Non- invasiivi kallonsisäisen paineen mittaustekniikka

http://www.nasa.gov/content/it-s-all-in-your-head-nasa-investigates-techniques-for-measuring-intracranial-pressure/#.UrhxlPt1asw

• NASA tutkii  tekniikoita, millä voisi mitata kallonsisäistä painetta.

It’s All in Your Head: NASA Investigates Techniques for Measuring Intracranial Pressure

Dec. 17, 2013

•  Oletko koskaan koettanut seistä ylösalaisin päälläsi?  Muutaman minuutin kuluttua kasvoissasi ja kautta pääsi saataisi olla paineen tunnetta.Tämä johtuu siitä, että päällä seisten verenkierto joutuu tilavuudeltaan käänteiseen tilanteeseen ja  tuottaa  nyt pääpuoleen  enemmän verta.
  

Do you ever turn your world upside down by standing on your head? After a few minutes you might feel some pressure in your face and around your skull. This is because headstands invert the body’s blood flow, pushing more blood toward your head.

•  Astronautit  ollessaan mikrogravitaatiossa kokevat jotain vastaavaa. Jos painovoima( gravitaatio)  puuttuu eikä se ole työntämässä kehon nesteitä jalkopäähän päin, nesteet alkavat  liikkua kohti kehon yläosaa. 

Astronauts in microgravity experience something similar. Without gravity pulling body fluids down toward their legs and feet, the fluids move toward the upper body.

•  Tiedemiehet arvelevät, että sellainen tilanne aiheuttaa  nesteen tungosta päähän ja aivopaineen nousua, mitä sanotaan kallonsisäiseksi eli intrakraniaaliseksi paineeksi. Sellainen saattaa sumentaa näkökykyä joillain  miehistön jäsenillä. Paine ja siihen liittyvät näkökyvyn muutokset voivat aiheuttaa  VIIP oireyhtymää, Visual Impairment/Intracranial pressure syndrome, Näköhäiriön/kallonsisäisen paineennousun  oireyhtymää  Tämä onkin yksi  ihmisten  avaruuslentojen pahimmista riskeistä.

Scientists believe this causes fluid congestion in the head and increased pressure in the brain, known as intracranial pressure, which may be causing vision impairment in some crew members. The pressure and associated vision changes can cause what is known as “Visual Impairment/Intracranial Pressure” (VIIP syndrome), and it is one of NASA’s top human spaceflight risks.

•  NASAN  tieteellisen ihmistutkimuksen ohjelma  on  rahoittanut  tiedemiesten  ponnistelut  VIIP- oireyhtymän monitoroimiseksi, käsittämiseksi ja estämiseksi ja tässä työssä on tutkittu useita  non-invasiivisia menetelmiä, jotka voisivat mitata kallonsisäisen paineen korvasta, silmästä ja päästä- tekniikoita, jotka  ovat edistyneen  avaruuslääketieteen ja  maapallon lääketieteen huipputasoa.
•  http://en.wikipedia.org/wiki/Non-invasive_intracranial_pressure_measurement_methods#

Researchers funded through NASA’s Human Research Program are working to monitor, understand and prevent VIIP by investigating several non-invasive methods for measuring intracranial pressure through the ear, eye and head — techniques that are on the cutting edge of advanced space- and Earth-based medicine. Their work could have significant implications for both our astronauts in space and people on Earth, turning the way increased intracranial pressure is measured on its head.

•  Avainseikkana VIIPoireyhtymän perussyyn käsittämisessä ja tehokkaiten vastakeinojen kehitelyssä  on mikrogravitaatiossa esiintyvätn entrakraniaalisen paineen dynamiikan määrittäminen, sanoo tri Christian Otto, NASA.n VIIP riskiprojektin tieteellinen johtaja.

“Determining the dynamics of intracranial pressure in microgravity is key to understanding the root cause of the VIIP syndrome and developing effective countermeasures,” says. Dr. Christian Otto, lead scientist of NASA’s VIIP Risk Project.

• Allaolevassa kuvassa  on avaruusretkikunnan 36/37 lentoinsinööri Karen Nyberg   fundoskooppi kädessään ( Fundus = (silmän) pohja)  ja hän ottaa valokuvia ja videokuvia omasta silmästään, kun avaruussukkula on orbitallaan.  Tämä oli ensimmäinen kerta kun käytettiin  hardware  laitetta  ja  uutta näöntutkimus soft ware testiä.   

Expedition 36/37 Flight Engineer Karen Nyberg of NASA uses a fundoscope to take still and video images of her eye while in orbit. This was the first use of the hardware and new vision testing software.

Image Credit: 

NASA

•  Toisessa kuvassa  retkikunnan 37/38 NASA:n lentoinsinööri Michael Hopkins tekee silmän ultraäänikuvausta ISS:n Columbus- laboratoriossa. Avustamassa on ESA:n  astronautti Luca Parmitano.

Expedition 37/38 Flight Engineer Michael Hopkins of NASA performs ultrasound eye imaging in the Columbus laboratory of the International Space Station.  European Space Agency astronaut Luca Parmitano assists.

Image Credit: 

NASA

•  Kolmannessa kuvassa  retkikunnan 34/35  NASA:n lentoinsinööri Tom Marshbum  suorittaa  silmän tonometria tutkimusta   CSA:n Chris hadfieldille ISS:n  Columbus- modulissa. Tonometrialla mitataan  intraokulaarista  silmänpainetta.

 Expedition 34/35 Flight Engineer Tom Marshburn of NASA performs a tonometry eye exam on Chris Hadfield of the Canadian Space Agency in the Columbus module of the International Space Station. Tonometry measures intraocular eye pressure.

Image Credit: 

NASA

• Tällä hetkellä- kuten tiedetään- ainoana  keinona mitata intrakraniaalista painetta  on invasiivinen tekniikka:  lumbaalipunktio ( lumbar puncture)  eli selkäydinnesteen, likvorin, otto punktioneulalla,  spinal tap). Tätä lumbaalipunktiota on pidetty kultaisena standardina kallonsisäisen paineen mittauksessa, koska testi  antaa suoraa mitaustulosta selkäydintä ja aivoja ympäröivästä nestetilasta.Tällainen testi on kuitenkin monimutkaista  tuolla  maata kiertävällä radalla.  Sitäpaitsi asialla on riskinsä maan pinnallakin.

Right now the only way to measure intracranial pressure definitively is through invasive techniques like a lumbar puncture — also known as a spinal tap. Lumbar punctures are considered the gold standard for measuring intracranial pressure because the test provides direct measurements of the fluid that surrounds the spinal cord and the brain. However; the procedure is complicated to perform in orbit. It carries risks on Earth as well.

•  Non-invasiiviset metodit  voisivat suoda kliinikolle ja tutkijoille  täsmällisemmän  ja  turvallisemman  tavan   kallonsisäisen paineen mittaukseen tilanteessa, kun  paine korreloi suoraan näön huononemiseen.  Jos niin on, testit  saattavat auttaa tunnistamaan mitkä muut tekijät,  kuten kardiovaskulaarinen kunto  tai keskushermojärjestelmää koskevat seikat,  saattanevat  altistaa joitakuita astronautteja  aivopaineen nousuille.

Non-invasive methods could provide clinicians and researchers with accurate and safer ways to determine if intracranial pressure is directly correlated to vision impairment. If so, the tests may help identify what other factors, like cardiovascular health or issues with the central nervous system, may predispose some astronauts to increases in brain pressure.

•  Onneksi aivot sijaitsevat lähellä  t useita  kehostruktuureja kuten verisuonia, korvaa tai silmää lähellä, mistä siten tiedemiehille  tulee niitä teitä,  joitten kautta voi epäsuoraan mitata kallonsisäistä painetta non-invasiivisella metodilla.

Fortunately, the brain’s interface with various bodily structures such as blood vessels, ears and eyes provide scientists with ways to indirectly measure intracranial pressure non-invasively. Scientists now are attempting to correlate changes in these parts of the head to intracranial pressure.

•  KORVA

Eräs tekniikka,  tärykalvon siirtymä (TMD) ,  mittaa  painetta, joka  siirtyy  aivoista korvaan  pientä (endolymfa)  kanavaa myöten, joka yhdistää aivot ja korvan. Liike minkä havaitsee tärykalvossa antaa  tutkijoille indikaattorin  intrakraniaalisen paineen tasosta
 http://en.wikipedia.org/wiki/Non-invasive_intracranial_pressure_measurement_methods#Tympanic_Membrane_Displacement

• Tosessa  tekniikassa   emittoidaan  korvaan ääntä kahdella frekvenssillä. Koska paine pään sisällä vaikuttuu siitä, miten sisäkorvan osat vibroivat vasteena näille ääniaalloille, niin tiedemiehet  voivat mitata liikkeitä ja määritellä niistä onko aivopaine noussut.  (Tämä DPOAE, otoakustinen emissiomentelmä on jo  käytössä vastasyntyneiten kuulokyvyn  diagnosoimisessa) http://fi.wikipedia.org/wiki/Otoakustinen_emissio

The Ear
One technique, tympanic membrane displacement, measures pressure that is transferred from the brain to the ear via a small channel that connects the two. Movement detected in the eardrum provides researchers with an indication of intracranial pressure levels. A second technique emits sounds into the ear at two frequencies. Because pressure in the head affects how the inner parts of the ear vibrate in response to these sound waves, scientists can measure the movements to determine if the pressure in the head has increased. This is called distortion product otoacoustic emissions.

•  SILMÄ

Silmä on myös arvokas mutta mahdollisia ristiriitaisia tietoja   antava informaatiolähde. NASA:n  kliininen translaatiotiedemies Jennifer Fogarty PhD on  sitä mieltä, että kallon jähmeä  rakenne  tekee rakenteeltaan muovautuvaisemman silmän   vaurioalttiiksi  kallonsisäisen paineen noustessa.Tämä merkitsee sitä, että silmän muutosten mittaamisella   tiedemiehille tulee mahdolliseksi määrittää   kallonsisäisen paineen  muutoksia.
Kallonsisäisen paineen mittauksessa  väylänä  aivoon on silmä  helposti saavutettavissa oleva mittauskohde, mihin  tutkijat voivat  luoda tekniikkaa.

The Eye
The eye also is a valuable yet possibly confounding source of information. According to Jennifer Fogarty, Ph.D., a NASA clinical translational scientist, the rigid structure of the skull makes the eye vulnerable to increased pressure because it is a pliable organ. This means measuring changes in the eye allows scientists to assess changes in intracranial pressure. Researchers can leverage easy access to the eye as the gateway into the brain to study intracranial pressure.

•  Silmään voi vaikuttaa myös avaruusvalo aivan riippumatta kallonsisäisen  paineen muutoksista. Niinpä on tärkeää pystyä määrittelemään, mitä tapahtuu silmässa kun  verenvirtaus silmään tai silmästä poispäin  muuttuu ja  mitä tapahtuu silmässä,  kun kallonsiäsinen paine  muuttuu. .
  

The eye may also be affected by spaceflight independent of changes in intracranial pressure. So, it is important to be able to determine what is happening to the eye due to changes in blood flow to and from the eye itself and what is happening to the eye due to increases in intracranial pressure.

•  Moni okulaarinen metodi antaa  tiedemiehille näkymän  suoraan silmän rakenteisiin  ja he voivat arvioida niistä  kallonsisäisen paineen määrän. Näissä menetelmissä mitataan verkkokalvon keskuslaskimon painetta ( laskimokierron  oftalmodynamometria ja silmänpohjan tähystys, fundusskopia) , silmäterän eli pupillan halkaisijaa ( pupillometria)  ja näköhermon tupen  halkaisijaa.  Näköhermon tuppi  eristää ja suojaa näköhermoa,  nervus opticus. Tuppi  on yhteydessä  aivoja ympäröivään tilavuuteen ja laajenee kun paine nousee.

Several ocular methods allow scientists to look directly into the eye structure to estimate intracranial pressure. These provide measures of central retinal vein pressure (venous ophthalmodynamometry with fundoscopy), pupil diameter (pupillometry) and optic nerve sheath diameter. The optic nerve sheath insulates and protects the optic nerve. It is connected to the space around the brain and expands when pressure rises.

•  Tiedemiehet  mittaavat myös silmään tulevien ja silmästä poisjohtavien verisuonten virtausta määritellessään kallonsisäistä painetta. Muuan tekniikka hyödyntää ultraääntä ja siinä mitataan suljettujen silmäluomien läpi ja vertaillaan kahta valtimopulssisettiä, sekä aivojen sisäpuolista että ulkopuolista  vasteena  silmiin kohdistetulle ulkoiselle  paineelle  http://en.wikipedia.org/wiki/Non-invasive_intracranial_pressure_measurement_methods#Two-Depth_Transcranial_Doppler_for_measurements_of_ICP_through_the_Ophthalmic_Artery

Scientists also are measuring blood flow in the vessels feeding and draining the eye to determine intracranial pressure. One technique uses ultrasound over the closed eyelid to compare two sets of arterial pulses—both inside and outside of the brain—in response to external pressure placed on the eye. This technique is called two-depth transcranial Doppler .

• PÄÄ

Muut  tekniikat mittaavat  pään sisäisiä muutoksia  non-invasiivisesti. Niihin kuuluu aivojen verisuonten  Doppler kuvaus, magneettiresonansikuvaus (MRI) ,  spektroskopia infrapunan lähellä olevin sätein,
 joilla mitataan  aivojen aktiivisuutta veren liikkeestä
 ja pulssifaasia ,  joka mittaa kallon liikettä joka on assosioitunut intrakaraniaalisennpaineen pulsseihin.

The Head
Other techniques measure changes within the head in non-invasive ways.
They include Doppler images of the brain’s blood vessels;
magnetic resonance imaging;
 near-infrared spectroscopy, which measures brain activity through blood movement;
 and pulse phase-lock loop, which measures skull movement associated with pulses in intracranial pressure.

(kommentti: Käytännössä:  aorttapulsaatio aiheuttaa pulsaation aivokammionesteeseen, joka on kiinteän struktuurin  ympäröimä, joten  kyseessä on  pulse- faslåst slinga, jossa on pulsaatiota, jok tuotaa pulsaatiota  ja jolle kallon asento gravitaatiokentässä on merkitsevä:  pystyasento maapallolla  edistää tätä  aivopaineen normaalikierron pysymistä : "keinutuoli"; samoin  diurnaalirytmi, uni, valve)

• NASA:n tutkijat  käyttävät jo joitain yllämainittuja metodeja   kuten fundoskopiaa  tehden mittauksia   ennen  uutta ISS  avaruusmissiota, sen aikana ja  sen jälkeen. he käyttävät näitä tietoja  määrittääkseen kuinka avaruusmatka suhtautuu silmissä ja intrakraniaalisesa paineessa tapahtuviin muutoksiin.

NASA researchers already are using some of these methods, like fundoscopy, to take measurements before, during and after missions aboard the International Space Station. They use the data to determine how spaceflight relates to changes in the eyes and intracranial pressure. Others, like tympanic membrane displacement, still are being evaluated for flight.

•  Näihin tutkimuksiin osallistuneista on jotkut  olleet lumbaalipunktiossakin maapalloon perustuvia laitteita  testattaessa. Tämä antaa tutkijoille  mahdollisuuden  vahvistaa laitteiston tarkkuus  suhteessa  absoluuttiseen intrakraniaaliseen paineeseen , mikä  on saatu Lumbaalipunktiotuloksista. Lumbaalipunktio on tehty ainoastaan jos henkilö  lääketieteellisistä syistä jo tarvitsee  sitä. proseduuria.

Some subjects participating in these investigations undergo lumbar puncture during Earth-based device testing. This allows researchers to validate the device’s accuracy relative to absolute intracranial pressure obtained from the results of the lumbar puncture.
 The lumbar puncture is performed only if a subject already needs the procedure for medical reasons.

•  NASA:n tutkijoiden tulee ottaa huomioon laitteiston pätevyyden lisäksi muitakin seikkoja kuten  koko ja paino avaruusmatkaa ajatellen sekä laiteen helppokyttöisyys muillekin kuin  lääketieteelliselle henkilökunnalle. Joitain tekniikoita voidaan suorittaa siten, että  Maassa oleva  lääketieteellinen   henkilökunta suorin ohjein    kouluttaa miehistön jäseniä  suorittamaan  kiertodaralla jotain lääketieteellistä proseduuria.

Beyond the device’s accuracy, NASA researchers also must consider the size and weight of the devices for spaceflight, as well as the device’s ease of use for non-medical personnel. Some techniques can be performed using virtual guidance where Earth-based medical personnel provide training to crew members performing medical procedures in orbit.

•  Tällä noninvasiivisia  aivopaineenmittausmenetelmiä selvittävällä työllä on sovellutuksensa niin  avaruusoloihin kuin maapallon oloihin.   Jos nyt ei ole ilmeinen aivotuumori tai  jokin muu tauti syynä  aivopaineen nousuun niin hydrofephalusta potevat ja  idiopaattista  intrakraniaalista hypertensiota potevat   voisivat tulla mitatuiksi näillä noninvasiivisilla tekniikoilla , jotka ovat  potilaan  vaivoja säästäviä- päinvastoin kuin lumbaalipunktio. 

-This work into non-invasive testing to measure intracranial pressure has both space- and Earth-based applications. For patients suffering from conditions like hydrocephalus and Idiopathic Intracranial Hypertension, an increased pressure around the brain without an apparent cause like tumors or other diseases, these techniques could provide alternative ways to measure intracranial pressure without the risk or discomfort associated with a lumbar puncture.

•  Tri Otton mukaan  näitten laiteitten  arvioinnin jälkeen tutkijat jatkavat  ongelman luonnehtimista ja siitä  sadaan  syvempää ymmärtämystä ihmisen kallonsisäisen paineen nousun vaikutuksiin  niin avaruudesa kuin maapallolla. Tästä tutkimuksesta lääketieteellinen maailma voi  tehdä kuperkeikan. 

According to Otto, as these devices are evaluated, researchers continue to characterize the problem— gaining greater insight into the effects of increased intracranial pressure on individuals both in space and on Earth.

This research just may turn the medical world upside down.

Visit our archives for more articles about NASA’s Human Research Program.

Andrea Dunn
Laurie Abadie
Human Research Engagement and Communications