Nie trzeba wcale inwazyjnych metod, żeby sprawdzić, co dzieje się w mózgu człowieka. Wiele potrzebnych informacji można pozyskać z analizy obrazów pochodzących np. z błony bębenkowej ucha – przekonują naukowcy z Pracowni Neuroinżynierii Medycznej BrainLab na Politechnice Wrocławskiej.
Pracownia kierowana przez dr hab. Magdalenę Kasprowicz zajmuje się analizą procesów zachodzących w mózgu człowieka. Naukowcy wykorzystują w tym celu zaawansowane metody przetwarzania sygnałów biomedycznych. Jak tłumaczą, wzajemne zależności między biosygnałami dla lekarzy mogą być na pierwszy rzut niewidoczne. Aktualnie uwagę badaczy skupia zagadnienie analizy morfologii pulsacji tętniczopochodnych sygnałów mózgowych. Na podstawie analizy zmian w ich kształcie przewidują możliwość wystąpienia zagrażających życiu zdarzeń, takich jak np. wzrost ciśnienia wenątrzczaszkowego i wtórne uszkodzenie mózgu. W tym celu stosują algorytmy przetwarzania sygnałów i obrazów oraz metody uczenia maszynowego.
Chcemy przewidywać wzrosty ciśnienia wewnątrzczaszkowego na podstawie monitorowanych biosygnałów i ich współzależności. Lekarz będzie mógł wtedy zainterweniować i rozpocząć terapię z wyprzedzeniem – wyjaśnia szefowa pracowni.
Naukowcy współpracują z lekarzami pracującymi na oddziałach: Anestezjologii i Intensywnej Terapii oraz Neurochirurgii w Uniwersyteckim Szpitalu Klinicznym im. Jana Mikulicza-Radeckiego we Wrocławiu. Badania mają pomóc lekarzom w ocenie stanu zdrowia pacjenta, doborze spersonalizowanej terapii, a w szczególności umożliwić predykcję niebezpiecznych dla pacjenta zdarzeń klinicznych. Dzięki obliczeniom naukowców z PWr będzie możliwe przewidzenie z wyprzedzeniem wzrostu ciśnienia wewnątrzczaszkowego, które może doprowadzić np. do niedokrwienia mózgu, a w końcowym etapie do śmierci pacjenta.
Jedną z metod jest wprowadzenie do ucha, w sposób bezinwazyjny, otoskopu laryngologicznego. Videoskop to laryngologiczna kamera, którą umieszczamy w uchu pacjenta przy pomocy specjalnego stelażu. Dzięki niej możemy rejestrować drgania błony bębenkowej, które są potencjalnie zsynchronizowane ze zmianami ciśnienia wewnątrzczaszkowego. Badania mają charakter pilotażowy i są prowadzone w ramach projektu badawczego OPUS dofinansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki. Idea jest taka, żeby z zapisu tych minidrgań wyciągnąć informacje o wzrostach ciśnienia wewnątrzczaszkowego – tłumaczy dr Agnieszka Uryga (na fot.).
Wyjaśnia, że ma to istotne znaczenie w przypadku pacjentów, którzy nie mają wskazań klinicznych do założenia czujnika wewnątrzczaszkowego. Dzięki zebraniu sygnałów z błony bębenkowej i ich przetworzeniu można będzie wyselekcjonować pacjentów zagrożonych możliwością pogorszenia się stanu zdrowia. Projekt wystartował w październiku tego roku i uczestniczy w nim już kilku pacjentów. Równolegle prowadzone są też badania nad tym, co dzieje się w mózgu pacjenta po ciężkim urazie czaszkowo-mózgowym.
Sprawdzam zależności pomiędzy autoregulacją mózgową a autonomicznym układem nerwowym u tych pacjentów – wyjaśnia dr Uryga.
Urazowe uszkodzenie mózgu dotyka co roku miliony osób na całym świecie. Pierwszy szczyt zachorowalności występuje u młodych dorosłych z powodu wypadków samochodowych, a kolejny u osób starszych z powodu upadków. Relacja pomiędzy upośledzeniem autonomicznego układu nerwowego a autoregulacją mózgową w kontekście wyników leczenia i predykcji śmiertelności pozostaje wciąż przedmiotem badań. Nowatorski charakter projektu polega nie tylko na fakcie, że niewiele jest wiadomo na temat zmian w zakresie współzależności tych mechanizmów, ale również nie przeprowadzono dotychczas analiz czy występuje dynamika dobowa interakcji tych mechanizmów i czy ma ona wpływ na wyniki leczenia. Swoje badania dr Uryga konsultuje ze światowej sławy naukowcami z Uniwersytetu w Cambridge i Uniwersytetu w Tuluzie.
Naukowcom z Wielkiej Brytanii udało się zgromadzić pokaźną bazę sygnałów i opracować innowacyjne algorytmy obliczeniowe, które zaimplementowali w unikatowym oprogramowaniu Intensive Care Monitor, stosowanym na oddziałach intensywnej terapii na całym świecie – tłumaczy dr Uryga, która wkrótce wyjedzie w ramach grantu MINIATURA do jednego z najlepszych ośrodków badawczych zajmujących się neuroinżynierią – Brain Physics Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge, kierowanego przez prof.Marka Czosnykę.
BrainLab jest częścią Laboratorium Zespołu Przetwarzania Sygnałów Biomedycznych w Katedrze Inżynierii Biomedycznej. Pracownia została powołana przez prof. Roberta Iskandera i dr hab. inż. Magdalenę Kasprowicz w 2013 roku. Tworzy ją zespół składający się ze specjalistów w dziedzinie inżynierii biomedycznej, których badania koncentrują się wokół oka i mózgu.
Iwona Szajner, źródło: PWr