Ogni anno, quasi 800, 000 persone negli Stati Uniti hanno avuto un ictus, e quasi il 90% di questi sono ictus ischemici in cui un coagulo interrompe il flusso sanguigno a una parte del cervello. Per prevenire ulteriori lesioni, il flusso sanguigno al cervello deve essere ripristinato il più rapidamente possibile. In un nuovo studio, i ricercatori mostrano che i sensori ottici non invasivi possono fornire ai medici un feedback in tempo reale sul fatto che i trattamenti per la rottura del coagulo stiano ripristinando il flusso sanguigno. La tecnica, che monitora il flusso sanguigno e i livelli di ossigeno nel cervello, potrebbe anche rivelare segni precoci di complicazioni neurologiche dopo un ictus.

"Ci auguriamo che fornire una gestione personalizzata dei pazienti con ictus con nuovi sistemi di monitoraggio ottico come quello che abbiamo sviluppato migliorerà le possibilità di recupero e, di conseguenza, ridurre il carico sanitario diretto e socio-economico di questa condizione prevalente, " ha detto il capo del gruppo di ricerca Raquel Delgado-Mederos dell'Unità di ictus presso l'Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Spagna.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica biomedica Express , i ricercatori riferiscono sui test sul campo del loro nuovo sistema di rilevamento ottico compatto e di facile utilizzo, che è progettato per l'uso clinico nei reparti di emergenza ospedaliera. Hanno dimostrato il loro sistema utilizzandolo al capezzale dei pazienti colpiti da ictus per rilevare, in tempo reale, l'efficacia di un farmaco anticoagulante nel migliorare il flusso sanguigno al cervello.

"L'impatto potenziale di questo nuovo approccio è piuttosto significativo poiché l'ictus è una delle principali cause di disabilità a lungo termine negli adulti in tutto il mondo, " ha detto Delgado-Mederos. "L'efficacia del trattamento dipende dal raggiungimento di un rapido ripristino del flusso sanguigno alla parte interessata del cervello".

Misurazioni continue del flusso sanguigno

Attualmente, la maggior parte dei medici valuta il flusso sanguigno nel cervello utilizzando misurazioni effettuate in singoli punti temporali con la risonanza magnetica o la tomografia computerizzata. Queste misurazioni vengono solitamente eseguite al momento del ricovero in pronto soccorso per aiutare a guidare le decisioni terapeutiche di un medico. Sebbene un metodo chiamato Doppler transcranico possa eseguire un monitoraggio continuo, misura solo il flusso sanguigno nei grandi vasi e i medici devono seguire una formazione speciale per imparare a usarlo e interpretare i risultati.

"Il nostro approccio di monitoraggio ottico fornisce una misura continua del flusso sanguigno nei microvasi cerebrali, che forniscono direttamente sangue al tessuto cerebrale, " disse Delgado-Mederos. "Inoltre, il sistema che abbiamo creato è portatile e adatto alla misurazione continua del flusso sanguigno cerebrale al letto del paziente, senza bisogno di competenze tecniche."

La tecnica di monitoraggio ottico si basa sulla spettroscopia di correlazione diffusa (DCS), che determina il flusso sanguigno analizzando i punti scuri e luminosi fluttuanti, o macchie, prodotta dalla luce laser che viaggia attraverso il tessuto, compresi i vasi sanguigni. Combinando DCS con spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), aggiunge informazioni sulla quantità di sangue nel tessuto cerebrale e sulla quantità di ossigeno che trasporta.

L'approccio combinato DCS/NIRS è stato sviluppato dal coautore dell'articolo Turgut Durduran e dai colleghi dell'Università della Pennsylvania negli anni '90. Dopo, all'ICFO, l'Istituto di Scienze Fotoniche, Barcellona, Spagna, Il gruppo di Durduran ha sviluppato dispositivi di facile utilizzo che hanno permesso di utilizzare la tecnologia come strumento di ricerca negli ospedali e nei centri sanitari di tutto il mondo.

Creazione di un sistema per uso clinico

Portare quello che in precedenza era uno strumento di ricerca nell'impegnativo ambiente clinico del dipartimento di emergenza ha richiesto ai ricercatori di adattare il sistema per un'implementazione molto rapida. Il sistema DCS/NIRS compatto e di facile utilizzo che hanno sviluppato consiste in due sonde ottiche posizionate sulla fronte del paziente. Queste sonde contengono fibre ottiche personalizzate per fornire luce da un laser a infrarossi, che può viaggiare attraverso la pelle e il cranio per raggiungere gli strati più esterni del cervello. Parte di questa luce si disperde sulla superficie dove viene rilevata dalle fibre ottiche e utilizzata per misurare il flusso sanguigno e l'ossigenazione del sangue nei piccoli vasi del cervello.

Hanno testato il sistema di monitoraggio ottico su cinque pazienti ricoverati al pronto soccorso con un ictus ischemico acuto e che sono stati trattati con attivatore tissutale del plasminogeno, un farmaco che dissolve il coagulo per migliorare il flusso sanguigno. Hanno usato il sistema durante la somministrazione del trattamento e poi hanno seguito il suo effetto sul flusso sanguigno e sull'ossigenazione.

"Con il monitoraggio ottico, abbiamo rilevato l'aumento del flusso sanguigno cerebrale e dell'ossigenazione causati dal trattamento, " ha affermato Delgado-Mederos. "L'aumento del flusso sanguigno rilevato con il nuovo sistema è correlato all'apertura dell'arteria bloccata osservata utilizzando il Doppler transcranico e con miglioramenti nei deficit neurologici".

Il nuovo studio ha dimostrato che è possibile utilizzare il monitoraggio ottico DCS/NIRS per valutare il flusso sanguigno e l'ossigenazione nel cervello dopo un ictus. I ricercatori hanno in programma di replicare lo studio con più pazienti in vari centri clinici e in scenari diversi per comprendere meglio le prestazioni della tecnica. Prevedono inoltre di sviluppare software e sonde di facile utilizzo per facilitare l'implementazione su larga scala del sistema in ambienti clinici frenetici. Società spin-off, di cui uno dell'ICFO, stanno anche lavorando per commercializzare la tecnologia e per raccogliere fondi per le sperimentazioni cliniche.