Elk jaar, bijna 800, 000 mensen in de VS krijgen een beroerte, en bijna 90 procent daarvan zijn ischemische beroertes waarbij een stolsel de bloedtoevoer naar een deel van de hersenen afsnijdt. Om verder letsel te voorkomen, de bloedtoevoer naar de hersenen moet zo snel mogelijk worden hersteld. In een nieuwe studie, onderzoekers tonen aan dat niet-invasieve optische sensoren clinici realtime feedback kunnen geven over de vraag of behandelingen voor het oplossen van bloedstolsels de bloedstroom herstellen. De techniek, die de bloedstroom en het zuurstofgehalte in de hersenen controleert, kan ook vroege waarschuwingssignalen van neurologische complicaties na een beroerte onthullen.

"We hopen dat het bieden van geïndividualiseerde behandeling van patiënten met een beroerte met nieuwe optische monitoringsystemen zoals degene die we hebben ontwikkeld, de kansen op herstel zal verbeteren en, bijgevolg, de directe gezondheidszorg en sociaaleconomische last van deze veelvoorkomende aandoening verminderen, " zei onderzoeksteamleider Raquel Delgado-Mederos van de Stroke Unit in het Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Spanje.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Biomedische Optica Express , de onderzoekers rapporteren over praktijktests van hun nieuwe compacte en gebruiksvriendelijke optische sensorsysteem, die is ontworpen voor klinisch gebruik op spoedeisende hulpafdelingen van ziekenhuizen. Ze demonstreerden hun systeem door het aan het bed van patiënten met een beroerte te gebruiken om te detecteren, live, de effectiviteit van een stollingsremmend medicijn bij het verbeteren van de bloedtoevoer naar de hersenen.

"De potentiële impact van deze nieuwe benadering is behoorlijk groot, aangezien beroerte wereldwijd een belangrijke oorzaak is van langdurige invaliditeit bij volwassenen, " zei Delgado-Mederos. "De doeltreffendheid van de behandeling hangt af van het bereiken van een snel herstel van de bloedstroom naar het aangetaste deel van de hersenen."

Continue bloedstroommetingen

Momenteel, de meeste clinici beoordelen de bloedstroom in de hersenen met behulp van metingen op afzonderlijke tijdstippen met magnetische resonantie of computertomografie. Deze metingen worden meestal uitgevoerd op het moment van opname op de afdeling spoedeisende hulp om de behandelingsbeslissingen van een arts te helpen begeleiden. Hoewel een methode genaamd Transcraniële Doppler continue monitoring kan uitvoeren, het meet alleen de bloedstroom in grote bloedvaten en artsen moeten een speciale opleiding volgen om het te leren gebruiken en de resultaten te interpreteren.

"Onze benadering van optische monitoring biedt een continue meting van de bloedstroom in de microvaten van de hersenen, die rechtstreeks bloed aan het hersenweefsel leveren, "zei Delgado-Mederos. "Ook, het door ons gecreëerde systeem is draagbaar en geschikt voor continue meting van de cerebrale bloedstroom aan het bed van de patiënt, zonder de noodzaak van technische expertise."

De optische monitoringtechniek is gebaseerd op diffuse correlatiespectroscopie (DCS), die de bloedstroom bepaalt door fluctuerende donkere en lichte vlekken te analyseren, of spikkels, geproduceerd door laserlicht dat door het weefsel reist, inclusief de bloedvaten. DCZ combineren met nabij-infrarood spectroscopie (NIRS), voegt informatie toe over de hoeveelheid bloed in het hersenweefsel en hoeveel zuurstof het bevat.

De gecombineerde DCS/NIRS-benadering is in de jaren negentig ontwikkeld door de medeauteur van het artikel, Turgut Durduran en collega's van de Universiteit van Pennsylvania. Later, bij ICFO—het Instituut voor Fotonische Wetenschappen, Barcelona, Spanje, De groep van Durduran heeft gebruiksvriendelijke apparaten ontwikkeld waarmee de technologie kan worden gebruikt als onderzoeksinstrument in ziekenhuizen en gezondheidscentra over de hele wereld.

Een systeem creëren voor klinisch gebruik

Om wat voorheen een onderzoeksinstrument was, in de uitdagende klinische setting van de afdeling spoedeisende hulp te brengen, moesten de onderzoekers het systeem aanpassen voor een zeer snelle implementatie. Het door hen ontwikkelde compacte en gebruiksvriendelijke DCS/NIRS-systeem bestaat uit twee optische sondes die op het voorhoofd van de patiënt worden geplaatst. Deze sondes bevatten op maat gemaakte glasvezel om licht te leveren van een infraroodlaser, die door de huid en schedel kunnen reizen om de buitenste lagen van de hersenen te bereiken. Een deel van dit licht verstrooit terug naar het oppervlak waar het wordt gedetecteerd door de optische vezels en wordt gebruikt om de bloedstroom en bloedoxygenatie in de kleine bloedvaten in de hersenen te meten.

Ze testten het optische monitoringsysteem op vijf patiënten die op de afdeling spoedeisende hulp waren opgenomen met een acute ischemische beroerte en die werden behandeld met weefselplasminogeenactivator, een medicijn dat het stolsel oplost om de bloedstroom te verbeteren. Ze gebruikten het systeem terwijl de behandeling werd toegediend en volgden vervolgens het effect op de bloedstroom en oxygenatie.

"Met optische bewaking, we ontdekten de toename van de cerebrale doorbloeding en oxygenatie veroorzaakt door de behandeling, " zei Delgado-Mederos. "De verhoogde bloedstroom die met het nieuwe systeem werd gedetecteerd, correleerde met de opening van de geblokkeerde slagader die werd gezien met behulp van Transcraniële Doppler en met verbeteringen in neurologische gebreken."

De nieuwe studie toonde aan dat het haalbaar is om DCS/NIRS optische monitoring te gebruiken om de bloedstroom en oxygenatie in de hersenen na een beroerte te beoordelen. De onderzoekers zijn van plan de studie te repliceren met meer patiënten in verschillende klinische centra en onder verschillende scenario's om de prestaties van de techniek beter te begrijpen. Ze zijn ook van plan gebruiksvriendelijke software en sondes te ontwikkelen om grootschalige implementatie van het systeem in snelle klinische omgevingen te vergemakkelijken. Spin-off bedrijven, waaronder een van ICFO, werken ook aan het commercialiseren van de technologie en het werven van fondsen voor klinische proeven.