La spettroscopia nel vicino infrarosso può fornire un modo economicamente vantaggioso per monitorare la pressione intracranica in modo non invasivo

La spettroscopia nel vicino infrarosso può fornire un modo economicamente vantaggioso per monitorare la pressione intracranica in modo non invasivo

Un aumento della pressione intracranica (ICP) è una condizione pericolosa che può essere causata da emorragia cerebrale, tumore al cervello, edema cerebrale, lesione cerebrale traumatica e idrocefalo. Il monitoraggio della pressione intracranica è quindi un aspetto chiave della cura dei pazienti affetti da queste malattie. Inoltre, le misurazioni dell'ICP sono rilevanti quando si stima la pressione di perfusione cerebrale (CPP), un indicatore dell'autoregolazione cerebrale (CA).

Il CPP è associato alla funzione neuronale e all'accoppiamento neurovascolare, mentre il CA definisce il modo in cui il cervello mantiene un flusso sanguigno costante. Date queste ampie implicazioni e applicazioni nel processo decisionale clinico, il monitoraggio preciso dell’ICP è uno strumento importante per la gestione del paziente. Sebbene gli attuali strumenti per il monitoraggio della pressione intracranica siano accurati, possono causare sanguinamenti o infezioni e richiedono molto tempo.

Sebbene esistano alternative non invasive, queste presentano limitazioni quali scarsa generalizzabilità, bassa capacità predittiva e mancanza di affidabilità. Pertanto, la spettroscopia di correlazione diffusa (DCS) e la spettroscopia del vicino infrarosso (NIRS) stanno emergendo come promettenti soluzioni non invasive. In particolare, la NIRS presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi non invasivi: basso costo, compatibilità al posto letto per un monitoraggio continuo e a lungo termine e indipendenza dell’utente.

In un nuovo studio pubblicato su Neurophotonics, i ricercatori della Carnegie Mellon University (CMU) hanno utilizzato con successo un dispositivo NIRS per monitorare continuamente i cambiamenti nella concentrazione di emoglobina. Il team si è basato su ricerche precedenti in cui hanno stimato l'ICP dalle caratteristiche della forma d'onda cardiaca misurate con la DCS e hanno anche identificato la correlazione tra i cambiamenti relativi nella concentrazione di ossiemoglobina e l'ICP. Ma come potrebbero misurare l’ICP utilizzando i dati NIRS? Il primo autore dello studio, Filip Relander, spiega: "Abbiamo sviluppato e addestrato un algoritmo di regressione della foresta casuale (RF) per correlare la morfologia delle forme d'onda del polso cardiaco ottenute dal NIRS con la pressione intracranica".

Per convalidare il loro algoritmo, hanno condotto test preliminari in un modello preclinico. Hanno misurato le fluttuazioni dell’ICP invasivo e della pressione arteriosa, delineando al contempo i cambiamenti nelle concentrazioni di emoglobina. Hanno poi esaminato le prestazioni dei segnali derivati ​​dalla concentrazione di emoglobina e dal CBF per esaminare da vicino l'accuratezza del loro algoritmo.

Dal punto di vista della prova di concetto, i risultati sono stati molto promettenti. È stata riscontrata un'elevata correlazione tra l'ICP stimata utilizzando l'algoritmo RF e l'ICP effettiva misurata utilizzando tecniche invasive.

Abbiamo dimostrato, convalidando i risultati con dati ICP invasivi, che l’algoritmo RF addestrato applicato alle forme d’onda cardiache basate su NIRS può essere utilizzato per stimare l’ICP con un elevato grado di precisione”.

Jana Kainerstorfer, professoressa associata di ingegneria biomedica presso la CMU e autrice senior dello studio

Inoltre, i risultati hanno mostrato che l’algoritmo RF potrebbe interpretare le caratteristiche della forma d’onda estratte sia da NIRS che da DCS, evidenziandone l’usabilità.

I parametri utilizzati nell'algoritmo possono essere ottenuti da misurazioni NIRS, combinate con elettrocardiogrammi e pressione arteriosa media, che vengono regolarmente utilizzati per la valutazione clinica. Pertanto, se questa piattaforma basata su RF fosse in grado di fornire misurazioni ICP affidabili in successivi studi sull’uomo, il suo potenziale per l’uso clinico sarebbe enorme. Secondo Rickson C. Mesquita, redattore associato di Neurophotonics, professore presso l'Università di Campinas, "la valutazione non invasiva dell'ICP è di grande valore per il monitoraggio dei pazienti in condizioni critiche, come i pazienti in terapia intensiva. Il futuro della NIRS in questo campo è entusiasmante!"

Fonte:

SPIE – Società Internazionale di Ottica e Fotonica

Riferimento:

Relander, FAJ, et al. (2022) Utilizzo della spettroscopia nel vicino infrarosso e di un regressore casuale della foresta per stimare la pressione intracranica. Neurofotonica. doi.org/10.1117/1.NPh.9.4.045001.

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