Uma nova maneira de monitorar o fluxo sanguíneo no cérebro – a técnica πNIRS – pode revolucionar os diagnósticos médicos

Monitorar o suprimento adequado de sangue para o cérebro é crucial, não apenas para prevenir doenças neurológicas, mas também para tratá-las. A técnica de espectroscopia interferométrica de infravermelho próximo paralelo, ou simplesmente πNIRS, pode facilitar a vida de médicos e pacientes em todo o mundo.

O sangue conduz todo o nosso corpo e é especialmente importante para Função cerebral. Em média, cerca de 50 ml/min/100 g flui através do tecido cerebral – cerca de 80-90 ml/min/100 g através da substância cinzenta e 20-30 ml/min/100 g através da substância branca. Quando há falta de oxigênio e falta de suprimento adequado de sangue, ocorre a morte das células nervosas, resultando em um derrame. Afeta cerca de 70.000 pessoas todos os anos na Polônia.

Por isso é fundamental monitorar o fluxo sanguíneo cerebral na prevenção e tratamento de doenças. A neurologia atual oferece muitos métodos eficazes para fazer isso, mas muitos deles têm suas fraquezas. Agora, uma equipe de neurocientistas, liderada por pesquisadores do International Center for Translational Eye Research (ICTER), desenvolveu uma técnica que pode melhorar significativamente o monitoramento do fluxo sanguíneo cerebral in vivo. É descrito em um artigo publicado na revista Óptica Biomédica Express.

Como monitorar o fluxo sanguíneo cerebral?

O fluxo sanguíneo cerebral (FSC) utiliza cerca de 15% do débito cardíaco para levar as substâncias essenciais (oxigênio e glicose) ao cérebro e retirar as desnecessárias (produtos do metabolismo). Qualquer desvio da norma pode causar disfunção cerebral temporária e desencadear doenças irreversíveis, com a doença de Alzheimer em primeiro plano. É por isso que o monitoramento não invasivo do CBF é tão importante e existem várias ferramentas práticas para isso.

Primeiro, há ressonância magnética funcional imagiologia (fMRI), provavelmente o mais utilizado Teste de diagnostico no mundo. Ele permite monitorar mudanças locais no suprimento de sangue cerebral e flutuações associadas na atividade neuronal in vivo. A técnica oferece imagens de alta resolução, mas é bastante cara e difícil de usar em crianças pequenas, por exemplo. É aqui que os métodos ópticos vêm em socorro.

A oxigenação cerebral pode ser avaliada usando espectroscopia funcional de infravermelho próximo (fNIRS). Essa técnica permite a medição não invasiva da oxigenação cerebral regional por meio da absorção seletiva da radiação de ondas eletromagnéticas na faixa de 660-940 nm por cromóforos no corpo humano. É frequentemente usado como uma ferramenta para ajudar a monitorar a condição do paciente, inclusive durante a neurocirurgia.

Olhando mais além, o fluxo sanguíneo pode ser continuamente monitorado por espectroscopia de correlação difusa (DCS). No entanto, suas modificações mais avançadas são baseadas em lasers de onda contínua (CW), que impedem medições absolutas. A espectroscopia interferométrica de infravermelho próximo (iNIRS) pode ajudar aqui.

Ainda assim, estudos anteriores mostraram que esse método é muito lento para detectar mudanças imediatas no fluxo sanguíneo que se traduzem em atividade neuronal. Isso porque é um sistema monocanal, que mede a intensidade apenas do monomodo da luz coletada da amostra.

πNIRS inovador

Uma equipe de pesquisadores do ICTER decidiu modificar o iNIRS, contando com espectroscopia interferométrica de infravermelho próximo paralelo (πNIRS) para detecção multicanal do fluxo sanguíneo cerebral. Para conseguir isso, foi necessário alterar o sistema de detecção iNIRS.

No πNIRS, os sinais ópticos coletados são registrados com uma câmera CMOS bidimensional operando a uma taxa de quadros ultrarrápida (~1 MHz). Cada pixel na sequência de imagens gravadas torna-se efetivamente um canal de detecção individual. Com essa abordagem, é possível obter dados semelhantes aos disponíveis com o iNIRS, mas muito mais rápido – até mesmo por ordens de grandeza.

Tal melhoria, por sua vez, se traduz em maior sensibilidade do sistema e precisão da própria detecção. É possível detectar mudanças rápidas no fluxo sanguíneo relacionadas à ativação de neurônios, por exemplo, em resposta a um estímulo externo ou medicamento administrado. A solução pode ser útil para diagnosticar distúrbios neuronais relacionados ao CBF e avaliar a eficácia de abordagens terapêuticas, por exemplo, para doenças neurodegenerativas.

“Este projeto irá melhorar os sistemas rápidos e não invasivos para monitoramento de sangue cerebral humano in vivo. O monitoramento contínuo e não invasivo do fluxo sanguíneo pode ajudar a tratar doenças cerebrais significativas. Além disso, a detecção rápida de sangue fluxo nos aproximará do desenvolvimento de uma interface cérebro-computador (BCI) não invasiva que possa ajudar pessoas com deficiências. Por fim, nosso projeto fortalecerá a tradição do desenvolvimento polonês em óptica de difusão”, disse Dawid Borycki, do ICTER.

Testes confirmaram que a técnica usada monitora efetivamente a atividade do córtex pré-frontal in vivo. Além disso, pode ser aprimorado ainda mais graças ao desenvolvimento da tecnologia LiDAR e da imagem volumétrica ultrarrápida do olho, reduzindo o custo das câmeras CMOS. Assim, a técnica πNIRS pode monitorar fluxo sanguíneo cerebral e mudanças de absorção de mais de uma localização espacial.

Os dados obtidos pela técnica πNIRS podem ser aplicados ao diagnóstico de distúrbios circulatórios cerebrais, o que facilitará a avaliação do estado do paciente e permitirá prever resultados precoces e a longo prazo do tratamento.