A new diffuse correlation spectroscopy system for non-invasive assessment of tissue microvasculature health : preliminary measurements towards the stratification of COVID-19 patients

The current Pandemic emergency requires new methodologies and tools to deal with the SARS CoV-2 Virus. This Thesis discusses Diffuse Optics techniques (Time-resolved Reflectance Spectroscopy TRS e Diffuse Correlation Spectroscopy DCS) capable to tackle such need, being involved in the European Project VASCOVID. This initiative will provide a hybrid TRS-DCS instrument to monitor microvascular conditions of Intensive Care Unit Covid-19 patients, in order to contribute to their stratification and therapies personalization. The presented experimental work consists of a preliminary measurement session aiming at achieving an optimized arterial occlusion protocol, capable to provide a reproducible outcome on healthy subjects. Such in-vivo measurements have not determined an optimal configuration for the VASCOVID protocol; however, the achieved results suggest new promising setups. Meanwhile, a new DCS system is developed and characterized, with the general perspective of overcoming the current prototype limits in a future hybrid device. The characterization session has assessed an experimental agreement with the prototype, achieving a good level of stability and sensitivity to thermal variations of the employed phantom. Instead, further noise characterization sessions are necessary.

L’attuale emergenza pandemica impone l’esigenza di nuove metodologie e strumenti per affrontare il virus. Le tecniche di ottica biomedica trattate in questa Tesi (Time-resolved Reflectance Spectroscopy TRS e Diffuse Correlation Spectroscopy DCS) rispondono a tale necessità, venendo integrate nel progetto Europeo VASCOVID. Tale iniziativa fornirà uno strumento ibrido TRS-DCS per il monitoraggio delle condizioni microvascolari dei pazienti nelle terapie intensive Covid-19, contribuendo a una loro stratificazione e personalizzazione terapeutica. Il lavoro sperimentale qui presentato consiste in una sessione di misure preliminari al fine di ottenere un protocollo di occlusione arteriosa ottimizzato, in grado di fornire una risposta riproducibile su soggetti sani. Tali misure in-vivo non hanno stabilito una configurazione ottimale per il protocollo VASCOVID, suggerendo tuttavia nuove e promettenti possibilità. Parallelamente un nuovo sistema DCS viene sviluppato e caratterizzato, con la prospettiva di integrarlo in un nuovo dispositivo ibrido capace di superare i limiti del prototipo esistente. La sessione di caratterizzazione ha rilevato una coerenza sperimentale con il prototipo, raggiungendo un buon livello di stabilità e di sensibilità ai cambiamenti termici del campione impiegato. Ulteriori sessioni di caratterizzazione del rumore sono invece necessarie.