Kamera sinyalleri derin dokudaki kan akışını izlemeye açılıyor

Işıkla kan akışı ölçmek, özellikle alında, göründüğünden zor bir iş. Dedektöre ulaşan sinyal hem kafa derisindeki dolaşımdan hem de daha derindeki dokulardan gelen bilgiyi karıştırıyor. Polonya Bilimler Akademisi bünyesindeki araştırmacılar, bu karışıklığı azaltmak için iki yöntemi birleştiren melez bir sistem geliştirdi. Çalışma Scientific Reports dergisinde yayımlandı.

İki yöntemin güçlü ve zayıf yanları

Girişimölçer temelli yakın kızılötesi spektroskopi (iNIRS), ışığın dokuda ne kadar sürede yol aldığına göre sinyalleri ayırabiliyor. Ancak bu yöntem yalnızca az sayıda foton topluyor. Kamera tabanlı sistemler ise çok daha fazla foton yakalıyor, fakat canlı doku hızla değiştiğinde ışığın varış süresine dayalı bu ayrım gerçekleştirilemiyor.

ICTER ile bağlantılı ekip, iki yaklaşımı tek sistemde buluşturdu. Doğru analiz edilen kamera sinyalinin, derin dokulara daha duyarlı olan geç gelen fotonlar için iNIRS ile görülen kan akışı yanıtını yeniden üretebildiği gösterildi. Çalışmayı Marcin Marzejon ve PICO grubunun lideri Dawid Borycki yürüttü.

Yöntem nasıl çalışıyor?

Sistemde yaklaşık 780 nm dalga boyunda, yakın kızılötesi aralıkta bir lazer kullanıldı. Doku içinde defalarca saçılan ışık, dedektörde parlak ve karanlık noktalardan oluşan benekli bir desen oluşturuyor. Bu desene “speckle” deniyor. Kırmızı kan hücrelerinin hareketi deseni değiştiriyor. Değişimin hızı analiz edilince, dokudaki dolaşımın dinamiğini yansıtan bir kan akışı indeksi hesaplanabiliyor.

Işığın uçuş süresi ise başka tür bir bilgi sunuyor. Dedektöre geç ulaşan fotonlar çoğunlukla daha uzun yollar katetmiş oluyor ve sinyalleri derin dokulardan daha fazla pay taşıyor. Farklı uçuş sürelerine sahip foton grupları seçilerek ölçümün derinlik duyarlılığı değiştirilebiliyor. Yine de her grup hem yüzeysel hem derin bölgelerden geçen ışık içeriyor. Borycki’ye göre uçuş süresi, derin dokulardan daha fazla katkı taşıyan ışığı seçmeye yarıyor; bu bilgi kan hücrelerinin hareketinden doğan değişimlerle birleşince yüzeysel dolaşım ile derindeki kan akışı daha iyi ayırt edilebiliyor.

Kol ve alın deneyleri

Gösterim, yaşları 33 ve 43 olan iki sağlıklı erkek gönüllüyle yapıldı. Işık dokuya optik fiberlerle iletildi ve toplandı; fiberler arasında 1 cm mesafe vardı. Kol deneyinde üç durum karşılaştırıldı: tansiyon manşonu şişirilmeden önce, kan girişi engellenirken ve basınç bırakıldıktan sonra. Her kayıt bir saniye sürdü.

Manşon şişirilince ışık desenindeki değişimler belirgin biçimde yavaşladı; bu, kan hücrelerinin hareketinin azaldığına işaret ediyordu. Basınç bırakılınca değişimler hızlandı. Bu durum, kanın bir süre engellenmesinin ardından dolaşımın geçici olarak artması olan reaktif hiperemiye benzetiliyor. Geç gelen foton grupları, basıncın bırakılmasından sonra erken gelenlere göre daha büyük yanıt verdi. Bu da derin dokulardaki kan akışına daha yüksek duyarlılıkla uyumlu.

Alın deneyinde elastik bir bant kullanıldı. Bandın sıkılması kafa derisindeki kan akışını kısıtladı. Kafatasının sert yapısı nedeniyle, içerideki dolaşımın büyük ölçüde değişmemesi bekleniyordu. Makaledeki görsel açıklamasına göre geç gelen ışık, bant sıkılırken daha zayıf bir yanıt gösterdi. Bu, söz konusu ışığa derin dokuların katkısının daha büyük olduğunu düşündürüyor.

Neden önemli?

Beyin dolaşımını dışarıdan, cerrahi girişim olmadan izleyebilmek tıpta uzun süredir aranan bir hedef. Optik yöntemler taşınabilir olmaları ve kullanıcıya zarar vermemeleri nedeniyle cazip. Ama kafa derisinin gürültüsü, ölçülen değişimin gerçekten beyin kaynaklı olup olmadığını belirsiz kılıyor. Uçuş süresiyle çözümleme bu belirsizliği azaltmaya yönelik bir adım.

Bu çalışma, gelişmiş bir yöntemin getirdiği ayrıştırma gücünü kameraların sunduğu yüksek foton toplama kapasitesiyle birleştirme olasılığını gösteriyor. Yine de bulgular yalnızca iki sağlıklı gönüllüyle yapılan bir gösterime dayanıyor. Yöntemin klinik ortamlarda ya da farklı kişi gruplarında nasıl davranacağı bu çalışmayla yanıtlanmış değil. Her foton grubu hâlâ hem yüzeysel hem derin yollardan ışık taşıdığı için, ayrım tam değil, göreceli bir iyileşme sunuyor.