Una tecnica ottica ibrida traccia il flusso sanguigno profondo nei tessuti viventi

Risolvere il rompicapo della profondità nel monitoraggio ottico dei tessuti

Quando i clinici illuminano la fronte per monitorare la circolazione cerebrale, il segnale di ritorno è contaminato dal sangue che scorre nello scalpo. La spettroscopia interferometrica nel vicino infrarosso convenzionale riesce a distinguere i segnali in base al tempo che la luce impiega ad attraversare i tessuti, ma raccoglie pochissimi fotoni, come riportato da MedicalXpress. Il rilevamento standard basato su telecamera cattura molta più luce, ma non riesce a conservare l'informazione sul tempo di volo quando il tessuto vivente cambia rapidamente. Per unire i vantaggi di entrambi gli approcci, Marcin Marzejon e Dawid Borycki hanno costruito uno strumento ottico ibrido, un'innovazione che abbina l'interferometria laser al rilevamento tramite telecamera.

«Il tempo di volo ci aiuta a selezionare la luce con un contributo maggiore dai tessuti più profondi. Quando combiniamo questa informazione con i cambiamenti causati dal movimento delle cellule del sangue, riusciamo a distinguere meglio i segnali della circolazione superficiale dal flusso sanguigno nei tessuti più profondi.»

— Dawid Borycki, responsabile del gruppo PICO presso ICTER

Tracciare i pattern di speckle con luce laser a 780 nanometri

Il sistema utilizza un laser che opera a una lunghezza d'onda di circa 780 nm nel vicino infrarosso, suddiviso in percorsi di misura complementari alimentati da un'unica sorgente luminosa. Mentre il fascio attraversa il tessuto biologico, si diffonde ripetutamente e forma sul sensore una distribuzione granulosa di punti chiari e scuri chiamata pattern di speckle. I globuli rossi in movimento modificano questo pattern nel tempo, consentendo al software di calcolare un indice di flusso sanguigno che riflette la velocità circolatoria, secondo MedicalXpress. I fotoni che seguono percorsi più lunghi attraverso le strutture profonde arrivano più tardi al rivelatore, permettendo all'apparecchiatura prototipo di differenziare le risposte fisiologiche profonde dal flusso superficiale della pelle.

Validare la sensibilità alla profondità su avambracci e fronti

I ricercatori hanno dimostrato la tecnica su due uomini sani di 33 e 43 anni, posizionando fibre ottiche a 1 cm di distanza l'una dall'altra sulla pelle durante test registrati in prove da un secondo. In un esperimento sull'avambraccio, il gonfiaggio di un bracciale per la pressione sanguigna ha bloccato il flusso e rallentato le variazioni dello speckle, seguito da un immediato picco sopra il valore basale una volta rilasciata la pressione, come dettagliato da MedicalXpress. In quella fase di iperemia reattiva, i fotoni in arrivo tardivo hanno mostrato un aumento del segnale molto più forte rispetto ai fotoni in arrivo precoce. Un test separato con una fascia elastica sulla fronte ha confermato che la luce in arrivo tardivo mostrava una risposta più debole alla compressione superficiale dello scalpo, verificando la sua sensibilità agli strati più profondi e mettendo in luce il potenziale clinico dell'invenzione.

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