Ikke-invasive optiske sensorer giver hjerneovervågning i realtid efter slagtilfælde

Hvert år, næsten 800, 000 mennesker i USA oplever et slagtilfælde, og næsten 90 procent af dem er iskæmiske slagtilfælde, hvor en blodprop afbryder blodtilførslen til en del af hjernen. For at forhindre yderligere skade, blodgennemstrømningen til hjernen skal genoprettes så hurtigt som muligt. I en ny undersøgelse, Forskere viser, at ikke-invasive optiske sensorer kan give klinikere feedback i realtid om, hvorvidt behandlinger med blodpropper genopretter blodgennemstrømningen. Teknikken, som overvåger blodgennemstrømningen og iltniveauet i hjernen, kunne også afsløre tidlige advarselstegn på neurologiske komplikationer efter et slagtilfælde.

"Vi håber, at at give individualiseret behandling af patienter med slagtilfælde med nye optiske overvågningssystemer som det, vi udviklede, vil forbedre chancerne for helbredelse og, følgelig, reducere den direkte sundhedspleje og den socioøkonomiske byrde af denne fremherskende tilstand, " sagde lederen af ​​forskerholdet Raquel Delgado-Mederos fra Stroke Unit på Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Spanien.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA). Biomedicinsk Optik Express , forskerne rapporterer om felttest af deres nye kompakte og brugervenlige optiske sensorsystem, som er designet til klinisk brug på hospitalets akutmodtagelser. De demonstrerede deres system ved at bruge det ved sengekanten af ​​slagtilfældepatienter til at opdage, i realtid, effektiviteten af ​​et koagelsprængende lægemiddel til at forbedre blodgennemstrømningen til hjernen.

"Den potentielle virkning af denne nye tilgang er ret betydelig, da slagtilfælde er en førende årsag til langvarig handicap hos voksne på verdensplan, " sagde Delgado-Mederos. "Effektiviteten af ​​behandlingen afhænger af at opnå en hurtig genopretning af blodgennemstrømningen til den berørte del af hjernen."

Kontinuerlige blodgennemstrømningsmålinger

I øjeblikket, de fleste klinikere vurderer blodgennemstrømningen i hjernen ved hjælp af målinger taget på enkelte tidspunkter med magnetisk resonans eller computertomografi. Disse målinger udføres normalt på tidspunktet for akutmodtagelse for at hjælpe med at vejlede en læges behandlingsbeslutninger. Selvom en metode kaldet Transcranial Doppler kan udføre kontinuerlig overvågning, den måler kun blodgennemstrømningen i store kar, og læger skal gennemgå en særlig uddannelse for at lære at bruge den og fortolke resultaterne.

"Vores optiske overvågningstilgang giver et kontinuerligt mål for blodgennemstrømningen i hjernens mikrokar, som direkte giver blod til hjernevævet, sagde Delgado-Mederos. det system, vi skabte, er bærbart og velegnet til kontinuerlig måling af cerebral blodgennemstrømning ved patientens seng, uden behov for teknisk ekspertise."

Den optiske overvågningsteknik er baseret på diffus korrelationsspektroskopi (DCS), som bestemmer blodgennemstrømningen ved at analysere fluktuerende mørke og lyse pletter, eller pletter, produceret af laserlys, der bevæger sig gennem vævet, herunder blodkarrene. Ved at kombinere DCS med nær-infrarød spektroskopi (NIRS), tilføjer information om mængden af ​​blod i hjernevævet og hvor meget ilt det bærer.

Den kombinerede DCS/NIRS-tilgang blev udviklet af papirets medforfatter Turgut Durduran og kolleger ved University of Pennsylvania i 1990'erne. Senere, ved ICFO – Institute of Photonic Sciences, Barcelona, Spanien, Durdurans gruppe udviklede brugervenlige enheder, der har gjort det muligt at bruge teknologien som et forskningsværktøj på hospitaler og sundhedscentre rundt om i verden.

Oprettelse af et system til klinisk brug

At bringe det, der tidligere var et forskningsinstrument ind i de udfordrende kliniske rammer på Akutafdelingen, krævede, at forskerne tilpassede systemet til meget hurtig implementering. Det kompakte og brugervenlige DCS/NIRS-system, de udviklede, består af to optiske prober placeret på patientens pande. Disse sonder indeholder specialbygget fiberoptik til at levere lys fra en infrarød laser, som kan rejse gennem huden og kraniet for at nå de yderste lag af hjernen. En del af dette lys spredes tilbage til overfladen, hvor det detekteres af de optiske fibre og bruges til at måle blodgennemstrømning og blodiltning i de små kar i hjernen.

De testede det optiske overvågningssystem på fem patienter indlagt på skadestuen med et akut iskæmisk slagtilfælde, og som blev behandlet med vævsplasminogenaktivator, et lægemiddel, der opløser blodproppen for at forbedre blodgennemstrømningen. De brugte systemet, mens behandlingen blev administreret og fulgte derefter dets effekt på blodgennemstrømning og iltning.

"Med optisk overvågning, vi opdagede stigningen i cerebral blodgennemstrømning og iltning forårsaget af behandlingen, " sagde Delgado-Mederos. "Den øgede blodgennemstrømning, der blev opdaget med det nye system, korrelerede med åbningen af ​​den blokerede arterie set ved brug af Transkraniel Doppler og med forbedringer i neurologiske underskud."

Den nye undersøgelse viste, at det er muligt at bruge DCS/NIRS optisk overvågning til at vurdere blodgennemstrømning og iltning i hjernen efter et slagtilfælde. Forskerne planlægger at replikere undersøgelsen med flere patienter på forskellige kliniske centre og under forskellige scenarier for bedre at forstå teknikkens ydeevne. De planlægger også at udvikle brugervenlig software og sonder for at lette implementering af systemet i stor skala i hurtige kliniske miljøer. Spin-off virksomheder, inklusive en fra ICFO, arbejder også på at kommercialisere teknologien og skaffe midler til kliniske forsøg.