Varje år, nästan 800, 000 människor i USA får en stroke, och nästan 90 procent av dessa är ischemiska stroke där en blodpropp avbryter blodflödet till en del av hjärnan. För att förhindra ytterligare skada, blodflödet till hjärnan måste återställas så snabbt som möjligt. I en ny studie, forskare visar att icke-invasiva optiska sensorer kan ge kliniker återkoppling i realtid om huruvida behandlingar vid blodpropp återställer blodflödet. Tekniken, som övervakar blodflödet och syrehalten i hjärnan, kan också avslöja tidiga varningar tecken på neurologiska komplikationer efter en stroke.

"Vi hoppas att genom att ge individualiserad behandling av strokepatienter nya optiska övervakningssystem som det vi utvecklat förbättrar chanserna till återhämtning och, följaktligen, minska den direkta sjukvården och den socioekonomiska bördan av detta vanliga tillstånd, "sade forskargruppens ledare Raquel Delgado-Mederos från Stroke Unit på Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Spanien.

I tidskriften The Optical Society (OSA) Biomedicinsk optik Express , forskarna rapporterar om fälttester av sitt nya kompakta och användarvänliga optiska avkänningssystem, som är avsedd för klinisk användning på sjukhusets akutmottagningar. De demonstrerade sitt system genom att använda det vid sängen hos strokepatienter för att upptäcka, i realtid, effektiviteten av ett blodproppsväckande läkemedel för att förbättra blodflödet till hjärnan.

"Den potentiella effekten av detta nya tillvägagångssätt är ganska betydande eftersom stroke är en ledande orsak till långvarigt funktionshinder hos vuxna över hela världen, "sa Delgado-Mederos." Behandlingens effekt beror på att snabbt återställa blodflödet till den drabbade delen av hjärnan. "

Kontinuerliga blodflödesmätningar

För närvarande, de flesta kliniker bedömer blodflödet i hjärnan med hjälp av mätningar vid enstaka tidpunkter med magnetisk resonans eller datortomografi. Dessa mätningar utförs vanligtvis vid tidpunkten för akutmottagning för att hjälpa en läkares behandlingsbeslut. Även om en metod som heter Transcranial Doppler kan utföra kontinuerlig övervakning, det mäter bara blodflödet i stora kärl och läkare måste genomgå särskild utbildning för att lära sig hur man använder det och tolka resultaten.

"Vår optiska övervakningsmetod ger ett kontinuerligt mått på blodflödet i hjärnans mikrokärl, som direkt levererar blod till hjärnvävnaden, "sade Delgado-Mederos." Också, systemet vi skapade är bärbart och lämpligt för kontinuerlig mätning av cerebralt blodflöde vid patientens säng, utan behov av teknisk expertis. "

Den optiska övervakningstekniken är baserad på diffus korrelationsspektroskopi (DCS), som bestämmer blodflödet genom att analysera fluktuerande mörka och ljusa fläckar, eller fläckar, produceras av laserljus som rör sig genom vävnaden, inklusive blodkärlen. Kombinera DCS med nära-infrarött spektroskopi (NIRS), lägger till information om mängden blod i hjärnvävnaden och hur mycket syre det bär.

Den kombinerade DCS/NIRS -metoden utvecklades av tidningens medförfattare Turgut Durduran och kollegor vid University of Pennsylvania på 1990 -talet. Senare, vid ICFO — Institute of Photonic Sciences, Barcelona, Spanien, Durdurans grupp utvecklade användarvänliga enheter som har gjort det möjligt att använda tekniken som ett forskningsverktyg på sjukhus och vårdcentraler runt om i världen.

Skapa ett system för klinisk användning

Att ta med det som tidigare var ett forskningsinstrument i akutmottagningens utmanande kliniska miljö krävde att forskarna anpassade systemet för mycket snabb implementering. Det kompakta och användarvänliga DCS/NIRS-systemet som de utvecklat består av två optiska prober placerade på patientens panna. Dessa sonder innehåller specialbyggd fiberoptik för att leverera ljus från en infraröd laser, som kan färdas genom huden och skallen för att nå de yttersta lagren av hjärnan. En del av detta ljus sprids tillbaka till ytan där det detekteras av de optiska fibrerna och används för att mäta blodflöde och blodsyre i de små kärlen i hjärnan.

De testade det optiska övervakningssystemet på fem patienter som lades in på akutmottagningen med en akut ischemisk stroke och som behandlades med vävnadsplasminogenaktivator, ett läkemedel som löser upp blodproppen för att förbättra blodflödet. De använde systemet medan behandlingen administrerades och följde sedan dess effekt på blodflöde och syresättning.

"Med optisk övervakning, vi upptäckte ökningen av cerebralt blodflöde och syresättning orsakad av behandlingen, "sa Delgado-Mederos." Det ökade blodflödet som detekteras med det nya systemet korrelerar med öppningen av den blockerade artären som ses med hjälp av transkraniell doppler och med förbättringar i neurologiska underskott. "

Den nya studien visade att det är möjligt att använda optisk övervakning av DCS/NIRS för att bedöma blodflöde och syresättning i hjärnan efter en stroke. Forskarna planerar att replikera studien med fler patienter vid olika kliniska centra och under olika scenarier för att bättre förstå teknikens prestanda. De planerar också att utveckla användarvänlig programvara och sonder för att underlätta storskalig implementering av systemet i snabba kliniska miljöer. Spin-off företag, inklusive en från ICFO, arbetar också med att kommersialisera tekniken och samla in medel för kliniska prövningar.