Ser in i hjärnan med ljus

En ny icke-invasiv diagnostisk teknik kan ge läkare det enskilt viktigaste tecknet på hjärnans hälsa: syremättnad. Tillverkad av ett israeliskt företag som heter OrNim och planerad för försök på patienter på amerikanska sjukhus senare i år, kan tekniken, kallad riktad oximetri, göra vad vanliga pulsoximetrar inte kan.

Tankeläsare: Den OrNim-riktade oximetrisonden (ovan) fäster vid hårbotten för att övervaka syrenivåerna i specifika delar av hjärnan.

En vanlig pulsoximeter fästs på ett finger eller en örsnibb för att mäta syrenivåerna under huden. Det fungerar genom att sända en ljusstråle genom blodkärlen för att mäta absorptionen av ljus av syresatt och syrefattigt hemoglobin. Informationen gör det möjligt för läkare att omedelbart veta om syrenivåerna i patientens blod stiger eller sjunker.

Före utvecklingen av pulsoximetrar var det enda sättet att mäta syremättnad att ta ett blodprov från en artär och analysera det i ett labb. Genom att tillhandahålla ett omedelbart, icke-invasivt mått på syresättning, revolutionerade pulsoximetrar anestesi och andra medicinska procedurer.

Även om pulsoximetrar har blivit exakta och pålitliga, har de en viktig begränsning: de kan inte mäta syremättnad i specifika områden djupt inne i kroppen. Eftersom pulsoximetrar endast mäter blodets totala syrenivåer, har de inget sätt att övervaka syremättnad i en specifik region. Detta är särskilt problematiskt vid hjärnskador, eftersom hjärnans syresättning då kan skilja sig från resten av kroppens.

Information om syresättning i specifika delar av hjärnan skulle vara värdefull för neurologer som övervakar en hjärnskadad patient, eftersom den skulle kunna användas för att söka efter lokaliserade hematom och omedelbart meddela hemorragiska stroke. När en stroke inträffar, berövas ett område av hjärnan blod och därmed syre, men det finns inget omedelbart sätt att upptäcka attacken.

CT- och MRI-skanningar ger en ögonblicksbild av vävnadsskada, men de kan inte användas för kontinuerlig övervakning. Det kan också vara mycket svårt att utföra sådana skanningar på medvetslösa patienter som är anslutna till livsuppehållande enheter.

Wade Smith, en neurolog vid University of California, San Francisco, och en rådgivare till OrNim, påpekar att medan kardiologer har enheter för att övervaka hjärtan i detalj, har neurologer inget motsvarande verktyg. Med hjärnskadade patienter, säger Smith, flyger den senaste tekniken blind.

OrNims nya enhet använder en teknik som kallas ultraljudsljusmärkning för att isolera och övervaka ett vävnadsområde som är lika stort som en sockerbit som ligger mellan 1 och 2,5 centimeter under huden. Sonden, som vilar på hårbotten, innehåller tre laserljuskällor med olika våglängder, en ljusdetektor och en ultraljudssändare.

Laserljuset diffunderar genom skallen och lyser upp vävnaden under den. Ultraljudssändaren skickar starkt riktade pulser in i vävnaden. Pulserna förändrar vävnadens optiska egenskaper på ett sådant sätt att de modulerar laserljuset som färdas genom vävnaden. I själva verket märker ultraljudspulserna en specifik del av vävnaden som ska observeras av detektorn. Eftersom hastigheten på ultraljudspulserna är känd kan ett specifikt djup väljas för övervakning.

Det modulerade laserljuset plockas upp av detektorn och används för att beräkna vävnadens färg. Eftersom färg är direkt relaterad till blodets syremättnad (till exempel är arteriellt blod ljusrött, medan venöst blod är mörkrött), kan den användas för att härleda vävnadens syremättnad. Mätningen är absolut snarare än relativ, eftersom färg är en indikator på den spektrala absorptionen av hemoglobin och är opåverkad av hårbotten.

Djupare områden kan belysas med starkare laserstrålar, men ljusintensiteten måste hållas på nivåer som inte skadar huden. Med tanke på teknikens nuvarande praktiska djup på 2,5 centimeter är den bäst lämpad för att övervaka de övre lagren av hjärnan. Smith föreslår att tekniken kan användas för att övervaka specifika kluster av blodkärl.

Medan tekniken är designad för att övervaka ett specifikt område, kan den också användas för att övervaka en hel hjärnhalva. Att mäta vilket område som helst i hjärnan kan ge bättre information om syremättnad i hela hjärnan än en pulsoximeter någon annanstans på kroppen. Hilton Kaplan, en forskare vid University of Southern California's Medical Device Development Facility, säger: Om den här tekniken tillåter oss att faktiskt mäta djupt inuti, så är det en stor förbättring jämfört med begränsningarna för årtionden av hudversioner.

Michal Balberg, VD och medgrundare av OrNim, tror att det i slutändan kan vara möjligt att placera ut uppsättningar av sonder på huvudet för att få en topografisk karta över hjärnans syresättning. Med tiden kan hjärnans syresättning anses vara en kritisk parameter som bör övervakas rutinmässigt. Balberg säger, Vår utveckling är inriktad på att etablera ett nytt hjärnvitalt tecken som kommer att användas för att övervaka alla patienter [som är] medvetslösa eller under narkos. Vi tror att detta kommer att påverka patienthanteringen under det kommande decenniet på ett sätt som är jämförbart med pulsoximetrar.

Michael Chorost täcker medicintekniska produkter för Teknikgranskning . Hans bok om cochleaimplantat, Ombyggd: Hur att bli en del av en dator gjorde mig mer mänsklig , publicerades 2005.

Dölj