Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) GRAMFC U1105 Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) Travaux Pratiques en électrophysiologie Ardalan Aarabi Groupe de Recherche sur l'Analyse Multimodale de la Fonction Cérébrale

OBJECTIFS Connaître le principe général de la spectroscopie proche infrarouge Observer et identifier les principaux rythmes qui la composent Observer et identifier les principaux artéfacts qui la contaminent

Définition La spectroscopie proche infrarouge (dite aussi NIRS, pour Near infrared spectroscopy) est une méthode spectroscopique non invasive utilisée dans la gamme infrarouge du spectre électromagnétique pour évaluer l’hémodynamique et l’oxygénation tissulaire.

Le spectre électromagnétique

qu'est-ce que l'infrarouge? L'infrarouge est associé à la chaleur car, à température ambiante ordinaire, les objets émettent spontanément des radiations dans le domaine infrarouge

Definition L'absorbance mesure la capacité d'un milieu à absorber la lumière qui le traverse. La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière, est dévié dans de multiples directions l‘absorption, processus par lequel l’énergie d'un photon est prise par une autre entité.

Diffusion (Scattering) Un photon est dévié dans de multiples directions par une interaction avec d'autres particules La diffusion se fait sans perte d’énergie donc en générale sans changement de longueur d’onde.

Absorption et émission l'absorption représente le phénomène par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre particule L’émission induite: La présence d’un rayonnement incident peut induire un atome excité à émettre un photon ayant les mêmes caractéristiques que les photons incidents.

La spectroscopie porche infrarouge Emetteur Détecteur Skull Scalp CSF Brain HbO Hb

interaction entre la lumière infrarouge incidente et le tissue cérébral L’effet de la diffusion sur le chemin du photon Les principaux absorbants et diffusants dans le tissue cérébrale

Loi de Beer-Lambert Intensity ( I ) distance ( X ) l'intensité Lumineuse détecté l'intensité lumineuse incidenté le coefficient d’absorption

Les coefficients d’absorptions de l’hémoglobine et de l’eau en fonction de la longueur d’onde

Connaissant µa et ε de deux longueurs d'onde différentes λa = 690 nm et λb = 830 nm, on peut déterminer les concentrations relatives de Hb et Hbo par simple résolution de ce système d'équations.

Instrumentation

La NIRS à onde continue (Continuous wave, CW) la lumière est émise de façon continue avec une intensité constante, et on mesure l’atténuation globale d’intensité Examples finger pulse-oximeters Reflectance mode (muscle, brain NIRS)

La NIRS à onde continue (Continuous wave, CW)

La NIRS à onde continue (Continuous wave, CW) Somanetics (NASDAQ: SMTS)INVOS Brain Oximeter

La NIRS résolue en temps (ou time domain, TD) Temporal Point Spread Function (TPSF)

MONSTIR: The University College London 32-channel time-resolved imager

La NIRS résolue en fréquence (ou frequency domain, FD)

ISS OxiplexTS Sensor (Probe) Fiber-optic coupled PMT detector laser-diode light sources Fiber-optic coupled PMT detector

Trois systèmes

Topographie par diffusion optique (Diffuse optical tomography)

Topographie par diffusion optique (Diffuse optical tomography)

Installation de l'enregistrement NIRS

test d’occlusion vasculaire Test d’occlusion artérielle Test d’occlusion veineuse

Hb-O2 Hb-H Hb-O2 Hb-H Cortex non-activé Cortex activé

activité neuronale

Les potentiels sensitifs (ou somesthésiques)

Tâche motrice

Artéfacts sont par définition toutes activités électriques enregistrées n’ayant pas pour origine l’activité cérébrale Les artéfacts les plus courants sont dûs : bruit instrumental bruit expérimental bruits physiologiques, le rythme cardiaque, l’onde de Mayer, la respiration artéfacts de mouvement

HbO Hb

HbO Hb

Crise partielle Debut

Animal model Injection 2 min 40 min 20 min Baseline

OxyHb, deoxyHb, Hb total

Matériel

PROTOCOLE DE L'EXPERIENCE 6 mots de 8 lettres 15 sec 6 mots de 8 lettres 15 sec 12 mots de 5 lettres 5 sec 12 mots de 5 lettres 5 sec 2min 2min 8min Trouver le ou les anagrammes pour chaque mot. Un anagramme, stricto sensu, est un mot formé avec les mêmes lettres qu'un autre mot. CONNAÎTRE ACTIONNER PRATICIEN ANTICIPER TENTATION ATTENTION

PARAMETRES A MESURER OxyHb deoxyHb Résultats:

Le compte rendu de TP Expliquer le principe des potentiels évoqués auditifs et visuels (PEV-PEA), et le déroulement d’un PEA et PEV et pour l’étude sur les changements hémodynamiques liées à l’activité cérébrale (l’expérience réalisé avec la NIRS) But Introduction : Cette section présente le contexte théorique dans lequel s’inscrit l’expérience. Entre autres, on y précise les notions essentielles à la compréhension du protocole expérimental 3. Matériel: Liste du matériel utilisé pour faire l'expérience. 4. Schéma: Dessin du montage sur lequel on identifie les mesures prises 5. Procédure: Énumération des principales étapes du protocole de l'expérience. 6. Mesures: Sous forme de tableau 7. Résultats: Sous forme de tableau. 8. Discussion: Est-ce que les résultats concordent aux prévisions théoriques. Si non, émettre des hypothèses pouvant expliquer ces divergences. Faire des recommandations permettant d'éviter les divergences.