Распределение участников по уровню меланина показано на панели (a). Индекс меланина измеряется с помощью DSM−III. Панель (b) показывает размещение оптода на лбу. Источник: Journal of Biomedical Optics (2024). DOI: 10.1117/1.JBO.29.S3.S33310
Получение точных клинических измерений необходимо для диагностики и лечения широкого спектра заболеваний. К сожалению, влияние типа кожи и пигментации не учитывается в равной степени при проектировании и калибровке неинвазивных медицинских технологий мониторинга кислорода.
Недавнее исследование Университета Карнеги-Меллона изучало влияние меланина на ближнюю инфракрасную спектроскопию (NIRS), оптический инструмент, который использует взаимодействие света и ткани для измерения изменений концентрации гемоглобина и оксигенации. Его результаты подчеркивают важность поддержки корректировок в устройствах для получения световых изображений, таких как NIRS, для обеспечения точных и всеобъемлющих результатов для пациентов со всеми типами кожи.
Опасения по поводу эффективности клинических измерений оксигенации для цветных людей восходят к 1990-м годам. Этот вопрос привлек больше внимания во время COVID-19, когда пульсоксиметры, которые имеют схожий принцип, но отличную от NIRS функцию, не смогли обеспечить точные показания для людей с более темной пигментацией кожи во всем мире. В частности, меланин может снижать интенсивность света, светочувствительность и отношение сигнал/шум, что приводит к изменчивости клинических измерений.
«Если необходимое количество кислорода не доставляется в ткани из кровотока, это может привести к различным видам телесных повреждений или повреждению тканей», — объяснила Соссена Вуд, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете Карнеги-Меллона.
«Возможность правильно диагностировать пациента, особенно в случае тона кожи и других физиологических различий, имеет решающее значение. Показания NIRS и других диагностических инструментов влияют на то, как медицинские специалисты применяют различные доступные вмешательства, и это может означать разницу между незначительными или более инвазивными курсами действий. Правильное выполнение важно для каждого».
Недавнее исследование, опубликованное в специальном выпуске журнала Journal of Biomedical Optics «Пульсоксиметрия: 50 лет изобретений и открытий в области биомедицинской оптики», использовало лобный зонд NIRS для измерения изменений гемоглобина и оксигенации тканей у 35 здоровых участников с различным уровнем меланина.
Представляя первое значимое статистическое измерение такого рода, исследователи изучили корреляцию между концентрацией меланина, определенной с помощью колориметра, и несколькими ключевыми метриками из сигнала NIRS, включая отношение сигнал/шум. Они обнаружили, что у здоровых людей меланин значительно влияет на отношение сигнал/шум и измеренное артериальное насыщение кислородом в каждом канале.
Соссена Вуд из CMU Biomedical Engineering использует МРТ, ЭЭГ и ближнюю инфракрасную спектроскопию, чтобы понять, как сосудистые заболевания влияют на мозг, и разрабатывает процессы, которые подходят для густых и вьющихся волос и темных тонов кожи. Источник: Инженерный колледж Карнеги-Меллона
«Раса или этническая принадлежность не являются достаточной категоризацией, с помощью которой можно проводить эти клинические измерения оксигенации», — подчеркнул Вуд.
«Многие из используемых сегодня устройств были разработаны или откалиброваны для пациентов с более светлой кожей. Мы доказали, что необходимо включение колориметра, устройства, которое может выполнять объективные и точные измерения на основе различных категорий меланина. Оттуда мы можем работать над созданием лучшего оборудования, мы можем работать над улучшением сопутствующих алгоритмов, чтобы истинная оценка была доступна каждому».
В качестве следующего шага группа планирует расширить свои исследования на нездоровых пациентов, сталкивающихся с острыми респираторными проблемами, используя пульсоксиметры в партнерстве с Carnegie Mellon Africa. Они также заинтересованы в изучении факторов волос у пациентов с различными уровнями текстуры волос с использованием электроэнцефалографии (ЭЭГ) и технологии NIRS.
Более глубокое понимание влияния текстуры волос и меланина на кожу головы на такие клинические показатели, как насыщение кислородом и изменения гемоглобина, может улучшить сигналы для областей мозга, участвующих в двигательных, зрительных, воспринимающих и слуховых задачах, доступ к которым часто осуществляется через множество волос.
«В конечном итоге я надеюсь, что мы сможем усовершенствовать технологию», — сказал Вуд. «Часто существует пирамидальный порядок, когда речь идет о том, кто имеет доступ к эффективным медицинским технологиям, и мы хотим перевернуть сценарий. У меня были члены семьи, на которых повлияло то, что эти устройства не работали так, как должны, и проблемы в системе здравоохранения, и я увлечен поиском лучших решений. Люди, которые больше всего в этом нуждаются, не должны оставаться в стороне от разговора».
Дополнительная информация: Шидхарто Рой и др., Исследование воздействия и влияния меланина на измерения спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне частот, Журнал биомедицинской оптики (2024). DOI: 10.1117/1.JBO.29.S3.S33310
Информация о журнале: Журнал биомедицинской оптики Предоставлено Университетом Карнеги-Меллона, кафедрой биомедицинской инженерии
