Externe Messung von Blutwerten mit Konfokalmikroskopie
Neuentwicklung ermöglicht nichtinvasive in-vivo-Bestimmung wichtiger Blutwerte in Echtzeit.
Die Messung des Hämatokrit-Wertes und anderer wichtiger Blutwerte geschieht üblicherweise im Labor. Bislang existieren nur wenige Systeme, die durch die Haut in Echtzeit die Bestandteile des Bluts auflösen können. Israelischen Forschern des Technion ist es nun gelungen, ein Konfokalmikroskop zu entwickeln, das zuverlässig die wichtigsten Blutwerte ermitteln kann. Einsatzmöglichkeiten sehen die Wissenschaftler zum einen während oder nach Operationen, wo die Echtzeit-Diagnose Warnhinweise liefern kann. Zum anderen bietet die Technologie die Möglichkeit, in ländlichen und strukturschwachen Gebieten ohne Zugang zu medizinischen Labors eine große Anzahl von Menschen zu untersuchen.
Abb.: In-vivo-Aufnahme roter Blutkörperchen. Die Zellen im rot eingefärbten Bereich dienen der Ermittlung des Volumenanteils. (Bild: L. Golan et al. / Technion)
Das nun vorgestellte Mikroskop ist ein etwa schuhkartongroßes System mit einer Breitband-Diode. Das von ihr ausgestrahlte Licht wird spektral aufgespaltet und entlang einer Linie auf das Gewebe projiziert. Hierzu eignet sich vor allem die dünne Mundschleimhaut wie etwa die Innenseite der Unterlippe, da diese keine lichtabsorbierenden Pigmente enthält, reich an Blutgefäßen ist und auch bei Traumapatienten durchblutet wird.
Das Rückstreulicht zeichnet dann eine schnelle CCD-Kamera auf, die bis zu 71.000 Linien pro Sekunde abtasten kann. Die Farbinformation bestimmt die eine Dimension des fertigen Bildes, das im Computer entsteht. Dabei wird die Linie aus spektral aufgelöstem Licht quer auf eine Kapillare projiziert. Durch die Kapillare strömen Blutkörperchen, die das Rückstreuverhalten des Lichts beeinflussen. Aus der räumlichen Aufspaltung der breitbandigen Diodenstrahlung nach der Wellenlänge, erhalten die Forscher eine farblich kodierte Information, über den Ort des Durchflusses von Blutkörperchen in der Kapillare. Die zeitliche Abfolge verschiedener Messungen bestimmt die zweite Dimension des Bildes. Die Methode wird deshalb auch Spectrally Encoded Flow Cytometry (SEFC) genannt.
Abb.: Konfokalmikroskopie an einer Kapillare. (a) Eine Linie quer zur Kapillare wird mit unterschiedlichen Wellenlängen aufgenommen. (b) Eine einzelne Zelle nach Darstellung am Computer. Eine Achse des zweidimensionalen Bildes wird durch die Wellenlänge, die andere durch die Zeit bestimmt. (Bild: L. Golan et al. / Technion)
Die laterale Auflösung beträgt 0,7 Mikrometer, die axiale 1,5 Mikrometer. Dies ist ausreichend, um den Durchmesser und den prozentualen Anteil roter und weißer Blutkörperchen zu bestimmen. Das Blickfeld ist mit 110 Mikrometern recht klein. Deshalb wird zur Suche nach geeigneten Kapillaren zusätzlich eine grüne Lichtquelle eingesetzt, deren Wellenlänge gut von Hämoglobin absorbiert wird. Die Eindringtiefe liegt bei 70 bis 200 Mikrometern. Die Messdauer von circa dreißig Sekunden ist durch Bewegungen des Patienten begrenzt.
Das neue System besitzt gegenüber existierenden externen Blutmessgeräten den Vorteil, dass es weder sperrige Apparaturen benötigt noch fluoreszierende Farbstoffe, die potenziell giftige Nebenwirkungen haben können und überdies kurzlebig sind. Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, eine höhere Eindringtiefe zu erreichen. Dies sollte auch die Suche nach geeigneten Kapillaren erleichtern. Außerdem wollen sie das System miniaturisieren und damit für den Feldeinsatz tauglicher machen. Sie hoffen, die Apparatur im Lauf eines Jahres von Schuhkartongröße auf Daumengröße verringern zu können.
Dirk Eidemüller
