Cuffie laser rilevano e il rischio di ictus attraverso il flusso sanguigno

Roma – Sviluppato un dispositivo basato su cuffie che può essere utilizzato per valutare in modo non invasivo il rischio di ictus di un paziente monitorando le variazioni del flusso e del volume del sangue mentre un partecipante trattiene il respiro. Il dispositivo, frutto del lavoro di un gruppo di ingegneri e scienziati del Caltech e della Keck School of Medicine dell’USC, descritto su Biomedical Optics Express, incorpora un sistema basato sul laser e ha mostrato risultati promettenti in termini di differenziazione tra individui a basso e alto rischio di ictus. Quando i medici vogliono saperne di più sul rischio di malattie cardiovascolari di un paziente, possono prescrivere un test da sforzo cardiaco. Ma, quando si tratta di rischio di ictus, non esiste un test equivalente, scalabile e conveniente, della funzione cerebrale che aiuti i medici a definire il potenziale rischio di un paziente. Attualmente, il miglior strumento per stimare tale rischio è un questionario che chiede ai pazienti di indicare i fattori di rischio che vi contribuiscono. L’ictus colpisce ogni anno circa 800.000 americani ed è la principale causa di disabilità grave e a lungo termine negli Stati Uniti. La patologia è causata dall’ostruzione o dalla rottura di un’arteria del cervello, con conseguente riduzione del flusso sanguigno. In mancanza di ossigeno, le cellule cerebrali muoiono rapidamente, circa due milioni al minuto durante un ictus. “Con questo dispositivo, per la prima volta, avremo un modo per sapere se il rischio di avere un ictus in futuro è significativo o meno sulla base di una misurazione fisiologica”, ha spiegato Simon Mahler, coautore di un articolo che descrive la nuova tecnica e borsista post-dottorato nel laboratorio di Changhuei Yang, professore di ingegneria elettrica, bioingegneria e ingegneria medica al Caltech e ricercatore dell’Heritage Medical Research Institute. “Pensiamo che questo possa davvero rivoluzionare il modo in cui viene valutato il rischio di ictus e aiuterà i medici a determinare se il rischio di un paziente è stabile o sta peggiorando”, ha proseguito Mahler. “La nostra tecnologia ottica per misurare in modo non invasivo il flusso sanguigno dovrebbe essere utile per una serie di applicazioni di malattie cerebrali”, ha affermato Yang, che è anche il responsabile esecutivo per l’ingegneria elettrica del Caltech. Egli ha sottolineato che questo progetto fa parte di una collaborazione più ampia con Charles Liu, professore di chirurgia neurologica clinica, chirurgia, psichiatria e scienze comportamentali e ingegneria biomedica presso la Keck School of Medicine della USC, e il suo gruppo di ricerca. In generale, i vasi sanguigni diventano più rigidi con l’avanzare dell’età, il che significa che fanno più fatica a dilatarsi per consentire il passaggio del sangue. Questo, a sua volta, significa che la persona è più incline all’ictus. La squadra di scienziati del Caltech ha sviluppato un dispositivo compatto che proietta la luce laser a infrarossi attraverso il cranio e nel cervello in un punto e poi utilizza una speciale telecamera nelle vicinanze per raccogliere la luce che rimbalza dopo essere stata dispersa dal sangue che scorre nei vasi sanguigni. L’approccio, chiamato spettroscopia ottica a contrasto speckle, SCOS, misura la diminuzione dell’intensità della luce dal punto in cui entra nel cranio al punto in cui viene raccolta la luce rimbalzata per determinare il volume di sangue nei vasi sanguigni del cervello; inoltre, rileva il modo in cui la luce si disperde e crea dei puntini nel campo visivo della telecamera. Le macchioline fluttuano nelle immagini a seconda della velocità del flusso sanguigno nei vasi sanguigni. Più il sangue scorre velocemente, più il campo di macchioline cambia rapidamente. I ricercatori possono utilizzare queste misurazioni per calcolare un rapporto tra il flusso e il volume di sangue che scorre attraverso il vaso, per avere un’idea del rischio di ictus del paziente. Il gruppo di ricerca ha condotto uno studio su 50 partecipanti e ha utilizzato il questionario sul rischio di ictus attualmente in uso, il Cleveland Stroke Risk Calculator, per dividere i partecipanti in due gruppi: uno a basso rischio e uno ad alto rischio. Gli scienziati hanno quindi misurato il flusso sanguigno in ogni volontario per tre minuti, quantificando la portata e il volume del sangue che raggiunge il cervello. Dopo un minuto, i ricercatori hanno chiesto ai partecipanti di trattenere il respiro, un’azione che mette sotto stress il cervello, che inizia a notare che sta assorbendo troppa anidride carbonica e poco ossigeno. Il cervello entra in quella che Mahler definisce “modalità panico” e inizia a pompare ossigeno dal resto del corpo verso di sé, aumentando notevolmente il flusso sanguigno nel cervello. Una volta smesso di trattenere il respiro, i livelli di ossigeno tornano ai valori di base. Sebbene ciò avvenga sia nelle persone a basso che ad alto rischio di ictus, i ricercatori hanno riscontrato differenze tra i gruppi in termini di movimento del sangue attraverso i vasi. La tecnica SCOS consente ai ricercatori di misurare quanto si espandono i vasi sanguigni mentre il soggetto trattiene il respiro e quanto più velocemente il sangue fluisce attraverso i vasi in risposta. “Queste misure reattive sono indicative della rigidità dei vasi”, ha evidenziato Yang. “La nostra tecnologia consente di effettuare per la prima volta questo tipo di misurazioni in modo non invasivo”, ha proseguito Yang. “Quello che abbiamo trovato è una prova chiara e lampante di una diversa reazione del flusso sanguigno e del volume sanguigno tra i due gruppi”, ha aggiunto Yu Xi Huang, coautore del nuovo lavoro e studente laureato nel laboratorio di Yang. Nel gruppo a basso rischio di ictus, i ricercatori hanno osservato un minore aumento del flusso sanguigno durante l’esercizio di trattenimento del respiro rispetto al gruppo ad alto rischio di ictus, ma un maggiore aumento del volume sanguigno, indice del fatto che una maggiore quantità di sangue è in grado di fluire attraverso i vasi sanguigni allargati. “Possiamo vedere chiaramente che il gruppo a rischio più elevato ha un rapporto tra flusso e volume più alto, con un flusso più veloce ma un volume di sangue inferiore durante la respirazione”, ha evidenziato Mahler. “Ciò – ha precisato Mahler – è dovuto alla rigidità dei vasi sanguigni e indica una maggiore probabilità di rottura”. “Se una persona si presentasse con un valore estremamente elevato del rapporto tra flusso e volume, potremmo sospettare che avrà un ictus nel prossimo futuro”, ha sottolineato Mahler. Il gruppo di ricerca sta conducendo ulteriori ricerche utilizzando l’attuale prototipo del dispositivo di imaging su pazienti di un ospedale di Visalia, in California, per raccogliere ulteriori dati da una popolazione più ampia e diversificata. I ricercatori prevedono inoltre di incorporare l’apprendimento automatico nel processo di raccolta dei dati del dispositivo e di condurre una sperimentazione clinica che preveda il monitoraggio dei pazienti per oltre due anni per migliorare la tecnologia. Gli scienziati sperano che il dispositivo possa essere utilizzato in modo esteso non solo per la preselezione del rischio di ictus, ma anche per aiutare a individuare l’esatta posizione nel cervello in cui potrebbe essersi già verificato un ictus. (30Science.com)