Optimization of a time domain near infrared spectroscopy medical device for visual cortex monitoring in glaucomatous subjects

The following master thesis concerns the application of a time domain (TD) functional near infrared spectroscopy (fNIRS) medical device, designed and developed within the Department of Physics of Politecnico di Milano, to noninvasively monitor the visual cortex oxygenation in patients affected by low pressure glaucoma. First, the theoretical basis of TD-fNIRS technique and the tools employed for data analysis are introduced. Then, a detailed description of the medical device is shown, togheter with an evaluation of its performances through standard international protocols. This work includes also the optimization and the final preparation of the experimental setup, based on a specific study about the optimal experimental configuration and the best stimulation protocol. Protocols and methods were tested on a group of healty volunteers at Department of Physics of Politecnico di Milano. Finally, we performed, at hospital Luigi Sacco (Milan), preliminary clinical in vivo measurements on 12 healty and 18 glaucomatous subjects in collaboration with Dr. Dario Messenio, ophthalmologist and Professor of neurophthalmological sciences at Università degli Studi di Milano. The results and the future perspectives of this clinical trial are discussed in detail in this thesis.

La seguente tesi di Laurea Magistrale riguarda l’applicazione di un dispositivo medico, basato sulla spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) risolta in tempo (TD) e sviluppato all’interno del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, al monitoraggio non invasivo dell’ossigenazione della corteccia visiva del cervello in pazienti affetti da glaucoma a bassa pressione. In primo luogo vengono introdotti i modelli e i principi fisici su cui si basa la tecnica TD-fNIRS e gli strumenti impiegati per l’analisi dei dati sperimentali. Sono poi presentate una descrizione dettagliata del dispositivo medico e una valutazione delle performance strumentali attraverso protocolli standard internazionali. Questo lavoro include anche l’ottimizzazione e la preparazione finale del setup sperimentale attraverso uno studio specifico sulla configurazione strumentale e sul protocollo di stimolazione più idoneo. Il protocollo e il metodo di misura sono stati testati su un gruppo di volontari sani presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano. Infine sono state eseguite, presso l’ospedale Luigi Sacco di Milano, delle misure cliniche preliminari su 12 soggetti sani e 18 pazienti affetti da glaucoma in collaborazione con il Dr. Dario Messenio, oculista e Professore di scienze neuroftalmologiche presso l’Università degli Studi di Milano. I risultati ottenuti e le prospettive future di questo studio clinico sono ampiamente discussi in questo elaborato.