研究人员创建了一种设备，通过激光无创测量血流，有助于根据个人的当前健康状况识别中风风险。
当医生想要评估患者心脏病的风险时，他们可以安排心脏压力测试。不幸的是，目前没有类似可扩展或可负担的方式来评估大脑健康和中风风险。目前，最有效的方法是通过问卷收集患者自身关于风险因素的信息。
最近，加州理工学院和南加州大学凯克医学院的工程师和科学家们开发了一种头戴设备，可以通过观察参与者屏住呼吸时的血流和血容量变化，非侵入性地评估中风风险。这种创新设备采用激光系统，已在区分低风险和高风险个体方面显示出良好的成果。
中风是一个重要的健康问题，每年影响近80万美国人，是该国严重长期残疾的主要原因。中风发生在大脑中的动脉被阻塞或破裂时，导致血流减少。这种缺氧迅速导致脑细胞死亡，中风期间每分钟大约有200万细胞死亡。
“首次通过这款设备，我们可以通过生理测量评估一个人未来发生中风的可能性，”论文的共同负责人西蒙·马勒表示，论文发表于《生物医学光学快报》。他还是加州理工学院杨昌辉实验室的博士后，杨在此实验室担任电气工程、生物工程和医学工程的托马斯·G·迈尔斯教授，并且是遗产医学研究所的研究员。“我们相信，这可能从根本上改变中风风险评估的方式，并最终帮助医生决定患者的风险是稳定还是恶化。”
“我们设计的无创血流测量光学技术预计将对各种脑部疾病场景产生益处，”杨补充道，他还负责加州理工学院的电气工程。他指出，这一举措是与南加州大学凯克医学院的卡尔·刘博士的一项广泛合作努力的一部分，刘博士是一位在多个领域的教授和专家。
用于中风风险评估的散斑对比光谱学
通常，随着人们的年龄增长，他们的血管变得更加僵硬，这意味着他们难以扩张并允许血液循环。这种僵硬性增加了中风的易感性。
加州理工学院的团队构建了一个紧凑的设备，能够通过颅骨将红外激光光束导向特定的脑区，并使用特殊相机捕捉与血液相互作用后反射回来的光。这种方法称为散斑对比光谱学（SCOS），测量从颅骨入射点到反射光收集点的光强变化，使研究人员能够确定大脑血管内的血液量。此外，光散射的变化在相机视野中创造了一个散斑图案，该图案对血流速率的变化作出反应；血流越快，散斑场的变化越迅速。
通过分析这些测量，研究人员可以计算流量与容量之比，从而提供个体中风风险的洞察。
在一项包含50名参与者的研究中，团队使用克利夫兰中风风险计算器，这是中风风险的标准问卷，将参与者分类为低风险和高风险组。他们在每个个体身上观察血流三分钟，测量血流速率和到达大脑的血液容量。在第一分钟后，参与者被提示屏住呼吸。
限制呼吸会造成压力，因为大脑意识到它接收了多余的二氧化碳和不足的氧气，导致大脑进入马勒所描述的“恐慌模式”，增加向自身的血流。这一反应增强了大脑的氧气供应。尽管低风险和高风险个体都有这种反应，但两组之间血液在血管中的运动存在明显差异。
SCOS技术使研究人员能够评估参与者屏住呼吸时血管扩张的程度以及血流速度的反应。“这些测量指示了血管的僵硬性，”杨指出。“我们的技术首次允许非侵入性评估这些特征。”
研究结果
“我们的结果显示出两组之间在血流和容量反应方面的显著差异，”另一位共同负责人、杨实验室的研究生黄于熙表示。
在低中风风险类别中，研究人员注意到与高中风风险组相比，屏息时血流的增加较小，但血液容量的增加更大，这表明通过扩张的血管改善了血流。
“我们可以观察到，高风险组表现出较高的流量与容量比，特征是流动迅速但血容量较低，”马勒解释道。这种由血管僵硬性驱动的现象增加了破裂的风险。“一个表现出极高流量与容量比的人可能表明在不久的将来发生中风的可能性。”
光明的未来
研究团队正在使用当前原型成像设备对加利福尼亚维塞利亚的一家医院的患者进行进一步研究，从更广泛和多样的人群中收集更多数据。他们还计划将机器学习集成到设备的数据收集中，并启动一项临床试验，跟踪患者超过两年，以改进该技术。他们的愿景是让该设备最终广泛用于筛查中风风险，甚至识别大脑中特定发生中风的位置。
标题为“利用便携式散斑对比光谱学激光设备将中风风险与非侵入性脑血管灌注动态相关联”的论文的其他贡献者包括加州理工学院脑成像中心的副主任朱利安·迈克尔·提兹卡；和南加州大学凯克医学院的艾迪·阿贝迪、罗宇东、帕特里克·D·莱登和乔纳森·拉辛博士。该研究得到了美国国立卫生研究院和南加州大学神经恢复中心的资助。
