriamente a uno de los tres grupos de tratamiento: acetaminofén [GACET; n=10, 15 mg kg-1 intravenoso (IV)], carprofeno (GCARP; n=10, 4 mg kg-1 IV) y meloxicam (GMELOX; n=10, 0.2 mg kg-1 IV). Todos los tratamientos se administraron 30 minutos antes de la cirugía y posterior a esta durante 48 horas. En este período el acetaminofén se administró por vía oral cada 8 horas (15 mg kg-1); el carprofeno (4 mg kg-1) y el meloxicam (0.1 mg kg-1) se administraron por vía IV cada 24 horas. Durante el postoperatorio, los sistemas de puntuación del dolor DIVAS y UMPS fueron medidos a las 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 36 y 48 horas post-cirugía. Para evaluar la seguridad clínica de los tratamientos, se recolectaron muestras de sangre de la vena yugular para realizar la medición de enzimas ALT, AST, ALP, y los metabolitos bilirrubina directa, bilirrubina indirecta, bilirrubina total, creatinina, urea, albúmina y glucosa. Esto fue realizado en T0 (pre-anestesia; TBASAL), 48 y 96 horas después de la cirugía (T48, T96). Los resultados indican que en la evaluación clínica del dolor de todos los grupos de estudio, hubo una reducción gradual en la percepción del mismo durante el postoperatorio en ambos sistemas de puntuación; no obstante, también fue observado que ninguna escala difirió significativamente entre los tres grupos de tratamiento (P>0.05) en cada momento de evaluación durante las 48 horas post-cirugía. En cuanto a los parámetros bioquímico séricos, sólo la ALT aumentó significativamente en T96 en el GACET y GCARP con respecto a los valores basales (P<0.01). El resto de los analitos séricos evaluados se mantuvo en rangos normales. En el experimento 2 bajo el mismo diseño experimental de tratamientos administrados, el objetivo fue evaluar el efecto analgésico perioperatorio del acetaminofén 2 administrado pre y post-quirúrgicamente en perras sometidas a ovariohisterectomía electiva a través de la medición del índice de la actividad del tono parasimpático (PTA). Este parámetro hemodinámico fue medido 60 minutos antes de la cirugía (TBASAL) y durante el transquirúrgico en la aplicación de estímulos nociceptivos: colocación de las pinzas de campo backhouse (TPINZ), incisión de piel y abordaje quirúrgico primario (TINC), ligadura y extracción de pedículo ovárico izquierdo (TOVI) y derecho (TOVD), ligadura y transfixión del cuello uterino (TLIGUT), sección quirúrgica del cuello uterino (TCUT), reconstrucción de peritoneo y planos anatómicos musculares (TMUSC) y sutura de piel (TSUT). Durante el postoperatorio, el índice PTA fue valorado a las 1, 2, 4, 6, 8, 12, 16, 20, 24, 36 y 48 horas, en los mismos tiempos en que fueron evaluadas las escalas de reconocimiento de dolor DIVAS y UMPS. Los resultados obtenidos en la medición del índice PTA basal para GACET fue 65 ± 8, para GCARP 65 ± 7 y para GMELOX 62 ± 5. Durante los diferentes tiempos transquirúrgicos, los valores promedio de índice PTA indican que GACET (76 ± 14) y GMELOX (72 ± 18) muestran tendencia a manifestar mayores niveles en comparación con GCARP (62 ± 13) desde el inicio del procedimiento quirúrgico sin que esto pudiera comprobarse estadísticamente, ya que no hubo diferencias significativas entre grupos de tratamiento ni entre los tiempos quirúrgicos evaluados (P>0.05). En el postoperatorio, el índice PTA fue de 65 ± 9 en el GACET, 63 ± 8 en el GCARP y 65 ± 8 en el GMELOX. Los resultados tampoco mostraron diferencias estadísticamente significativas con los valores basales o entre los tratamientos (P>0.05). El índice PTA postoperatorio mostró una sensibilidad del 40%, especificidad del 98.46% y valor predictivo negativo del 99.07% con respecto a la escala validada de UMPS. En conclusión, el acetaminofén puede considerarse una herramienta para el tratamiento efectivo del dolor perioperatorio agudo en perros, ya que mostró la misma eficacia clínica que el meloxicam y el carprofeno para la analgesia postquirúrgica en perras sometidas a ovariohisterectomía electiva. Además, la evidencia del uso de este medicamento no condujo a reacciones adversas o cambios en los parámetros evaluados, lo que indica su seguridad clínica. Finalmente, destacar que el índice PTA representa una medición objetiva del comfort y analgesia postoperatoria, por lo que es una herramienta que podría ayudar a predecir las respuestas hemodinámicas asociadas con el dolor