popularyzatorski opis rezultatów projektu

Nr wniosku: 173573, nr raportu: 12732. Kierownik (z rap.): dr inż. Michał Kazimierz Kacprzak
Głównym zadaniem w ramach realizacji projektu była próba oceny mechanizmu autoregulacji
krążenia mózgowego za pomocą nowoczesnej, nieinwazyjnej metody optoelektronicznej jaką jest
czasowo-rozdzielcza spektroskopia w bliskiej podczerwieni (trNIRS). W metodzie tej wykorzystywane
są impulsowe źródła promieniowania o bardzo krótkim czasie trwania impulsu oraz zaawansowana
technika detekcyjna, polegająca na pomiarze czasu przelotu pojedynczych fotonów przez badaną
tkankę. Pozwala ona na śledzenie zmian współczynnika absorpcji w funkcji głębokości w miejscu
pomiaru, a następnie, na jego podstawie obserwację parametrów hemodynamicznych tkanek kory
mózgowej.
Jednym z kluczowych zdań zrealizowanych w projekcie było zaprojektowaie i skonstruowanie
optoelektroinicznego systemu pomiarowego do czasowo rozdzielczej spektroskopii w bliskiej
podczerwieni. System został zoptymalizowany pod kątem badań klinicznych. Sterowanie pomiarem
odbywa sie całkowicie z poziomu komputera przenośnego. Nastawy filtrów optycznych, kontrola
mocy głowic laserowych oraz regulacja zasilania i wzmocnienia fotodetektorów realizowane jest
przez odpowiedznie oprogramowanie. Przed pomiarami na zdrowych ochotnikach i badaniami w
klinice przeprowadzono szereg pomiarów technicznych i klibracyjnych zbudowanego urządzenia. W
ramach prac powstało urządzenie, które można łatwo przetransportować do szpitala, a dzięki
specyfice pomiarów optoelektronicznych, ocena utlenowania i ukrwienia kory mózgowej pacjentów
mogła odbywać się nieinwazyjnie i przyłóżkowo w warunkach oddziału intensywnej terapii.
Po zrealizowaniu zadań związanych z projektowaniem, budową i pomiarami technicznymi systemu
pomiarowego przystąpiono do badań zdrowych ochotników. Wykonano szereg pomiarów na grupie
około 20 zdrowych osób. Optoda pomiarowa podczas tych badań umiaszczana była na czole
badanych, tak że pomiary można było przeprowadzać na obydwu półkulach mózgu przy wysokim
stosunku sygnału do szumu. Wykonano badania w spoczynku, przy zmianie nachylenia całego o
zadany kąt, przy zmianie kąta nachylenia górnej części ciała o zadany kąt oraz przy wykonywaniu
kontrolowanej hiperwentylacji i oddychaniu powiertzem i zwiększonej zawartości CO2.
Równocześnie z sygnałami optycznymi rejestrowane były parametry fizjologiczne tj EKG, saturacja
tętnicza oraz ciśnienie tętnicze krwi. Po opracowaniu metod analizy czasowo-częstotliwościowej
rejestrowanych sygnałów przeprowadzono badania na pacjentach Oddziału Intensywnej Terapii
Szpitala Praskiego w Warszawie. W trakcie realizacji projektu przygotowano również publikacje
naukowe: jedna z nich została wysłana do publikacji w czasopiśmie Intensive Care Medicine, druga
stanowi gotowy do wysłania manuskrypt wymagający korekty językowej, oraz dwie publikacje, które
są obecnie w trakcie przygotowywania.
Badania autoregulacji krążenia mózgowego są obecnie tematem wielu publikacji naukowych, w
których poszukiwane są metody jej skutecznej oceny. Jako metody badania autoregulacji
wskazywane są przez autorów takie techniki jak ultrasonografia przezczaszkowa (TCD), tomografia
komputerowa CT, a nawet badania PET. Jednak tylko badanie TDC oraz metoda optyczna NIRS mogą
być zastosowane bezpośrednio przy łóżku chorego na oddziele intensywnej terapii. W przypadku
techniki NIRS możliwe jest również ciągłe monitorowanie poprzez przymocowanie optody
pomiarowej np na czole chorego. Jednak w klasycznej metodzie NIRS, w której stosuje się światło o
stałym natężeniu pomiar odbywa się w całej badanej objętości tkanki znajdującej się pod optodą.
Również w tkankach skóry i czaszki, gdzie mechanizm autoregulacji nie występuje co może
powodować zafałszowanie wyników pomiaru. Zastosowanie więc w tym przypadku czasowo
rozdzielczej spektroskopii w bliskiej podczerwienii (trNIRS), gdzie możliwe jest wyznaczenie
parametrów hemodynamicznych w funkcji głębokości, może mieć duże znaczenie dla rozwoju i
potencjalnego zastosowania tej metody jako narzędzia diagnostycznego.