新的无创光学成像方法监测创伤性脑损伤患者的脑健康

Mohammed N. Islam教授领导的研究团队开发了一种新的低成本、便携式、非侵入性的方法，可以同时监测大脑、组织和器官的代谢和血流动力学。该工具是一种非侵入性的细胞色素c -氧化酶(scisco)超连续红外光谱系统，可以帮助早期发现脑损伤或神经元功能障碍，并可以持续监测大脑健康，以帮助指导损伤的治疗和治疗。

“内出血是由于创伤性损伤是可预防死亡的主要原因，”伊斯兰说。“我们监测组织代谢的非侵入性方法可以帮助改善脑震荡、中风、创伤性脑损伤和其他疾病的诊断和监测。”

创伤性脑损伤(TBI)导致大脑结构损伤。病人需要立即进行医疗干预，疏散，还有重症监护许多人在康复后需要终身帮助。虽然创伤性脑损伤可能发生在任何人身上，但它是伊拉克和阿富汗战争退伍军人的标志性伤口。国防部报告称，从2010年到2015年，超过32万名士兵遭受了tbi。然而，军方仍然没有在战场上进行客观诊断的方法。

此外，四分之三的创伤性脑损伤幸存者经历了轻微的疼痛创伤性脑损伤(mTBI)或脑震荡。脑震荡很难诊断，因为它涉及精神状态的短暂变化，而不会对大脑造成任何可观察到的结构损伤。然而，脑震荡患者可能仍会遭受终生的认知或心理挑战，如记忆问题和创伤后应激障碍。

当前监测变化的方法血液流动大脑依赖于血流动力学神经成像系统，但这些系统不能检测到神经组织本身的变化。这可能导致疾病或伤害未被发现，因此得不到治疗。为了解决这个问题，Islam的团队专注于测量细胞功能的光学活性标记，如细胞色素。

细胞色素c -氧化酶(CCO)是一种光敏酶，负责体内95%以上的氧代谢。脑内CCO浓度也明显高于脑外组织。因此，可以通过捕捉CCO的变化来测量神经代谢，同时测量CCO和血红蛋白的氧化还原状态可以提供更多关于大脑代谢和血流动力学的信息，有助于神经损伤或疾病的诊断和治疗。

传统的测量CCO的方法依赖于基于灯的光源来提供照明，但这些系统普遍存在较差的信噪比。相比之下，Islam的团队使用全光纤集成的超连续光源来实现非侵入性光学成像方法。这种方法极大地提高了信噪比，并导致更明确的CCO测量。结果是细胞色素c -氧化酶(scisco)系统的超连续红外光谱。

Islam说:“与通常用于CCO测量的钨卤灯相比，我们的系统可以提供几乎一个数量级的亮度提高。”

scisco系统也是非常通用的。

“scisco系统可以应用于各种用途，从作为筛查脑震荡患者的新工具——例如用于认知注意力测试结果——到用于临床诊断重症监护室来评估病人器官对治疗的反应，”伊斯兰说。

具体来说，它可以测量CCO、氧合血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(HbR)，以确定任何器官的代谢功能，如肝脏、肾脏、心脏和肺。它还可用于测量和监测组织的代谢功能，如肌肉组织、神经组织和上皮组织。

Islam的团队目前正在U-M神经外科的重症监护病房(ICU)进行人体研究。

这篇论文，“使用细胞色素C氧化酶(scisco)仪器的超连续红外光谱对代谢和血流动力学的无创监测”发表在应用科学．