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Mit Licht ins Gehirn schauen
Eine neue nichtinvasive Diagnosetechnologie könnte Ärzten das wichtigste Zeichen für die Gesundheit des Gehirns liefern: die Sauerstoffsättigung. Hergestellt von einer israelischen Firma namens OrNim und später in diesem Jahr für Studien an Patienten in US-Krankenhäusern geplant ist, könnte die Technologie, die als zielgerichtete Oximetrie bezeichnet wird, tun, was Standard-Pulsoximeter nicht können.
Gedankenleser: Die gezielte Oximetriesonde von OrNim (oben) haftet an der Kopfhaut, um den Sauerstoffgehalt bestimmter Bereiche des Gehirns zu überwachen.
Ein Standard-Pulsoximeter wird an einem Finger oder einem Ohrläppchen befestigt, um den Sauerstoffgehalt unter der Haut zu messen. Es funktioniert, indem es einen Lichtstrahl durch Blutgefäße sendet, um die Absorption von Licht durch sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Hämoglobin zu messen. Die Informationen ermöglichen es Ärzten, sofort zu erkennen, ob der Sauerstoffgehalt im Blut des Patienten steigt oder fällt.
Vor der Entwicklung von Pulsoximetern bestand die einzige Möglichkeit zur Messung der Sauerstoffsättigung darin, eine Blutprobe aus einer Arterie zu entnehmen und in einem Labor zu analysieren. Durch die sofortige, nichtinvasive Messung der Oxygenierung haben Pulsoximeter die Anästhesie und andere medizinische Verfahren revolutioniert.
Pulsoximeter sind zwar genau und zuverlässig geworden, haben jedoch eine entscheidende Einschränkung: Sie können die Sauerstoffsättigung in bestimmten Bereichen tief im Körper nicht messen. Da Pulsoximeter nur den Gesamtsauerstoffgehalt des Blutes messen, haben sie keine Möglichkeit, die Sauerstoffsättigung in einer bestimmten Region zu überwachen. Dies ist insbesondere bei Hirnverletzungen problematisch, da sich die Sauerstoffversorgung des Gehirns dann von der des restlichen Körpers unterscheiden kann.
Informationen über die Sauerstoffversorgung in bestimmten Regionen des Gehirns wären für Neurologen, die einen hirnverletzten Patienten überwachen, wertvoll, da sie verwendet werden könnten, um nach lokalisierten Hämatomen zu suchen und hämorrhagische Schlaganfälle sofort zu melden. Wenn ein Schlaganfall auftritt, wird einem Bereich des Gehirns Blut und damit Sauerstoff entzogen, aber es gibt keine sofortige Möglichkeit, das Auftreten des Angriffs zu erkennen.
CT- und MRT-Scans geben eine Momentaufnahme von Gewebeschäden, können jedoch nicht für eine kontinuierliche Überwachung verwendet werden. Es kann auch sehr schwierig sein, solche Scans bei bewusstlosen Patienten durchzuführen, die an lebenserhaltende Geräte angeschlossen sind.
Wade Smith, Neurologe an der University of California in San Francisco und Berater von OrNim, weist darauf hin, dass Kardiologen zwar über Geräte zur detaillierten Überwachung des Herzens verfügen, Neurologen jedoch kein gleichwertiges Werkzeug haben. Bei hirnverletzten Patienten, sagt Smith, sei Blindflug der Stand der Technik.
OrNims neues Gerät verwendet eine Technik namens Ultraschall-Lichtmarkierung, um einen Gewebebereich von der Größe eines Zuckerwürfels, der sich zwischen 1 und 2,5 Zentimeter unter der Haut befindet, zu isolieren und zu überwachen. Die auf der Kopfhaut aufliegende Sonde enthält drei Laserlichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge, einen Lichtdetektor und einen Ultraschallsender.
Das Laserlicht diffundiert durch den Schädel und beleuchtet das darunterliegende Gewebe. Der Ultraschallsender sendet stark gerichtete Impulse in das Gewebe. Die Pulse verändern die optischen Eigenschaften des Gewebes derart, dass sie das durch das Gewebe wandernde Laserlicht modulieren. Tatsächlich markieren die Ultraschallimpulse einen bestimmten Gewebeabschnitt, der von dem Detektor beobachtet werden soll. Da die Geschwindigkeit der Ultraschallpulse bekannt ist, kann für die Überwachung eine bestimmte Tiefe gewählt werden.
Das modulierte Laserlicht wird vom Detektor aufgenommen und zur Berechnung der Gewebefarbe verwendet. Da die Farbe in direktem Zusammenhang mit der Sauerstoffsättigung des Blutes steht (z. B. ist arterielles Blut hellrot, während venöses Blut dunkelrot ist), kann daraus auf die Sauerstoffsättigung des Gewebes geschlossen werden. Die Messung ist absolut und nicht relativ, da die Farbe ein Indikator für die spektrale Absorption von Hämoglobin ist und von der Kopfhaut nicht beeinflusst wird.
Tiefere Bereiche könnten mit stärkeren Laserstrahlen beleuchtet werden, aber die Lichtintensität muss auf einem Niveau gehalten werden, das die Haut nicht verletzt. Aufgrund der derzeit praxistauglichen Tiefe der Technologie von 2,5 Zentimetern eignet sie sich am besten für die Überwachung der oberen Gehirnschichten. Smith schlägt vor, dass die Technologie verwendet werden könnte, um bestimmte Cluster von Blutgefäßen zu überwachen.
Während die Technologie dazu entwickelt wurde, einen bestimmten Bereich zu überwachen, könnte sie auch verwendet werden, um eine ganze Hemisphäre des Gehirns zu überwachen. Die Messung eines beliebigen Bereichs im Gehirn könnte bessere Informationen über die Sauerstoffsättigung des gesamten Gehirns liefern als ein Pulsoximeter an anderen Stellen des Körpers. Hilton Kaplan, ein Forscher an der Medical Device Development Facility der University of Southern California, sagt: Wenn wir mit dieser Technologie tatsächlich tief im Inneren messen können, dann ist das eine große Verbesserung gegenüber den Einschränkungen jahrzehntelanger kutaner Versionen.
Michal Balberg, der CEO und Mitbegründer von OrNim, hält es für möglich, eine Reihe von Sonden am Kopf zu platzieren, um eine topografische Karte der Sauerstoffversorgung des Gehirns zu erhalten. Mit der Zeit kann die Sauerstoffversorgung des Gehirns als kritischer Parameter angesehen werden, der routinemäßig überwacht werden sollte. Balberg sagt: Unsere Entwicklung zielt darauf ab, ein neues Vitalzeichen des Gehirns zu etablieren, das verwendet wird, um jeden Patienten zu überwachen, der bewusstlos ist oder sich in Narkose befindet. Wir glauben, dass dies das Patientenmanagement im kommenden Jahrzehnt in ähnlicher Weise wie Pulsoximeter beeinflussen wird.
Michael Chorost deckt Medizinprodukte für Technologieüberprüfung . Sein Buch über Cochlea-Implantate, Rebuilt: Wie ich menschlicher wurde, Teil des Computers zu werden , wurde 2005 veröffentlicht.