正如血压告知心脏健康一样，颅内压 (ICP) 有助于指示大脑健康。ICP 传感是卡内基梅隆大学 Jana Kainerstorfer 生物医学光学实验室的新兴焦点。她的团队正在努力使 ICP 传感方法现代化，这种方法历来具有侵入性和风险性。他们的非侵入性替代方案将降低感染、疼痛和医疗费用的风险，并为患有从中风到脑积水等一系列脑损伤和病症的患者提供新的监测能力。

调查大脑中的压力水平对卫生专业人员来说是一项艰巨的任务，自 1960 年代以来就没有太大进展。目前的做法是在患者的头骨上钻一个洞，然后在里面放置一个探针，以持续监测 ICP 水平。它伴随着感染和损坏大脑本身的风险，虽然拥有有价值的数据，但 ICP 测量仅用于最危急的情况。

“它的核心是，我们所做的是构建一种传感器替代方案，不需要在患者头部钻孔，”生物医学工程副教授 Kainerstorfer 说。“我们最近发表了两篇论文，探讨了使用近红外光谱和漫反射相关光谱在前额上使用光学传感器进行无创 ICP 监测。这两种方法都代表了在改善患者体验和提供更好的工具来监测压力水平方面的巨大进步。大脑，这可能是诊断和治疗决策中的关键变量。”

第一项工作是与 CMU 生物医学工程副教授 Matthew Smith 合作，最近发表在Neurophotonics上，证明非侵入式近红外光谱可用于 ICP 监测。这个过程涉及放置在头上的小型定制传感器——就像大脑的 Fitbit——来测量与大脑相互作用的光。每次心脏跳动时，它都会在大脑中产生一个脉搏，传感器测量血液动力学血量/血流量变化。然后，应用机器学习算法来确定 ICP。

“我们的目标是创建一种便携式且用户友好的工具来测量大脑中的压力变化，”Kainerstorfer 解释说。“我们认为不需要花哨的硬件来测量血流量或血红蛋白浓度，而且现在，我们还不能很好地处理脑压波动的幅度。还有其他非侵入性方法，但是让我们与众不同的是，我们使用的是一种可穿戴式传感器，可提供持续监控。”

Kainerstorfer 的小组还与匹兹堡 UPMC 儿童医院合作，并与 Michael McDowell 博士合作，开展一项临床研究，利用更专业的传感器和硬件通过无创漫相关光谱测量 ICP。来自 UPMC 儿科重症监护病房 (ICU) 的 15 名患者参与了研究，他们的研究结果发表在《神经外科杂志》上。

图片来源：卡内基梅隆大学

作为研究的一部分，将带有光纤的探头放置在已经有侵入性 ICP 监测器的儿科患者的额头上，以测量血流变化和量化 ICP，并将非侵入性采集的数据与侵入性采集的数据进行比较。将无创模型的结果与有创监测的结果进行比较，发现非常相似。

“在这项研究中，患者的大脑中放置了一个侵入式传感器，它作为我们的基本事实，”Kainerstorfer 详细阐述道。“我们与杰出的合作者一起工作，我们看到的结果让我们感到鼓舞，这表明非侵入性方法可以产生准确的 ICP 测量。它仍然需要非常专业的硬件和专业知识来解释数据，但这比在头。”

无创颅内压传感技术将使广泛的人群受益，从重症监护和急诊医师到患有脑积水等疾病的儿童的父母。

脑积水是一种由头部脑液过多引起的病症，它会对大脑造成压力。为了解决这个问题，外科医生植入了一个分流器来排出液体。然而，不存在一种可靠的非侵入性测量分流功能的工具。

“想象一下，一个出生时患有脑积水的 6 岁儿童和她的家人一起去华特迪士尼世界度假区旅行，”Kainerstorfer 说道。“如果在旅途中，她开始出现分流失败的症状，如头痛或嗜睡，家人目前没有办法快速测量 ICP，看它是否升高。唯一的解决办法是跑到急诊室做 CT /MRI 检查并产生昂贵的医疗费用。许多家庭一直生活在担心分流失败和离能够解决问题的医院太远的恐惧中。此外，即使有这样的医院，它也常常无法进入与过去的医疗记录进行比较，这使得分流失败的诊断更加困难。我们的工作表明有一种更好的方法——一种用户友好的便携式传感器，可以准确测量 ICP。”

下一步的工作包括计划对成人和儿童患者进行更大规模的多中心临床研究。

“ICP 传感最初是我们实验室的一个副项目，”Kainerstorfer 说。“我了解什么会影响血流，以及这些变化如何影响神经元。我对这个话题的兴趣是从工程挑战的角度激起的，但也是对生活在这种不确定性中并且没有任何评估脑压变化的无创方法。试图通过工程方法改善某人的生活是我进入这个领域的原因。”