Meten van zuurstofsaturatie in het netvlies met een aangepaste funduscamera

Zuurstofgebrek in de hersenen (hypoxie) is een geïdentificeerd probleem voor
militaire vliegers en kan ontstaan door G-krachten en vliegen op hoogte.
Hypoxie kan leiden tot verminderde besluitvorming en zelfs bewusteloosheid.
Helaas is er nog altijd geen geschikte technologie voorhanden waarmee de
cerebrale zuurstofvoorziening bij vliegers kan worden gemeten. Door de jaren
heen hebben TNO en het Centrum voor Mens en Luchtvaart (CML) meerdere
non-invasieve sensoren uitgeprobeerd, zoals de Finapres® (meten van bloeddruk
met een vingerclipsensor) en NIRS (Near InfraRed Spectroscopie via de huid).
Het probleem van deze sensoren is echter dat zij niet dicht genoeg bij de
hersenen meten (vingerclipsensor), of relatieve waarden opleveren (NIRS), die
niet voorspellend zijn voor de zuurstofvoorziening in de hersenen van een
vlieger.

In een eerdere haalbaarheidsstudie (TNO 2021 R12701, Feasibility Study on
Retinal Pulse Oximetry using Near InfraRed (NIR) Light) onderzochten we een
nieuwe, meer directe manier van meten van cerebrale zuurstofsaturatie en
arteriële bloeddruk, waarbij we gebruik maakten van een visueel toegankelijke
uitloper van de hersenen: het netvlies (de retina). De hersenen en het netvlies
krijgen zuurstofrijk bloed aangevoerd door dezelfde slagader en liggen
geometrisch dicht bij elkaar, waardoor het plausibel is dat de zuurstoftoevoer
en bloedpulsatie/-druk in de hersenen weerspiegeld worden in het netvlies.
Hoewel het meten van het zuurstofgehalte van de netvliesvaten (retinal
oximetry) al eerder was gedaan, week onze aanpak hiervan af door de gebruikte
golflengtes. Anders dan bij klinische monitoring van de zuurstofvoorziening in
het oog, moet onze methode onzichtbaar zijn voor de militaire gebruiker, dus
wilden wij gebruikmaken van nabij-infrarood (NIR) licht dat onzichtbaar is voor
het menselijk oog. In dit golflengtegebied absorbeert bloed weinig, waardoor de
uitdaging was om betrouwbare informatie uit het netvlies te halen. Daarom was
het nog nooit gedaan. Om de atmosferische druk te variëren is in de
haalbaarheidsstudie gebruikgemaakt van de hypobare kamer van het CML. Hoogtes
van 0, 6000, 9000 en 12000 ft zijn gesimuleerd, leidend tot een
zuurstofsaturatie (SpO2) variërend tussen ongeveer 80-100%. Een vergelijking
met een vingerclipsensor (Nonin WristOx 3150 met 8000SM-WO2 softsensor)
suggereert dat het goed mogelijk is om op basis van NIR-afbeeldingen van de
retina een schatting te maken van de SpO2. De geschatte hartfrequentie (heart
rate, HR) was daarentegen onbetrouwbaar, mogelijk het gevolg van verstorend
omgevingslicht. In de huidige studie willen we de dataset uitbreiden met
metingen bij een grotere groep proefpersonen, de lichtomstandigheden verbeteren
en golflengtes van de funduscamera filteren.

Het belang van dit onderzoek is dat deze technologie, in samenwerking met de
industrie, uiteindelijk zou kunnen worden geïntegreerd in de helmet mounted
display (HMD) van vliegers. Dergelijke technologie kan vroegtijdig
zuurstoftekort in de hersenen van vliegers detecteren en daarmee ongevallen
voorkomen.

Primaire doel:
Het primaire doel is om te onderzoeken of de SpO2 in het netvlies - gemeten met
onzichtbaar, NIR licht - op dezelfde manier verandert als functie van de
gesimuleerde hoogte als de SpO2 gemeten met de standaard vingerclip.

Secondair doel:
Het tweede doel is om te onderzoeken of verbeterde lichtomstandigheden ten
opzichte van de eerdere haalbaarheidsstudie het mogelijk maken om (naast de
SpO2) ook de HR te meten in het netvlies met NIR licht.

Het betreft een validatiestudie van een meetmethode. De criteriumvaliditeit van
een nieuwe meetmethode voor het meten van zuurstofsaturatie en hartfrequentie
wordt in kaart gebracht door correlaties met de goudenstandaardmethode te
bepalen. Er is sprake van herhaalde metingen, deelnemers worden blootgesteld
aan vier gesimuleerde hoogtes.

De belasting voor deelnemers is laag, de procedures zijn standaard, en de
risico*s, mede door de medische keuring voorafgaand aan deelname, laag.
Deelnemers worden geïnstrueerd het aan te geven als ze zich niet goed voelen,
dan wordt zuurstof toegediend. Bovendien worden deelnemers tijdens het
experiment gemonitord door een arts die bekend is met hypoxie-gerelateerde
verschijnselen. De netvliesopnames zijn niet-invasief en worden gemaakt met een
aangepaste CE gecertificeerde fundus camera, waarbij een beperkte hoeveelheid
NIR licht wordt gebruikt.