Kai gydytojai nori daugiau sužinoti apie paciento širdies ir kraujagyslių ligų riziką, jie gali užsisakyti širdies streso testą. Tačiau kalbant apie insulto riziką, nėra lygiaverčio keičiamo ir ekonomiško smegenų funkcijos tyrimo, kuris padėtų gydytojams konsultuoti pacientus dėl galimos rizikos. Klausimynas, kuriame pacientų klausiama apie prisidedančius rizikos veiksnius, šiuo metu yra geriausia priemonė tokiai rizikai įvertinti.
Dabar Caltech ir Keck medicinos mokyklos USC inžinierių ir mokslininkų komanda sukūrė laisvų rankų įrangos įrenginį, kuris gali būti naudojamas neinvaziškai įvertinti paciento insulto riziką, stebint kraujotakos ir tūrio pokyčius, kol dalyvis sulaiko kvėpavimą. Įrenginys turi lazeriu pagrįstą sistemą ir parodė daug žadančių rezultatų atskiriant asmenis, kuriems yra maža ir didelė insulto rizika.
Insultas kasmet paveikia beveik 800 000 amerikiečių ir yra pagrindinė sunkios, ilgalaikės negalios priežastis Jungtinėse Valstijose. Ją sukelia smegenų arterijos užsikimšimas arba plyšimas, dėl kurio sumažėja kraujotaka. Smegenų ląstelės, pritrūkusios deguonies, greitai miršta – insulto metu kas minutę miršta apie 2 mln.
„Naudodami šį prietaisą pirmą kartą turėsime būdą sužinoti, ar rizika, kad kas nors turės insultą ateityje, yra didelė, ar ne, remiantis fiziologiniais matavimais“, – sako Simonas Mahleris, vienas iš pagrindinių autorių. straipsnį, kuriame aprašoma nauja technika ir prietaisas, ir Changhuei Yang laboratorijos doktorantas, Thomas G. Myersas, Caltech elektros inžinerijos, bioinžinerijos ir medicinos inžinerijos profesorius ir paveldo medicinos tyrimų instituto tyrėjas.
„Manome, kad tai tikrai gali pakeisti insulto rizikos vertinimo būdą ir galiausiai padės gydytojams nustatyti, ar paciento rizika stabili, ar blogėja.
„Tikimasi, kad mūsų optinė technologija, skirta neinvaziškai matuoti kraujotaką, bus naudinga daugeliui smegenų ligų atvejų“, – sako Yangas, kuris taip pat yra Caltech elektros inžinerijos vadovas. Jis pažymėjo, kad šis projektas yra dalis didesnio bendradarbiavimo su Dr. Charles Liu, klinikinės neurologinės chirurgijos, chirurgijos, psichiatrijos ir elgesio mokslų bei biomedicinos inžinerijos profesoriumi USC Keck medicinos mokykloje ir jo komanda.
Straipsnis, pavadintas „Insulto rizikos koreliacija su neinvazine smegenų kraujagyslių perfuzijos dinamika naudojant nešiojamą taškinio kontrasto optinės spektroskopijos lazerinį įrenginį“, pasirodo Biomedicininės optikos ekspresas.
Taškinio kontrasto optinė spektroskopija insulto rizikai įvertinti
Apskritai, senstant kraujagyslės tampa standesnės, o tai reiškia, kad jiems sunkiau išsiplėsti, kad prasiskverbtų kraujas. Tai savo ruožtu reiškia, kad žmogus yra labiau linkęs į insultą.
Caltech komanda sukūrė kompaktišką įrenginį, kuris vienoje vietoje šviečia infraraudonųjų spindulių lazerio šviesą per kaukolę ir į smegenis, o tada naudoja netoliese esančią specialią kamerą, kad surinktų šviesą, kuri grįžta atgal, kai ją išsklaido kraujagyslėse tekantis kraujas.
Metodas, vadinamas dėmių kontrasto optine spektroskopija (SCOS), matuoja šviesos intensyvumo sumažėjimą nuo tos vietos, kur ji patenka į kaukolę, iki vietos, kur renkama atšokusi šviesa, siekiant nustatyti kraujo tūrį smegenų kraujagyslėse; taip pat žiūrima, kaip šviesa išsisklaido ir sukuria dėmes fotoaparato matymo lauke.
Dėmės vaizduose svyruoja priklausomai nuo kraujo tėkmės kraujagyslėse greičio. Kuo greičiau teka kraujas, tuo greičiau keičiasi taškelių laukas.
Tyrėjai gali naudoti šiuos matavimus, kad apskaičiuotų srauto santykį su kraujo tūriu, tekančio per kraujagyslę, kad susidarytų supratimą apie to paciento insulto riziką.
Komanda atliko tyrimą, kuriame dalyvavo 50 dalyvių. Jie naudojo šiuo metu naudojamą insulto rizikos klausimyną, Cleveland Stroke Risk Calculator, kad suskirstytų dalyvius į dvi grupes: vieną mažos rizikos ir vieną didelės rizikos grupę. Tada jie tris minutes matavo kiekvieno savanorio kraujotaką, kiekybiškai įvertindami smegenis pasiekiančio kraujo srautą ir tūrį. Po minutės jie paprašė dalyvių sulaikyti kvėpavimą.
Kvėpavimo sulaikymas apkrauna jūsų smegenis, nes jos pradeda pastebėti, kad jos pasisavina per daug anglies dioksido ir nepakankamai deguonies. Jis pereina į tai, ką Mahleris vadina „panikos režimu“, ir pradeda pumpuoti deguonį iš likusio kūno į save. Tai labai padidina kraujotaką smegenyse.
Nustojus sulaikyti kvėpavimą, deguonies lygis grįžta į pradinį lygį. Nors tai atsitinka ir žmonėms, turintiems mažą ir didelę insulto riziką, mokslininkai nustatė, kad tarp grupių buvo skirtumų, susijusių su kraujo judėjimu kraujagyslėmis.
SCOS metodas leidžia tyrėjams išmatuoti, kiek kraujagyslės plečiasi, kol tiriamasis sulaiko kvėpavimą, ir kiek greičiau kraujas teka per kraujagysles. „Šie reaktyvūs matavimai rodo kraujagyslių standumą”, – sako Yang. „Mūsų technologija leidžia pirmą kartą atlikti tokio tipo matavimus neinvaziniu būdu.”
„Tai, ką radome, yra aiškūs, stulbinantys įrodymai, kad kraujotaka ir kraujo tūris skiriasi tarp dviejų grupių“, – sako Yu Xi Huang, vienas iš naujojo straipsnio autorių ir Yang laboratorijos absolventas.
Mažos insulto rizikos grupėje tyrėjai pastebėjo mažesnį kraujotakos padidėjimą kvėpavimo sulaikymo metu, palyginti su didelės insulto rizikos grupe, tačiau didesnį kraujo tūrio padidėjimą – tai požymis, kad daugiau kraujo gali tekėti per išsiplėtusias kraujagysles.
„Mes aiškiai matome, kad didesnės rizikos grupė turi didesnį srauto ir tūrio santykį, kai jie turi greitesnį srautą, bet mažesnį kraujo kiekį sulaikant kvėpavimą”, – sako Mahleris. Tai sukelia kraujagyslių standumas ir rodo didesnę plyšimo tikimybę. „Jei kas nors ateitų su itin dideliu srauto ir tūrio santykiu, galime įtarti, kad artimiausiu metu šį asmenį ištiks insultas.
Daug žadanti ateitis
Komanda atlieka papildomus tyrimus, naudodama dabartinį vaizdo gavimo prietaiso prototipą, skirtą pacientams Visalia (Kalifornija) ligoninėje, kad surinktų papildomų duomenų iš didesnės, įvairesnės populiacijos. Tyrėjai taip pat planuoja įtraukti mašininį mokymąsi į įrenginio duomenų rinkimo procesą ir atlikti klinikinį tyrimą, kuris apimtų pacientų stebėjimą daugiau nei dvejus metus, kad patobulintų technologiją.
Jie tikisi, kad prietaisas galiausiai gali būti plačiai naudojamas ne tik išankstiniam insulto rizikos patikrinimui, bet ir padėti nustatyti, kurioje smegenų vietoje insultas jau galėjo įvykti.