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Dipartimento di Pediatria |
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N I R S |
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Near Infrared Spectroscopy |
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Cos’e’ la NIRS |
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La Spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS, Near Infrared Spectroscopy) è stata recentemente indicata negli “Annals of the New York Academy of Sciences” (Annals of the New York Academy of Sciences 939:101-113;2001) come una tecnologia tra le più promettenti nella prossima decade nel monitoraggio finalizzato alla neuro-protezione, essendo in grado di misurare a livello regionale parametri come l’ossigenazione ed il flusso ematico tissutale cerebrale. La NIRS è una tecnica diagnostica non invasiva ed in tempo reale, in grado di misurare l’ossigenazione tissutale utilizzando strumentazioni portatili, relativamente a basso costo. Queste caratteristiche la rendono strumento di grande valore potenziale nell’assistenza perinatale. La NIRS utilizza un mezzo innocuo per studiare i tessuti biologici, la radiazione ottica, precisamente la banda spettrale nel vicino infrarosso (NIR, 700-950 nm). Il fotone NIR lanciato nel tessuto biologico non lo attraversa secondo un percorso rettilineo tra sorgente e rivelatore, come nel caso del fotone X, bensì esegue un percorso maggiore, assimilabile ad una spezzata, più o meno complessa a seconda del numero di “eventi di scattering” a cui va incontro, che si conclude con l’assorbimento totale del fotone da parte del tessuto (evento raro nella banda spettrale NIR) o con la sua fuoriuscita dal tessuto (fotoni “trasmessi” e fotoni “riflessi”). Le sonde NIR più utilizzate hanno la sorgente rivelatrice, cioè una o più fibre ottiche che captano la radiazione luminosa fuoriuscita dal tessuto biologico dopo aver percorso un tragitto di profondità variabile e di forma paragonabile ad una “banana” (“banana shape”), dalla stessa parte della sorgente luminosa (“spettroscopia in riflettanza”, a differenza della “spettroscopia in trasmissione” in cui le sorgenti rivelatrice e luminosa sono posizionate ai lati opposti del tessuto da studiare). La distanza massima tra l’estremità della fibra rivelatrice e quella della fibra che emette la radiazione ottica è di solito 3,5-4 cm, permettendo ai fotoni NIR di penetrare nel tessuto biologico sottostante fino ad una profondità massima di 3-3,5 cm. Il fotone NIR nel tessuto biologico subisce 2 processi principali: la diffusione (scattering) e l’assorbimento, entrambi lunghezza d’onda-dipendenti. La diffusione, processo dominante nella banda spettrale NIR, è alla base del tipico percorso a zig-zag del fotone all’interno del tessuto, ed è quantizzata dal coefficiente di scattering (µs), misurabile con le recenti metodiche NIRS risolte nel tempo. L’assorbimento da parte del tessuto biologico è basso nella banda spettrale NIR, è principalmente dovuto all’emoglobina, e quantizzato dal coefficiente di assorbimento (µa), misurabile indipendetemente da µs con le recenti metodiche NIRS risolte nel tempo. L’emoglobina ossigenata (HbO2) e l’emoglobina deossigenata (Hb) hanno spettri di assorbimento differenti nel NIR. Tale caratteristica permette di misurare separatamente le 2 forme di Hb e quindi la saturazione in ossigeno dell’Hb (StO2) nei tessuti studiati. La complessità dell’interazione luce NIR - tessuto biologico è alla base del continuo evolvere delle tecnologie NIRS utilizzate in campo sperimentale e clinico. Gli strumenti NIR presenti sul mercato e maggiormente sperimentati utilizzano tecniche basate sull’emissione di luce “in continua”, ad intensità costante, in grado di ottenere misure “relative” dell’ossigenazione tissutale, misure quindi delle variazioni della StO2 in un certo tessuto. La strumentazione per spettroscopia NIR risolta in tempo (dominio del tempo, o dominio delle frequenze), basata sull’emissione di luce ad intensità variabile nel tempo (nel dominio delle frequenze la radiazione ottica viene modulata sinusoidalmente in ampiezza a radiofrequenza), permette di ottenere dati che riproducono il reale stato dell’ossigenazione dei tessuti biologici indagati, mediante il dosaggio “assoluto” dell’HbO2 e Hb e quindi della StO2. |
