Dispositivo medico per il monitoraggio dell'ossigenazione cerebrale mediante spettroscopia nel vicino infrarosso risolta in tempo

This work focuses on an innovative time-resolved Near Infrared Spectroscopy (NIRS) instrument and on its applications, from performances assessment of the diffuse optical instrumentation by means of MEDPHOT and BIP protocols, to in vivo measurements on healthy volunteers. NIRS is a non-invasive and inexpensive technique suitable for clinical environments without requiring particular restrictions on patients’ movements during measurements, as needed in other methods (e.g. PET, MRI). The development of this new medical device aims at monitoring intensive neurological care in case of acute ischemic stroke, retrieving the values of the absolute concentration of oxy-haemoglobin (OHB) and deoxy-haemoglobin (HHB) and thus, the saturation SO2. This work is divided into 4 chapters: (1) The first chapter is dedicated to the description of the technique and the related models; (2) The second chapter describes the instrument and its modules: power supply, sources module, detectors and acquisition sections; (3) The third chapter describes the two characterization protocols employed and the results obtained with the medical device object of this thesis;(4) Finally, the fourth chapter shows the results of preliminary in vivo measurements performed on 9 healthy volunteers. The scope of the measurements is the validation “on the field” of the instrument and the determination of a first database of measurements, in order to understand the normal variability inter and intra subjects comparing in particular the variation in the same hemisphere and between hemispheres of the same subject. The results validate the possibility to use this medical device, based on TD-NIRS principles, with the aim of monitoring the cerebral oxygenation in case of acute ischemic stroke.

Questa tesi si focalizza su un dispositivo medico innovativo che si basa sui principi della spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS), dalla valutazione delle sue performance tramite i protocolli MEDPHOT e BIP, fino a misure in vivo su volontari sani. La NIRS è una tecnica non invasiva, a basso costo e adeguata all’utilizzo in ambiente clinico dato che non necessita di particolari restrizioni nei movimenti dei pazienti, come richiesto da altre tecniche (es. PET, MRI). Lo sviluppo di questo nuovo dispositivo mira al monitoraggio di un evento ischemico acuto, ricavando i valori assoluti di concentrazione di ossiemoglobina e deossiemoglobina e quindi della saturazione SO2. Questa tesi è suddivisa in 4 capitoli:(1) Il primo capitolo è dedicato alla descrizione della tecnica e i relativi modelli teorici; (2) Il secondo capitolo descrive lo strumento e i suoi moduli: alimentazione, sorgente, rivelazione e acquisizione;(3) Il terzo capitolo descrive i due protocolli di caratterizzazione utilizzati e i risultati ottenuti sul dispositivo medico oggetto di questa tesi; (4) Infine, il quarto capitolo mostra i risultati di misure in vivo preliminari su 9 volontari sani. Lo scopo di queste misure è la validazione “sul campo” dello strumento e la determinazione di un primo set di misure per capire la normale variabilità all’interno dello stesso soggetto e tra soggetti differenti, confrontando in particolare la variazione nello stesso emisfero e tra emisferi di un soggetto. I risultati ottenuti in questa tesi confermano la possibilità di utilizzare questo dispositivo medico per il raggiungimento dello scopo prefissato, cioè l'uso di una strumentazione TD-NIRS per il monitoraggio dell'ossigenazione cerebrale nel paziente post acuto affetto da ictus.