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Brain injury and trauma monitoring using advanced photonics

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Una tecnologia basata sulla luce per il monitoraggio non invasivo della salute cerebrale

Il cervello è uno degli organi più complessi del corpo umano, responsabile ogni giorno dell’elaborazione di migliaia di decisioni. Dalla mancanza di conoscenze su molti meccanismi correlati al cervello dipende il trattamento insufficiente di patologie neurologiche o di lesioni cerebrali.

Salute

L’esito del trattamento di un grave trauma cranico (TBI, Traumatic Brain Injury), provocato da incidente automobilistico o caduta, si basa sull’estensione dell’ipossia e dei disturbi metabolici. La miglior comprensione della fisiopatologia della lesione cerebrale e dei cambiamenti biochimici, cellulari e molecolari correlati può migliorare la gestione delle fasi iniziali.

Tecnologia di monitoraggio cerebrale nel vicino infrarosso

Intrapreso con il supporto del programma Marie Skłodowska-Curie, il progetto BitMap ha sviluppato dispositivi basati sulla fotonica per il monitoraggio della salute cerebrale nell’assistenza neurocritica del TBI e nell’ipossia neonatale. «La nostra idea si fonda sulla misurazione dei parametri emodinamici clinicamente rilevanti utilizzando la luce nel vicino infrarosso, innocua per i tessuti biologici» sottolinea il coordinatore del progetto Hamid Dehghani. I ricercatori hanno sviluppato tecniche e metodi di analisi in grado di stabilire specifici biomarcatori di ipossia tessutale, ischemia e metabolismo dell’ossigeno. Queste quantità cliniche standardizzate sono state misurate utilizzando approcci ottici non invasivi, fornendo l’opportunità per un costante monitoraggio dello stato di salute al letto dei pazienti. La tecnologia BitMap è semplice: la luce viene applicata sulla superficie della testa tramite una fibra e si propaga attraverso e oltre la superficie del cervello e della schiena, dove viene rilevata da un’altra fibra. La quantità di luce riflessa e il tempo di propagazione trascorso forniscono informazioni sulla salute dei tessuti, in particolare sulla quantità di ossigeno, oltre a indicazioni sul flusso sanguigno e l’attività metabolica.

Prestazioni cliniche di BitMap

Gli scienziati di BitMap hanno testato la tecnologia, in particolare quella dell’imaging diffuso e della spettroscopia di correlazione diffusa, sia nei pazienti che nei soggetti sani. Presso l’Istituto universitario di Vall d’Hebron e l’Istituto di scienze fotoniche, in Spagna, hanno utilizzato le piattaforme del progetto in scenari di terapia intensiva con risultati promettenti. L’identificazione di una serie di nuovi biomarcatori ne sostiene l’utilizzo per il monitoraggio al letto del paziente. Gli University Hospitals di Birmingham e l’Università di Birmingham hanno ottenuto risultati altrettanto incoraggianti su pazienti con TBI lieve, moderato o grave, dimostrando la capacità delle tecnologie bifotoniche di fornire informazioni sulle lesioni cerebrali traumatiche e di migliorare le cure. Inoltre, presso gli Ospedali della University College London, l’applicazione delle tecnologie BitMap nei neonati affetti da asfissia neonatale, una condizione correlata a livelli ridotti di ossigeno durante la nascita, ha consentito di quantificare la gravità delle lesioni cerebrali e ha aiutato a prevedere l’esito neurocomportamentale.

Significato e prospettive future di BitMap

L’utilizzo della fisica per ottenere informazioni morfologiche e fisiologiche sul corpo umano non è un concetto nuovo: sono già molte le sue applicazioni in medicina. Per quanto riguarda il monitoraggio del cervello, la capacità di ottenere risultati immediati in tempo reale in modo non invasivo è fondamentale. I dispositivi BitMap possono essere impiegati per rilevare e caratterizzare il TBI, la commozione cerebrale in ambito sportivo, oltre al livello di consapevolezza dei pazienti in stato vegetativo. Ciò aiuta i medici a valutare la risposta individuale del paziente al trattamento e a regolare di conseguenza le cure. Guardando al futuro, Dehghani è fiducioso che «il futuro e la continuità dei finanziamenti contribuiranno all’ottimizzazione di queste tecnologie per monitorare la salute cerebrale nel corso degli interventi chirurgici e al miglioramento degli esiti clinici». Tali finanziamenti, insieme alla formazione ricevuta durante il progetto dai ricercatori in fase iniziale, alimenteranno le future innovazioni di sviluppo tecnologico per l’assistenza neurocritica. Nel lungo periodo, ciò si tradurrà in un miglior recupero per i pazienti e in una riduzione dei costi sanitari.

Parole chiave

BitMap, trauma cranico (TBI), luce nel vicino infrarosso, ipossia, commozione cerebrale, asfissia neonatale

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