Команда инженеров и учёных из Калифорнийского технологического института и Медицинской школы Кека при Университете Южной Калифорнии разработала устройство на основе гарнитуры. Оно может помочь в неинвазивной оценке риска инсульта у пациента, отслеживая изменения кровотока и объёма крови во время задержки дыхания. Устройство включает лазерную систему и показало хорошие результаты в дифференциации людей с низким и высоким риском инсульта.

Инсульт — основная причина тяжёлой и длительной инвалидности в США. Ежегодно он поражает около 800 000 американцев. Инсульт вызывается закупоркой или разрывом артерии в головном мозге, что приводит к уменьшению притока крови. Лишённые кислорода клетки мозга быстро погибают: около 2 миллионов каждую минуту во время инсульта.

С помощью этого устройства мы сможем узнать, есть ли риск возникновения инсульта в будущем. Об этом говорит Саймон Малер, соавтор статьи о новой методике и устройстве в журнале Biomedical Optics Express. Он является постдокторантом в лаборатории Чанхуэя Янга, профессора электротехники, биоинженерии и медицинской инженерии Томаса Г. Майерса в Калифорнийском технологическом институте и исследователя Института медицинских исследований Heritage.

Это может произвести революцию в оценке риска инсульта и помочь врачам определить, стабилен ли риск пациента или ухудшается.

Наша оптическая технология измерения кровотока поможет в лечении заболеваний головного мозга, — говорит Янг, исполнительный директор по электротехнике в Калифорнийском технологическом институте.

Этот проект реализуется совместно с доктором Чарльзом Лю, профессором клинической неврологической хирургии, психиатрии и поведенческих наук, а также биомедицинской инженерии в Медицинской школе Кек при Университете Южной Калифорнии, и его командой.

Оптическая спектроскопия со спекл-контрастом для оценки риска инсульта

С возрастом сосуды становятся жёстче и им сложнее расширяться, чтобы пропускать кровь. Из-за этого повышается риск инсульта.

Учёные из Калифорнийского технологического института создали компактное устройство. Оно светит инфракрасным лазером через череп в мозг. Рядом установлена камера, которая улавливает свет, отражённый от крови в сосудах мозга.

Этот метод называется оптической спектроскопией с контрастным спеклом (SCOS). Он позволяет измерить объём крови в сосудах и определить скорость кровотока по изменению поля зрения камеры.

Исследователи могут рассчитать соотношение скорости потока и объёма крови, проходящей через сосуд, чтобы оценить риск инсульта у пациента.

В исследовании участвовали 50 человек. Их разделили на две группы по риску инсульта с помощью опросника. Затем в течение трёх минут измеряли кровоток каждого добровольца: определяли скорость потока и объём крови, поступающей в мозг. Через минуту участников попросили задержать дыхание.

Задержка дыхания напрягает мозг, так как в него поступает слишком много углекислого газа и недостаточно кислорода. Мозг переходит в «режим паники» и начинает перекачивать кислород из других частей тела к себе, что увеличивает приток крови. Когда вы перестаёте задерживать дыхание, уровень кислорода возвращается к исходному. Хотя это происходит у всех людей, исследователи обнаружили различия в том, как кровь движется по сосудам у групп с низким и высоким риском инсульта.

Методика SCOS помогает исследователям измерить, как сильно расширяются кровеносные сосуды при задержке дыхания и насколько быстрее кровь течёт по сосудам.

По словам Янга, эти измерения позволяют оценить жёсткость сосудов. Технология SCOS впервые даёт возможность проводить такие измерения без вторжения в организм.

Выводы

Исследователи обнаружили, что у людей из группы с низким риском инсульта кровоток увеличивается меньше при задержке дыхания, чем у людей с высоким риском. Но у них больше увеличивается объём крови — это значит, что через расширенные сосуды может протекать больше крови, — рассказал Ю Си Хуанг, соавтор работы и аспирант в лаборатории Янга.

Малер отмечает, что у людей из группы риска быстрый поток крови, но её объём меньше во время задержки дыхания. Это связано с жёсткостью сосудов и может привести к их разрыву.

Если отношение потока крови к её объёму очень высокое, то можно предположить, что в ближайшем будущем у человека случится инсульт.

Многообещающее будущее

Команда проводит исследования на пациентах в больнице Висалии (Калифорния) с использованием текущего прототипа устройства визуализации. Планируется собрать больше данных от более разнообразной группы людей.

Исследователи хотят внедрить машинное обучение в процесс сбора данных и провести длительное клиническое испытание — более двух лет. Это позволит усовершенствовать технологию. В результате устройство можно будет использовать не только для скрининга риска инсульта, но и для определения локализации инсульта.