هنگامی که پزشکان بخواهند در مورد خطر بیماری قلبی عروقی در بیمار اطلاعات بیشتری کسب کنند، ممکن است تست استرس قلبی را درخواست کنند. اما در مورد خطر سکته مغزی، هیچ تست عملکرد مغز مقیاس پذیر و مقرون به صرفه ای وجود ندارد که به پزشکان کمک کند تا بیماران را در مورد خطر احتمالی آنها مشاوره دهند. پرسشنامه ای که از بیماران در مورد عوامل خطر کمک می کند در حال حاضر بهترین ابزار برای ارزیابی چنین خطری است.
اکنون، تیمی از مهندسان و دانشمندان دانشکده پزشکی کِک و کال‌تک، دستگاهی مبتنی بر هدست توسعه داده‌اند که می‌تواند برای ارزیابی غیرتهاجمی خطر سکته مغزی با نظارت بر تغییرات در جریان خون و حجم آن در حالی که شرکت‌کننده در دست نگه داشته است، مورد استفاده قرار گیرد. نفس تو هستی این دستگاه شامل یک سیستم مبتنی بر لیزر است و نتایج امیدوارکننده‌ای را در تمایز بین افراد در معرض خطر کم و بالای سکته مغزی نشان داده است.
سکته مغزی سالانه نزدیک به 800000 آمریکایی را تحت تاثیر قرار می دهد و علت اصلی ناتوانی جدی و طولانی مدت در ایالات متحده است. این بیماری در اثر انسداد یا پارگی یک سرخرگ در مغز ایجاد می شود که جریان خون را کاهش می دهد. سلول های مغزی که از اکسیژن محروم هستند، به سرعت می میرند – حدود 2 میلیون در دقیقه در طول سکته مغزی.
سیمون مالر، یکی از نویسندگان مقاله ای که در توضیح این بیماری می پردازد، می گوید: با این دستگاه، برای اولین بار، ما راهی خواهیم داشت که بدانیم آیا خطر سکته مغزی در آینده در آینده قابل توجه است یا خیر. تکنیک و دستگاه جدید در مجله اپتیک زیست پزشکی اکسپرس و یک عضو فوق دکترا در آزمایشگاه Changhuei Yang، توماس G. Myers، استاد برق، مهندسی زیستی، و مهندسی پزشکی در Caltech و محقق در موسسه تحقیقات پزشکی Heritage. ما فکر می‌کنیم که این واقعاً می‌تواند روش ارزیابی خطر سکته مغزی را متحول کند و در نهایت به پزشکان کمک کند تا تعیین کنند که آیا خطر بیمار پایدار است یا بدتر می‌شود.»
یانگ که همچنین مدیر اجرایی مهندسی برق در Caltech است، گفت: فناوری نوری ما برای اندازه‌گیری جریان خون غیرتهاجمی برای تعدادی از کاربردهای بیماری‌های مغزی مفید است. وی خاطرنشان کرد که این پروژه بخشی از یک تلاش مشترک بزرگتر با دکتر چارلز لیو، استاد جراحی مغز و اعصاب بالینی، جراحی، روانپزشکی و علوم رفتاری و مهندسی زیست پزشکی در دانشکده پزشکی USC Keck و تیم او است.
طیف‌سنجی نوری کنتراست لکه‌ای برای ارزیابی خطر سکته مغزی
به طور کلی، رگ‌های خونی با افزایش سن سفت‌تر می‌شوند، به این معنی که گشاد شدن آنها برای عبور خون سخت‌تر می‌شود. این به نوبه خود به این معنی است که فرد بیشتر مستعد ابتلا به سکته است.
تیم Caltech یک دستگاه فشرده توسعه داده است که نور لیزر مادون قرمز را از طریق جمجمه و مغز در یک مکان می تاباند و سپس از یک دوربین مخصوص در نزدیکی خود برای جمع آوری نوری استفاده می کند که پس از پراکنده شدن توسط خون در رگ های خونی به عقب باز می گردد. این رویکرد که طیف‌سنجی نوری با کنتراست لکه‌ای (SCOS) نامیده می‌شود، کاهش شدت نور را از جایی که به جمجمه وارد می‌شود تا جایی که نور منعکس شده برای تعیین حجم خون در رگ‌های خونی مغز جمع‌آوری می‌شود، اندازه‌گیری می‌کند. همچنین به نحوه پراکندگی نور و ایجاد لکه هایی در میدان دید دوربین نگاه می کند. این لکه ها در تصاویر بسته به سرعت جریان خون در رگ های خونی نوسان می کنند. هرچه خون سریعتر جریان یابد، میدان لکه سریعتر تغییر می کند.
محققان می توانند از این اندازه گیری ها برای محاسبه نسبت جریان به حجم خون در رگ استفاده کنند تا تصوری از خطر سکته مغزی آن بیمار داشته باشند.
این تیم مطالعه ای را با 50 شرکت کننده انجام داد. آنها از یک پرسشنامه خطر سکته مغزی استفاده کردند که در حال حاضر استفاده می شود، ماشین حساب خطر سکته مغزی کلیولند، تا شرکت کنندگان را به دو گروه تقسیم کنند: یکی در معرض خطر و دیگری در معرض خطر. آنها سپس جریان خون هر داوطلب را به مدت سه دقیقه اندازه‌گیری کردند و میزان جریان و حجم خونی که به مغز می‌رسید را تعیین کردند. بعد از یک دقیقه از شرکت کنندگان خواستند نفس خود را حبس کنند.
حبس نفس به مغز شما استرس وارد می کند زیرا متوجه می شود که دی اکسید کربن بیش از حد و اکسیژن کافی دریافت نمی کند. این حالت وارد حالتی می شود که مالر آن را “حالت وحشت” می نامد و شروع به پمپاژ اکسیژن از بقیه بدن به سمت خود می کند. این جریان خون به مغز را تا حد زیادی افزایش می دهد. هنگامی که حبس نفس خود را متوقف می کنید، سطح اکسیژن به حالت اولیه باز می گردد. اگرچه این اتفاق در افراد در معرض خطر کم و زیاد سکته مغزی رخ داد، اما محققان دریافتند که از نظر نحوه حرکت خون در رگ‌ها تفاوت‌هایی بین گروه‌ها وجود دارد.
تکنیک SCOS به محققان این امکان را می‌دهد تا میزان گشاد شدن رگ‌های خونی در حین حبس نفس و سرعت جریان خون در رگ‌ها را اندازه‌گیری کنند. یانگ می گوید: «این اندازه گیری های واکنشی نشان دهنده سفتی رگ هستند. “فناوری ما برای اولین بار امکان اندازه گیری های غیرتهاجمی از این نوع را فراهم می کند.”
یافته ها
یو سی هوانگ، یکی از نویسندگان مقاله جدید و یک دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه یانگ، گفت: آنچه ما پیدا کردیم، شواهد واضح و قابل توجهی از جریان خون و پاسخ حجم خون متفاوت بین دو گروه است.
در گروه کم خطر سکته مغزی، محققان افزایش کمتری در جریان خون در طول تمرین حبس نفس نسبت به گروه پرخطر سکته مغزی مشاهده کردند، اما افزایش حجم خون بیشتر را نشان می‌دهد. خون ممکن است از طریق عروق خونی گشاد شده جریان یابد.
مالر می‌گوید: «ما به وضوح می‌بینیم که گروه پرخطر نسبت جریان به حجم بالاتری دارند، جایی که جریان سریعتر اما حجم خون کمتری در حین حبس نفس دارند. این به دلیل سفتی رگ های خونی است و نشان دهنده احتمال بیشتر پارگی است. “اگر کسی با نسبت جریان/حجم بسیار بالا وارد خانه شود، ممکن است مشکوک باشیم که در آینده نزدیک آن فرد دچار سکته مغزی شود.”
آینده امیدوار کننده
این تیم در حال انجام تحقیقات بیشتری با استفاده از نمونه اولیه دستگاه برای تصویربرداری از بیماران در بیمارستانی در ویسالیا، کالیفرنیا، برای جمع‌آوری داده‌های اضافی از جمعیت بزرگتر و متنوع‌تر است. محققان همچنین قصد دارند یادگیری ماشینی را در فرآیند جمع‌آوری داده‌های دستگاه بگنجانند و یک کارآزمایی بالینی را انجام دهند که شامل پیگیری بیماران برای بیش از دو سال برای بهبود این فناوری می‌شود. آنها امیدوارند که این دستگاه در نهایت بتواند به طور گسترده نه تنها برای پیش نمایش خطر سکته مغزی، بلکه برای کمک به تشخیص دقیقاً در کجای مغز که ممکن است قبلاً سکته مغزی رخ داده باشد، استفاده شود.
نویسندگان دیگر مقاله، “همبستگی خطر سکته مغزی با دینامیک پرفیوژن عروق مغزی غیرتهاجمی با استفاده از دستگاه طیف‌سنجی نوری قابل حمل با کنتراست لیزری”، جولیان مایکل تیسکا، مدیر مرکز تصویربرداری مغز Caltech هستند. و دکتر آیدین عابدی، یو تونگ لو، پاتریک دی لیدن و دکتر جاناتان راسین از دانشکده پزشکی کک USC. این کار توسط مؤسسه ملی بهداشت و مرکز USC برای ترمیم اعصاب حمایت شد.
