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Nov 19, 2023

Für Hirnverletzungen, ein wachsendes Ökosystem diagnostischer Tools

Oben: Bei der Diagnose von Hirnverletzungen zählen oft Sekunden. Eine neue Flotte von

Oben: Bei der Diagnose von Hirnverletzungen zählen oft Sekunden. Eine neue Technologieflotte soll die Geschwindigkeit und Genauigkeit solcher Bewertungen verbessern. Visuell: iStock.com

Die Stimme des 911-Dispatchers knisterte über die Gegensprechanlage der Feuerwehr von Colorado Springs. Ein 73-jähriger Mann auf einer Gedächtnisstation in einem Pflegeheim war gestürzt und hätte sich möglicherweise eine Kopfverletzung zugezogen. Kurz darauf eilte Dr. Stein Bronsky, der medizinische Direktor, an Bord eines Feuerwehrautos zum Unfallort.

Bei seiner Ankunft fanden er und ein Rettungswagenteam den Mann aufrecht auf einem Stuhl in einem Gemeinschaftsraum sitzend. Sie erfuhren schnell, dass niemand Zeuge des Unfalls gewesen war und dass er Blutverdünner einnahm. Als die Sanitäter begannen, die Vitalfunktionen zu beurteilen und auf äußere Blutungen zu prüfen, stellte Bronsky den Infrascanner her, ein tragbares Gerät, das Nahinfrarotlicht verwendet, um Blutungen im Gehirn zu erkennen. Ungefähr zwei Minuten später – nach acht Messungen der rechten und linken Seite der frontalen, temporalen, parietalen und okzipitalen Bereiche des Kopfes des Mannes – war das Ergebnis positiv.

Vorsorglich wiederholte Bronsky den Test mit den gleichen Ergebnissen.

„Aufgrund dieser positiven Erkenntnisse und dem Wissen, dass bestimmte Krankenhäuser über neurochirurgische Kapazitäten verfügen und andere nicht, habe ich das Team angewiesen, den Patienten nicht in das nächstgelegene Krankenhaus, sondern in das nächstgelegene Krankenhaus zu bringen, in dem es einen Neurochirurgen gab“, erinnert er sich.

Diese Entscheidung machte den entscheidenden Unterschied, und Bronsky lobt diesen tragbaren Scanner, der es ihm ermöglichte, vor Ort eine fundierte und schnelle Entscheidung zu treffen. Ohne das Gerät, sagt Bronsky, wäre der Bewohner des Pflegeheims wahrscheinlich für eine CT-Untersuchung in das nächstgelegene Krankenhaus gebracht worden, und wenn das Ergebnis positiv ausgefallen wäre, hätte er in ein anderes Krankenhaus mit neurochirurgischen Fähigkeiten verlegt werden müssen – ein Prozess, der so ist zeitaufwändiger und teurer, und bei Kopfverletzungen, bei denen die Zeit bis zur Behandlung entscheidend sein kann, ist es für den Patienten riskanter.

In diesem Jahr bereitet die Feuerwehr von Colorado Springs eine Studie mit drei der Geräte vor, um festzustellen, ob Sanitäter das Gerät vollständig in ihre Triage-Routine integrieren werden.

Der Infrascanner, hergestellt vom aufstrebenden Unternehmen InfraScan, Inc. aus Philadelphia, erhielt 2011 die Zulassung der Food and Drug Administration und ist eine von mehreren neuen Technologien, die zur Beurteilung einer Vielzahl von Kopftraumata entwickelt wurden oder in der Entwicklung sind – viele davon zeitkritisch – von Gehirnerschütterungen und traumatischen Hirnverletzungen bis hin zu Schlaganfällen. Die Geräte richten sich an Medizintechniker und Ärzte, die auf dem Schlachtfeld, auf dem Sportplatz, in Krankenwagen und Operationssälen sowie an abgelegenen Orten arbeiten, wo kein einfacher Zugang zu großen und teuren Bildgebungsgeräten wie CT- und MRT-Scannern besteht.

High-Tech-Unternehmen liefern sich einen Wettlauf um die Entwicklung einer Reihe von Handheld-Geräten, Tests und anderen neuartigen Lösungen. Ahead 300 von BrainScope und BNA von ElMindA nutzen die Leistungsfähigkeit von Elektroenzephalogrammen (EEGs). Cerepress von Third Eye Diagnostics basiert auf dem Augendruck. Banyan Biomarkers und Grace Laboratories entwickeln Biomarker-Bluttests. Vom Militär entwickelte neuropsychologische Tests sind ebenfalls Teil des Mixes, zusätzlich zu den unmittelbaren Post-Concussion-Bewertungen und kognitiven Tests von ImPACT Applications und den computergestützten kognitiven Tests der DANA-Software von AnthroTronix.

Dieses aufkommende Ökosystem tragbarer Technologien hat das Potenzial, unser Verständnis darüber zu verbessern, wie man Kopftraumata behandelt und die Auswirkungen mildert. Die Handheld-Technologie gibt dem medizinischen Personal ein wichtiges Werkzeug für die Frühdiagnose von Schädel-Hirn-Trauma vor Ort an die Hand. Es kann bei Bedarf eine Operation beschleunigen, mehr Leben retten und neurologische Schäden verhindern. Trotz großer Fortschritte in der medizinischen Forschung ist kein Handgerät in der Lage, jede Art von Kopfverletzung genau zu diagnostizieren. Dennoch ist der Markt für solche Produkte sowohl in den USA als auch im Ausland riesig – insbesondere in ländlichen und abgelegenen Gemeinden, wo fortschrittliche Bildgebungstechnologie weiterhin außerhalb ihrer finanziellen und logistischen Reichweite liegt.

„Wenn Sie eine strukturelle Läsion in Ihrem Gehirn oder Blut in Ihrem Gehirn haben, befinden Sie sich sozusagen außerhalb des Bereichs der Gehirnerschütterung und im Bereich der traumatischen Hirnverletzung“, sagt Dr. Matthew Kirschen, behandelnder Arzt für Intensivmedizin am Kinderkrankenhaus Krankenhaus von Philadelphia. Bei einem mittelschweren bis schweren Schädel-Hirn-Trauma kann es schnell kompliziert werden. „Der Zeitrahmen, in dem man eingreifen muss, ist unterschiedlich“, sagt Kirschen, „aber der Zeitrahmen, um mit der Überwachung zu beginnen, ist so früh wie möglich.“

Nach Angaben der BBC wurde eine frühe Version des Infrascanners vor einem Jahrzehnt in Indien getestet und das Unternehmen gibt an, dass mittlerweile Hunderte der Geräte im Ausland im Einsatz seien. Letzten Monat gab die britische und irische Boxbehörde bekannt, dass der Infrascanner bei ihren professionellen Boxveranstaltungen am Ring sein wird und dass Streitkräfte in Deutschland, Israel, den Philippinen, Spanien und der Türkei ihn eingesetzt haben oder ihn für einen zukünftigen Einsatz prüfen.

Im Jahr 2015 begann die Wohltätigkeitsorganisation London Air Ambulance mit Versuchen, Patienten vor ihrer Ankunft im Krankenhaus mit dem Gerät zu untersuchen. Laut Infrascan wird es auch in Indien, Indonesien, Polen, Rumänien und Russland eingesetzt oder getestet.

Der Schädel unterscheidet sich von anderen Körperteilen dadurch, dass er ein starrer Kasten ist, der sich nicht ausdehnen kann. Während sich Blut im Gehirn ansammelt, gibt es vier Elemente im Schädel: Gehirngewebe, Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit, normales Blut in Blutgefäßen und „andere Dinge, die nicht dazugehören“, wie zum Beispiel ein sich schnell ausdehnendes Hämatom oder eine Blutung, erklärt Kirschen. Blut, das dort herumwirbelt, wo es nicht sein sollte, ist ein großer Reizstoff, der auch eine Schwellung des Gehirns verursacht. Wenn sich also die Blutung aufbaut, verdrängt sie andere Strukturen aus dem Weg, um Platz für sich selbst zu schaffen. Dadurch wird das Gehirngewebe komprimiert und der Patient beginnt, Symptome einer Funktionsstörung zu entwickeln. Warum? Denn der Hirnstamm sitzt in der Mitte des Gehirns und steuert wichtige Körperfunktionen wie Atmung und Herzfrequenz. Wenn dieser Bereich des Gehirns gequetscht wird und nicht mehr funktioniert, führt dies zum Tod des Patienten, sofern er nicht sofort ärztliche Hilfe erhält.

Jede Generation, von Kleinkindern und Teenagern bis hin zu jungen Erwachsenen und Senioren, ist dem Risiko einer Gehirnerschütterung und Schädel-Hirn-Trauma ausgesetzt. Von den Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten bis hin zum Militär erstellt jeder Statistiken, die zeigen, wie häufig diese Verletzungen auftreten. Der Film „Concussion“ warf ein Schlaglicht auf die NFL, doch die Gefahr einer Kopfverletzung ist für High-School- und College-Athleten ebenso real wie für Profisportler.

Nach Angaben des CDC ist Schädel-Hirn-Trauma für etwa ein Drittel aller verletzungsbedingten Todesfälle in den USA verantwortlich. Im Jahr 2010 verursachte Schädel-Hirn-Trauma etwa 2,5 Millionen Besuche in der Notaufnahme, Krankenhauseinweisungen oder Todesfälle und verursachte wirtschaftliche Kosten in Höhe von 76,5 Milliarden US-Dollar. Das CDC warnt außerdem davor, dass Schädel-Hirn-Trauma im Sport und in der Freizeit „ein großes Problem für die öffentliche Gesundheit in den Vereinigten Staaten“ geworden sei. Zwischen 2001 und 2009 ereigneten sich etwa 65 Prozent dieser Verletzungen bei Kindern und Jugendlichen im Alter von 19 Jahren oder jünger. Die meisten Schädel-Hirn-Trauma waren mit Verletzungen beim Radfahren, Fußball oder auf dem Spielplatz verbunden.

Beim Militär ereignen sich fast 80 Prozent aller Schädel-Hirn-Trauma-Fälle in den USA

„Die häufigste Ursache für Schädel-Hirn-Trauma ist nicht das, was man eigentlich vermuten würde – sie hat nichts mit Kampfhandlungen zu tun und ist sturzbedingt“, sagt Dr. Aaron Brodsky, ein klinischer Neuropsychologe, der als TBI-Berater beim Wounded Warrior Regiment des Marine Corps fungiert Basis Quantico. „Es sind Leute, die Treppen hinunterfallen, Leute, die über den Schnee stolpern, und das Eis im Winter.“

Der Löwenanteil – mehr als 290.000 – sind leichte SHT, die nach Angaben des Defence and Veterans Brain Injury Center zwischen 2000 und dem ersten Halbjahr 2016 mehr als 82 Prozent der Fälle ausmachten. Fast 32.000 (9 Prozent) sind mittelschwer, mehr als 5.000 (1,4 Prozent) sind penetrierende Fälle und fast 3.700 (1 Prozent) sind schwere Fälle.

Das Gehirn ist wie jedes biologische Gewebe durchlässig für elektromagnetische Strahlung. Dies ist die Grundlage für Röntgenstrahlen, CT-Scans und Nahinfrarot-Bildgebung (NIR).

Claudia Robertson, Professorin für Neurochirurgie am Baylor College of Medicine, arbeitete mit dem verstorbenen Dr. Britton Chance von der University of Pennsylvania zusammen, um Möglichkeiten zur Messung der Sauerstoffsättigung im Gehirn mithilfe von NIR zu erforschen. Das Duo untersuchte Patienten mit TBI und stellte fest, dass NIR gemischte Ergebnisse lieferte.

„Der gemeinsame Nenner bei den Patienten, bei denen die NIR nicht funktionierte, war das Vorhandensein von intrakraniellem Blut“, sagt sie. „Das brachte uns auf die Idee, das Vorhandensein von Blut mithilfe von NIR zu identifizieren.“

In einer 2010 für die FDA-Zulassung des Infrascanners durchgeführten Studie beschrieb Robertson, der keine finanziellen Verbindungen zu InfraScan hat, wie NIR intrakranielle Hämatome hervorhebt: Es gibt einen dramatischen Unterschied in der Art und Weise, wie extravaskuläres Blut – Blut außerhalb der Gefäße – Nahinfrarotlicht absorbiert zu intravaskulärem Blut. Im Falle eines akuten Hämatoms weist extravaskuläres Blut typischerweise eine zehnmal höhere Hämoglobinkonzentration auf als „Gehirngewebe, in dem Blut in Gefäßen enthalten ist“.

Ihre Studie an 365 Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma ergab, dass der Infrascanner eine Sensitivität von 88 Prozent und eine Spezifität von 90,7 Prozent bei der Erkennung intrakranieller Hämatome aufwies.

„Wir kamen zu dem Schluss, dass der Infrascanner beim Screening von Patienten mit traumatischer Hirnverletzung nützlich sein würde, um diejenigen Patienten zu identifizieren, bei denen ein hohes Risiko für ein intrakranielles Hämatom besteht und die möglicherweise operiert werden müssen“, sagt sie. „Natürlich kann es nicht die Notwendigkeit eines CT-Scans ersetzen, der der Standardtest zur Beurteilung einer traumatischen Hirnverletzung ist.“

Der Infrascanner ähnelt einem übergroßen Smartphone mit kleinem Bildschirm und einigen Hightech-Funktionen direkt aus „Star Trek“.

Visuell: InfraScan

Der Infrascanner ähnelt einem übergroßen Smartphone mit kleinem Bildschirm und einigen Hightech-Funktionen direkt aus „Star Trek“. Stellen Sie sich vor, Sie wären ein Patient in der Krankenstation der Enterprise, während Dr. McCoy den Scanner an verschiedenen Stellen Ihres Kopfes platziert, um Hämatome zu messen, die ein Volumen von mehr als 3,5 Millilitern haben und bis zu 2,5 Zentimeter tief unter der Gehirnoberfläche liegen. Auf Knopfdruck erzeugt es mithilfe eines Lasers das Licht und es gibt einen Detektor mit einem optischen Filter darauf, der das durch den Schädel gestreute Nahinfrarotlicht einfängt. Um das Gerät einzuschalten, wird ein Einweg-Glasfaserschutzschild mit dem Gerät verbunden. Die faseroptischen Filamente erfüllen einen anderen Zweck: Sie werden wie eine Bürste verwendet, um Haare zur Seite zu schieben, sodass Messungen direkt auf der Kopfhaut durchgeführt werden können, ohne dass der Patient rasiert werden muss.

Der Unterschied in der Lichtabsorption zwischen der linken und rechten Gehirnhälfte bestimmt, ob eine Blutung vorliegt. Die Technologie erfordert die dreimalige Messung desselben Paares – der linken und rechten Seite der frontalen, temporalen, parietalen und okzipitalen Bereiche des Gehirns –, bevor ein Hämatom bestätigt wird. Sobald ein Scan abgeschlossen ist, zeigt das Display eine Darstellung des Schädels und einen roten Punkt (positiv für ein Hämatom) oder einen grünen Punkt (normal). Die Größe des Punktes (klein, mittel, groß) gibt den Schweregrad der Blutung an.

Der Infrascanner wurde mit einer einfachen Schnittstelle entwickelt, damit Sanitäter ihn in Stresssituationen verwenden können.

„Es ist wie ein Thermometer. Man misst einfach die Temperatur“, sagt Baruch Ben Dor, CEO von InfraScan. „Hier messen wir nur, ob jemand eine Blutung hat.“

Das Gerät erkennt keine tiefen Hirnblutungen. „Die Tatsache, dass wir nur einen Zentimeter in das Gehirn sehen können, reicht also immer noch aus, um die überwiegende Mehrheit der Blutungen zu erkennen, die bei einem Kopftrauma auftreten“, sagt er. Falsch positive Ergebnisse sind möglich. Es verfügt jedoch über ein integriertes Protokoll, mit dem Benutzer eine Blutung überprüfen können.

Einige Funktionen, darunter ein dimmbarer Bildschirm und die Möglichkeit, ihn mit Einwegbatterien zu betreiben, wurden nach militärischen Anforderungen entwickelt. Der Infrascanner wurde teilweise vom Office of Naval Research und dem US Marine Corps finanziert. Das Gerät wurde 2008 in Falludscha, Irak, vor Ort getestet. Das Marine Corps hat seitdem mehr als 170 Infrascanner-Modelle 2000 in seiner Standard-Traumaausrüstung für Bataillonshilfestationen eingesetzt.

Die Marines haben InfraScan um die Möglichkeit gebeten, mit dem Gerät eine nicht-invasive intrakranielle Drucküberwachung durchzuführen und ein Screening-Tool zu integrieren, einen neuropsychologischen Test namens Military Acute Concussion Evaluation (MACE). SHT kann zu einer Schwellung des Gehirns führen, was zu einem gefährlichen Druckanstieg führt. Derzeit gibt es keine einfache Möglichkeit, den Hirndruck im Feld, bei medizinischen Evakuierungen oder sogar im Operationssaal zu messen. Laut Ben Dor entwickelt InfraScan ein neues System namens „Multifunktions-Infrascanner-Hirnverletzungsmonitor“, das eine nicht-invasive Methode zur Messung des Hirndrucks umfassen wird. Er sagt, dass MACE als zukünftiges Software-Upgrade zum Infrascanner-Modell 2000 hinzugefügt wird.

Das Verteidigungsministerium verlangt von Militärangehörigen, dass sie sich vor dem Einsatz einem grundlegenden neuropsychologischen Test unterziehen. Zusätzlich zu MACE wurden eine Reihe anderer Tests entwickelt, darunter ImPACT von ImPACT Applications, das über eine FDA-Zulassung verfügt, die Automated Neuropsychological Assessment Metrics (ANAM) und die DANA-Software von AnthroTronix.

Dr. Brodsky vom Wounded Warrior Regiment sagt, Tests sowohl vor als auch nach dem Einsatz seien von entscheidender Bedeutung, da viele Soldaten keine Verletzungen melden.

„Für mich als Neuropsychologe ist es schwer genug, vorherzusagen, wo sich eine Person befinden sollte, wenn ich Tests an ihr durchführe. Aber wenn ich tatsächlich eine Vor- und Nachmessung habe, dann ist das Gold“, sagt er.

Gehirnerschütterungen kommen bei Kindern recht häufig vor. Wenn es um die Beurteilung von Kindern mit Kopftrauma – sei es durch eine Sportverletzung oder einen Sturz – geht, hilft Dr. Joseph Maroon, Team-Neurochirurg der Pittsburgh Steelers und medizinischer Direktor der WWE sowie Professor für klinische Neurochirurgie an der University of Laut dem Pittsburgh Medical Center werden CAT-Scans in Notaufnahmen häufig überstrapaziert.

„Die Sorge besteht darin, ob möglicherweise ein intrakranielles Hämatom vorliegt oder nicht. Bei der überwiegenden Mehrheit ist dies nicht der Fall, aber um hundertprozentig sicher zu sein, machen sie einen CAT-Scan“, erklärt er. „Aber mit dem Infrascanner und mit einer guten Vorgeschichte sowie körperlichen und intelligenten Eltern, die das Kind beobachten können, sind CAT-Scans nicht so oft nötig, wie sie verwendet werden.“

Viele Ärzte sind nach wie vor besorgt über die Strahlenbelastung durch CAT-Scans.

Dr. Robertson vom Baylor College of Medicine stellt in einem aktuellen Artikel fest: „Es wird angenommen, dass NIRS bei Kindern wirksamer ist, da Kinder eine dünnere Kopfhaut und einen dünneren Schädel haben, sodass das NIRS-Signal weniger Rauschen aufweist. Darüber hinaus kann die NIRS-Überwachung möglicherweise wirksamer sein.“ Besonders Kindern kommt es zugute, da sie auf serielle CT-Bildgebung zur Überwachung intrakranieller Blutungen verzichten können und so ihre Gesamtstrahlenbelastung in einem gefährdeten Alter verringern.“

Dr. John Oldershaw, Leiter der Bildgebungsdienste beim Pittsburgh Veterans Affairs Healthcare System, sagt: „Ein einzelner CT-Scan des Kopfes entspricht 400 oralen Röntgenaufnahmen oder 100 Einzelaufnahme-Röntgenaufnahmen des Brustkorbs.“

Dies ist einer der Gründe dafür, dass die Pittsburgh VA den Infrascanner, der keine Strahlung aussendet, einsetzt, um bei der Triage von wenig verdächtigen, älteren Patienten zu helfen: „Der Hauptnutzen sind Patienten, bei denen sich der Geisteszustand verändert hat, oder Patienten, die Stürze erlitten haben, die beides sind.“ beobachtet oder unbezeugt“, sagt Oldershaw.

Das Krankenhaus – das einzige im VA-System, das den Infrascanner nutzt – hat sechs Infrascanner gekauft und zwei davon sind in seinem Satelliten-Pflegeheim für Veteranen im Einsatz.

Oldershaw sagt, ein Bereich, der Anlass zur Sorge gibt, sind ältere Patienten mit Schlaganfall in der Vorgeschichte, die an Enzephalomalazie leiden – einer Erkrankung, bei der das Gehirn in bestimmten Bereichen verkümmert sein kann, was zu einer Asymmetrie führt. Dies kann bei einer Blutung Alarm auslösen, da der Infrascanner bei der Messung auf Symmetrie achtet. Ansonsten sagt er, er sei mit den Ergebnissen sehr zufrieden: Er habe die Führung der VA in Washington, D.C. auf die Technologie aufmerksam gemacht, um zu prüfen, ob sie landesweit in VA-Krankenhäusern integriert werden könne.

Verletzungen von Profifußballspielern haben dazu beigetragen, den Markt für neue Diagnosetools voranzutreiben. Hier wird das BrainScope in einem Nachrichtenbericht zu diesem Thema vorgestellt.

Boxen und Mixed Martial Arts sind zwei Sportarten, die laut Dr. Maroon besonders von einem tragbaren Gerät am Ring zur Beurteilung von Kopfverletzungen profitieren würden.

„Dies sind Orte, an denen das ultimative Ziel darin besteht, Hirnschäden entweder durch eine Gehirnerschütterung oder durch Hypoxie zu verursachen, sodass das Auftreten von Blutgerinnseln und Hirnschäden an diesen bestimmten Orten deutlich sichtbar ist“, erklärt er.

Maroon sagt, er habe den Infrascanner sowohl bei professionellen Sportveranstaltungen als auch bei Arztbesuchen verwendet, um nach intrakraniellen Hämatomen zu suchen: „Anstatt einen CAT-Scan durchführen zu lassen, werde ich das tun, wenn die Symptome nicht auf ein schwerwiegenderes Problem hinweisen.“

Insgesamt sagt er, dass die Empfindlichkeit des Infrascanners – seine Fähigkeit, „einen Teelöffel Blut aufzunehmen“ – ein weiteres Werkzeug für Ärzte darstellt, das sie im Rahmen der TBI-Beurteilung verwenden können, die einen Basistest, eine Krankengeschichte sowie eine körperliche und neurologische Untersuchung umfasst.

Das UCLA BrainSPORT-Programm ist Teil des NCAA-Department of Defense CARE Consortium – einer dreijährigen, 30 Millionen US-Dollar teuren Initiative zur Untersuchung sportbedingter Gehirnerschütterungen.

Dr. Chris Giza, Direktor von BrainSPORT und Professor für pädiatrische Neurologie und Neurochirurgie, erforscht eine Vielzahl von Technologien zur Erkennung von Gehirnerschütterungen, darunter Beschleunigungssensoren mit und ohne Helm, Überwachung des Gehirnblutflusses und Gleichgewichtssensoren. Er sagt, die UCLA habe ihre Beschleunigungsforschung auf einen Ohrhörersensor und das helmbasierte System namens Head Impact Telemetry System konzentriert, das die Kraft und Richtung des Aufpralls auf den Helm misst, um die auf Kopf und Gehirn ausgeübte Kraft zu messen.

In diesem Jahr bereitet sich Gizeh auf eine vom NIH finanzierte Studie vor, um die Gehirndurchblutung bei Patienten mit Gehirnerschütterungen zu untersuchen. Die Studie wird den tragbaren transkraniellen Doppler von Neural Analytics verwenden, der wie ein Ultraschall für den Blutfluss ist, und ihn mit dem Goldstandard vergleichen – einer MRT-Messung für den Blutfluss, die als arterielles Spin-Labeling bezeichnet wird, sagt er.

Zwei Unternehmen haben außerdem tragbare Technologien zur Diagnose von Kopfverletzungen mithilfe eines EEG entwickelt, das elektrische Impulse im Gehirn aufnimmt, indem Elektroden an der Kopfhaut des Patienten angebracht werden.

ElMindA, ein in Israel ansässiges Datenwissenschaftsunternehmen, hat eine von der FDA zugelassene Cloud-Software namens BNA entwickelt, die für Brain Network Activation Mapping steht. BNA misst EEG-Daten nach einer Gehirnerschütterung, um Veränderungen in der elektrischen Funktion im Gehirn festzustellen. „Unser Ziel ist es, neuronale Netzwerke, das neuronale Feuern im Gehirn, zu messen“, erklärt CEO Ronen Gadot. BNA wird zusammen mit einer Vielzahl von EEG-Hardware verwendet, darunter dem Sensor Net von Electrical Geodesic, das wie ein High-Tech-Haarnetz aussieht, das mit Dutzenden von Elektroden gefüllt ist, die die Gehirnaktivität aufzeichnen.

Das Ahead 300 von BrainScope ist ein Einweg-Elektroden-Headset, das EEG-Messungen zur Beurteilung leichter TBI oder Gehirnerschütterungen verwendet. Laut einer Pressemitteilung vom September 2016 wurde es auch von der FDA zugelassen und gemeinsam mit dem Verteidigungsministerium entwickelt. Michael Singer, der CEO des Unternehmens, antwortete nicht auf wiederholte Interviewanfragen von Undark.

Während Dr. Giza darin sieht, dass einige der neuen Technologien, die strengen Tests unterzogen werden, vielversprechend sind, äußert er einen warnenden Hinweis zu Technologien, die schnell an die Verbraucher weitergegeben werden. Er sagt, dass es viele „Aufprallsensoren gibt, die keinen Validierungsprozess durchlaufen oder nur eine interne Validierung im Unternehmen durchlaufen und dann direkt an Eltern oder Schulen vermarktet werden.“

Unser Blut hat eine Geschichte zu erzählen. Wenn jemand Prostatakrebs hat oder einen Herzinfarkt oder ein Schädel-Hirn-Trauma erleidet, erscheinen Biomarker. Die Entschlüsselung der Nachricht – und zwar mit einem tragbaren Handtest, der in wenigen Minuten durchgeführt werden kann – ist heute ein Schwerpunkt der TBI-Biomarkerforschung.

Der weltweite Markt für einen tragbaren Biomarker-Test für milde TBI beläuft sich auf etwa 6 bis 9 Milliarden US-Dollar – dreimal so groß wie der Markt für einen tragbaren Schlaganfalltest, sagt Robert Rhinehart, leitendes Mitglied von Grace Laboratories. Grace Laboratories, ein Akronym für Glutamatrezeptor und gewöhnliche Epilepsie, wurde gegründet, um die Forschung der Gründerin und Chefneurowissenschaftlerin des Labors, Svetlana Dambinova, zu kommerzialisieren.

„Wir sind dabei, einen fünfminütigen Nebentest zu entwickeln, bei dem Sie einen Tropfen Vollblut auf einen Streifen geben und in etwa fünf Minuten mit Ihrem iPhone ein Foto davon machen oder es in ein Lesegerät stecken können, und wir können.“ „Stellen Sie fest, ob jemand eine sehr leichte Gehirnerschütterung erlitten hat“, sagt Rhinehart.

Dambinova, die Neurotoxizitäts-Biomarker und ihre Relevanz für zerebrale Ischämie, Epilepsie, Drogenmissbrauch und TBI erforscht, sagt: „Ein Kopfaufprall führt dazu, dass Glutamatrezeptorpeptide innerhalb von Stunden bis Tagen nach dem Aufprall kontinuierlich durch die beeinträchtigte Blut-Hirn-Schranke in den Blutkreislauf freigesetzt werden.“

Das Gerät von BrainScope ist ein Einweg-Elektroden-Headset, das EEG-Messungen zur Beurteilung leichter Hirnverletzungen oder Gehirnerschütterungen verwendet. Hier wird die Einheit in einem lokalen Nachrichtensegment vorgestellt.

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Grace Laboratories hat zusammen mit ihrem russischen Partner Skolkovo Biomed und seinem Forschungsunternehmen DRD Biotech die Arbeit an einem Prototyp eines Handtests für einen Schlaganfall abgeschlossen.

Unterdessen arbeitet auch Banyan Biomarkers intensiv an der Entwicklung eines Bluttests.

„Jedes Organ außer dem Gehirn muss einem einfachen Bluttest unterzogen werden“, sagt Ronald Hayes, Mitbegründer und wissenschaftlicher Leiter von Banyan. „Es ist also eine Möglichkeit, organisch zu beurteilen, ob eine Verletzung vorliegt oder nicht.“

Banyans Biomarker-Forschung konzentriert sich auf die C-terminale Hydrolase L1 (UCHL1) von Ubiquitin, die in Gehirnneuronen vorkommt, und das fibrilläre saure Glia-Protein (GFAP), das in Astrozyten, spezialisierten Gliazellen im Zentralnervensystem, vorkommt. Das Unternehmen hat seine Biomarker-Forschung an eine Reihe von Medizingeräteherstellern lizenziert, darunter Abbott, Philips und Quanterix, um einen Handtest für TBI zu entwickeln.

Leider gibt es keine einfache Möglichkeit, den Hirndruck zu messen. Ein gefährlicher Druckanstieg kann aufgrund einer Gehirnschwellung aufgrund von Schädel-Hirn-Trauma oder Hydrozephalus auftreten. Derzeit überwachen Ärzte dies, indem sie ein Loch in den Schädel bohren und einen Sensor in den Schädel einführen. Das Verfahren ist nicht ohne Infektions- und Blutungsrisiken.

Third Eye Diagnostics hat einen Prototyp für ein handgehaltenes, nicht-invasives Gerät namens Cerepress entwickelt, um den intrakraniellen Druck durch Messung des Drucks in der zentralen Netzhautvene des Auges zu messen. In unseren Augen verläuft der Sehnerv durch die zentrale Netzhautvene. Unter Druck stehende Liquor cerebrospinalis, die das Gehirn umgibt, umgibt auch den Sehnerv.

So funktioniert Cerepress: Ein betäubender Tropfen wird in das Auge des Patienten gegeben und der Patient drückt seine Stirn und Wange in das Gerät. Nach der Ausrichtung erhöht Cerepress den Druck im Auge für einige Augenblicke sanft, bis die zentrale Netzhautvene kollabiert und sich wieder mit Blut füllt. Gleichzeitig erfasst Cerepress kontinuierlich den Augeninnendruck und Bilder der Netzhaut. In dem Moment, in dem die Vene kollabiert, korreliert der Druck direkt mit dem Hirndruck. Der gesamte Vorgang dauert etwa 15 Sekunden. Das Unternehmen gibt an, dass Cerepress weder die zentrale Netzhautvene noch das Auge schädigt: Die Kraft, die es ausübt, ist geringer als der Druck, der beim Reiben des Auges ausgeübt wird.

CEO Terry Fuller sagt, dass das Gerät genau wie eine Blutdruckmanschette funktioniert: „Anstatt eine Blutdruckmanschette zu verwenden und auf Geräusche zu achten, üben wir sanften Druck auf das Auge selbst aus und schauen auf die Vene, die in das Auge eintritt.“

Third Eye hofft, Anfang 2017 mit Branchenstudien sowohl an der Johns Hopkins University als auch an der University of Pennsylvania beginnen zu können.

Dr. Joshua Levine, Co-Direktor der Neurocritical Care Unit und außerordentlicher Professor für Neurologie an der University of Pennsylvania, prüft die Machbarkeit der Untersuchung des Cerepress und ist bereits an einer Industriestudie zum Infrascanner beteiligt, die vor etwa einem Jahr begonnen hat vor. Er und sein Team untersuchen die Fähigkeit des Infrascanners, die Ausbreitung von Blutungen bei Menschen zu erkennen, die aufgrund spontaner hämorrhagischer Schlaganfälle oder traumatischer Blutungen auf die Intensivstation eingeliefert werden. Die Diagnose der Patienten in der Studie wurde bereits durch einen CT-Scan bestätigt, bevor der Infrascanner zur Beurteilung ihrer Blutung eingesetzt wird.

„Bei etwa einem Drittel der Menschen, die entweder eine spontane oder eine traumatische Blutung haben, kommt es in der Regel in den ersten 24 Stunden nach der Blutung zu einem deutlichen Blutungswachstum“, sagt Levine. „Deshalb besteht ein Teil des ultimativen Ziels dieser Studie darin, herauszufinden, ob dieses Gerät eine Vergrößerung oder ein Wachstum der Blutung genau erkennen kann.“

Da die Forschung zu tragbaren Geräten immer weiter zunimmt, besteht ein gemeinsames Interesse daran, die frühe TBI-Diagnose auf dem Sportplatz, auf dem Schlachtfeld oder am Unfallort zu verbessern. Dr. Bronsky von der Feuerwehr Colorado Springs fasst diese Meinung zusammen: „Jeder Patient, den wir vor Ort genau beurteilen können und der möglicherweise nicht zur Untersuchung in die Notaufnahme gebracht werden muss, ist für alle von Vorteil.“

Joshua Brockman ist ein Autor und Multimedia-Journalist, dessen Geschichten über Wirtschaft, Technologie und Kunst neben vielen anderen nationalen Publikationen und Rundfunkanstalten von NPR, der New York Times und Smithsonian veröffentlicht wurden. Seine Website ist www.kayaknews.com.