Espectroscopia de infravermelho próximo para monitoramento não invasivo da pressão intracraniana

A equipe de pesquisa da CMU avaliou o desempenho do estimador de PIC em formas de onda cardíacas médias derivadas de NIRS (ΔHbO e ΔHbT) em relação ao seu desempenho em formas de onda cardíacas médias baseadas em DCS (fluxo sanguíneo cerebral ou ‘CBF’). (a) Histograma de distribuição de ICP para ambos os conjuntos de treino e teste em todas as três modalidades. Mais dados estavam disponíveis em valores mais baixos de PIC, especialmente entre 5 e 10 mmHg. (b)-(d) Gráficos de correlação para ΔHbO, ΔHbT e CBF. Forte coeficiente de determinação (r2) para todos os métodos indica que o modelo tem um bom desempenho na estimativa de ICP. Crédito: Relander et al, Neurofotônica (2022). DOI: 10.1117/1.NPh.9.4.045001.

Um aumento da pressão intracraniana (PIC) é uma condição perigosa que pode ser causada por hemorragias cerebrais, tumor cerebral, edema cerebral, lesão cerebral traumática e hidrocefalia. O monitoramento da PIC é, portanto, um aspecto fundamental do atendimento ao paciente com esses distúrbios. Além disso, as medidas da PIC são relevantes para estimar a pressão de perfusão cerebral (PPC), um indicador de autorregulação cerebral (AC). A CPP está ligada à função neuronal e ao acoplamento neurovascular, e a CA define como o cérebro mantém um fluxo sanguíneo constante.

Dadas essas amplas implicações e aplicações na tomada de decisões clínicas, o monitoramento preciso da PIC é uma ferramenta vital de gerenciamento de pacientes. Embora as ferramentas atuais para monitoramento da PIC sejam precisas, elas podem causar hemorragia ou infecções e são demoradas. Embora existam alternativas não invasivas, elas apresentam limitações como baixa generalização, baixa capacidade preditiva e falta de confiabilidade. Assim, a espectroscopia de correlação difusa (DCS) e espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) estão surgindo como soluções não invasivas promissoras. Notavelmente, o NIRS tem várias vantagens sobre outros métodos não invasivos – baixo custo, compatibilidade à beira do leito para monitoramento contínuo e de longo prazo, juntamente com independência do usuário.

Em um novo estudo publicado em Neurofotônica, pesquisadores da Carnegie Mellon University (CMU) implantaram com sucesso um dispositivo NIRS para monitorar continuamente as mudanças na concentração de hemoglobina. A equipe baseou-se em pesquisas anteriores, onde estimaram a PIC a partir de recursos de forma de onda cardíaca medidos usando DCS e também identificaram a correlação entre as alterações relativas na concentração de oxiemoglobina e a PIC. Mas como eles conseguiram medir o ICP usando os dados do NIRS? O primeiro autor do estudo, Filip Relander, explica: “Desenvolvemos e treinamos uma floresta aleatória (RF) algoritmo de regressão correlacionar a morfologia das formas de onda de pulso cardíaco obtidas por NIRS com pressão intracraniana.”

Para validar seu algoritmo, eles realizaram testes preliminares em um modelo pré-clínico. Eles mediram as flutuações na PIC invasiva e na pressão arterial enquanto perfilavam as alterações nas concentrações de hemoglobina. Em seguida, eles examinaram o desempenho dos sinais derivados da concentração de hemoglobina e CBF para verificar com precisão a precisão de seu algoritmo.

Do ponto de vista de prova de conceito, os resultados foram muito promissores. Houve alta correlação entre a PIC estimada pelo algoritmo de RF e a PIC real medida por técnicas invasivas. “Mostramos, validando os resultados com dados invasivos de PIC, que o algoritmo de RF treinado aplicado a formas de onda cardíacas baseadas em NIRS pode ser usado para estimar a PIC com alto grau de precisão”, explica Jana Kainerstorfer, Professora Associada de Engenharia Biomédica da CMU e autor sênior do estudo. Além disso, os resultados indicaram que o algoritmo de RF pode interpretar características de forma de onda extraídas de NIRS e DCS, destacando sua usabilidade.

Os parâmetros utilizados no algoritmo podem ser obtidos a partir de medidas de NIRS, combinadas com eletrocardiogramas e pressão arterial média, que são utilizados regularmente para avaliação clínica. Assim, se esta plataforma baseada em RF pode produzir medições robustas de ICP em testes humanos subsequentes, seu potencial para uso clínico seria tremendo. De acordo com Neurofotônica Editor Associado Rickson C. Mesquita, Professor da Universidade de Campinas, “Avaliar a PIC de forma não invasiva é de grande valia para o monitoramento de pacientes em estado crítico, como os da unidade de terapia intensiva. O futuro da NIRS neste espaço é animador.”