Un neuro-monitor ottico del metabolismo dell'ossigeno cerebrale e del flusso sanguigno per la neonatologia (BabyLux)

Il progetto BabyLux mira a fornire un dispositivo preciso, accurato e robusto per monitorare continuamente il metabolismo cerebrale dell'ossigeno e il flusso sanguigno nei neonati in condizioni critiche. Ciò sarà ottenuto combinando la spettroscopia nel vicino infrarosso (TRS) risolta in tempo con la spettroscopia di correlazione diffusa (DCS) di nuova concezione in un unico dispositivo. Gli aspetti innovativi del progetto sono legati all'utilizzo di soluzioni avanzate, basate su componenti fotonici di ultima generazione, che sono già state testate in laboratorio e test clinici su adulti.

Spettroscopia nel vicino infrarosso risolta in tempo e spettroscopia di correlazione diffusa

La soluzione proposta integrerà due tecniche fotoniche avanzate, TRS e DCS. Entrambe le tecniche si basano sull'uso di una sonda in fibra ottica (sensore) per illuminare con luce nel vicino infrarosso a bassissima potenza il cuoio capelluto e per raccogliere il segnale ottico riflesso diffusivamente che si è propagato attraverso il cuoio capelluto e il cranio, e quindi porta informazioni sulla profondità regione corticale. I diversi spettri di assorbimento dell'emoglobina ossigenata e deossigenata nel vicino infrarosso consentono il monitoraggio non invasivo delle due specie nel tessuto corticale.

I prototipi TRS e DCS sono disponibili e sono stati tecnicamente testati in laboratorio e convalidati con successo durante studi preclinici su volontari adulti e pazienti.

Parametri TRS/DCS misurati

TRS misura l'attenuazione e l'ampliamento temporale di impulsi di luce relativamente brevi (durata dell'impulso ~ 100 ps) attraverso un mezzo diffusivo (ad esempio la testa di un neonato). TRS ha la capacità di risolvere le lunghezze del percorso (o equivalentemente il tempo di volo) dei fotoni che si sono propagati attraverso i tessuti. Ciò consente a TRS di separare i coefficienti di assorbimento e diffusione consentendo misurazioni assolute e di utilizzare il time-gating delle lunghezze del percorso per enfatizzare i segnali provenienti dai tessuti più profondi. Ciò è particolarmente importante per separare i segnali intra ed extra-cerebrali per il monitoraggio del cervello.

DCS si basa sul fatto che anche la correlazione temporale dei campi luminosi nei mezzi torbidi obbedisce a un'equazione di diffusione, sebbene leggermente diversa da quella utilizzata per TRS. Pertanto la DCS condivide i vantaggi di penetrazione della luce della TRS, ma, poiché la DCS misura esplicitamente il movimento dei globuli rossi, fornisce una misura diretta di quantità come il flusso sanguigno cerebrale (CBF).

La combinazione specifica di DCS e TRS consente la valutazione del metabolismo cerebrale dell'ossigeno e del CBF in modo completo (ad es. CBF e ossigenazione sono forniti simultaneamente e indipendentemente), accurati (cioè basati su misurazioni assolute dei parametri ottici) e robusti (cioè potenzialmente meno influenzato da artefatti legati all'attività sistemica superficiale o ai movimenti del sensore/della testa).

Lo scopo di questo studio è eseguire misurazioni cliniche utilizzando lo strumento BabyLux in diversi contesti clinici reali per convalidare questa nuova tecnologia in termini di fattibilità, ripetibilità delle misurazioni e facilità d'uso nella medicina neonatale.

Il sistema BabyLux viene testato in quattro diverse impostazioni della vita reale per misurare:

1. L'aumento dell'ossigenazione e la variazione del flusso sanguigno durante i minuti successivi alla nascita per specificare l'intervallo di misurazione previsto;
2. La precisione e la ripetibilità delle misurazioni riapplicando più volte il sensore NIRS su siti leggermente diversi della testa in condizioni relativamente stabili;
3. La vaso-reattività cerebrale alla tensione arteriosa di anidride carbonica nei neonati ventilati meccanicamente per monitorare i cambiamenti indotti nel flusso sanguigno cerebrale;
4. La facilità d'uso e la perdita di segnale in situazioni di cura di routine (ad esempio durante il monitoraggio di 24 ore di neonati sottoposti a terapia intensiva).