Dispositivo óptico distingue sinais de fluxo sanguíneo do cérebro e couro cabeludo

Medir o fluxo sanguíneo no cérebro é fundamental para responder a uma série de problemas neurológicos, incluindo acidente vascular cerebral, lesão cerebral traumática (TCE) e demência vascular. Mas as técnicas existentes, incluindo a ressonância magnética e a tomografia computadorizada, são caras e, portanto, não estão amplamente disponíveis.

Pesquisadores do Centro de Neurorestauração da USC e do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) construíram uma alternativa simples e não invasiva. O dispositivo utiliza uma técnica atualmente usada em estudos com animais, conhecida como espectroscopia óptica de contraste de manchas (SCOS), e a adapta para potencial uso clínico em humanos. Ele funciona capturando imagens de luz laser dispersa com uma câmera acessível e de alta resolução.

“É realmente simples assim. Pequenas células sanguíneas passam por um feixe de laser, e a forma como a luz se espalha nos permite medir o fluxo sanguíneo e o volume no cérebro”, disse Charles Liu, MD, Ph.D., professor de cirurgia neurológica clínica, urologia e cirurgia na Keck School of Medicine da USC, diretor do Centro de Neurorestauração da USC e co-autor sênior da nova pesquisa.

O dispositivo já foi testado em humanos em pequenos estudos de prova de conceito que demonstram a utilidade da ferramenta para avaliando o risco de acidente vascular cerebral e detecção de lesão cerebral.

No presente estudo, Liu e a sua equipa procuraram confirmar que o SCOS está realmente a medir o fluxo sanguíneo no cérebro, e não no couro cabeludo, que também contém muitos vasos sanguíneos. A questão há muito atormenta os pesquisadores que usam tecnologia baseada em luz para visualizar o cérebro.

A equipe de Liu adotou uma abordagem inovadora: ao bloquear temporariamente o fluxo sanguíneo para o couro cabeludo, eles confirmaram que as leituras do SCOS estavam de fato medindo sinais dos vasos sanguíneos do cérebro.

As leituras de 20 participantes mostraram que posicionar o detector a pelo menos 2,3 centímetros de distância da fonte do laser proporcionou a medição mais clara do fluxo sanguíneo cerebral. O estudo está publicado na revista Bioengenharia APL.

“Pela primeira vez em humanos, esta evidência experimental mostra que um dispositivo óptico de laser speckle pode sondar além das camadas do couro cabeludo para acessar sinais cerebrais”, disse Simon Mahler, Ph.D., que agora é professor assistente no Departamento de Engenharia Biomédica do Stevens Institute of Technology e um dos co-autores do artigo.

“Este é um passo importante para usar o SCOS para medir de forma não invasiva o fluxo sanguíneo no cérebro”.

Rastreando o fluxo sanguíneo cerebral

Durante anos, os pesquisadores que medem os sinais cerebrais com tecnologia baseada em luz, como lasers e fibras ópticas, usaram simulações estatísticas para estimar quais sinais se originam no cérebro e quais são os sinais que se originam no couro cabeludo.

A equipe do Centro de Neurorestauração da USC encontrou uma maneira direta de testar a diferença, graças a uma colaboração entre cirurgiões, engenheiros e neurologistas.

“Eu realizo cirurgias para aumentar o fluxo sanguíneo no cérebro, e muitas delas envolvem a interrupção temporária do fluxo sanguíneo no couro cabeludo”, disse Jonathan Russin, MD, agora professor e chefe de neurocirurgia da Universidade de Vermont, que continua a colaborar com o Centro de Neurorestauração da USC.

“Isso nos deu uma maneira simples de testar a tecnologia – criando uma mudança que afetou apenas a circulação do couro cabeludo, deixando intacto o fluxo sanguíneo do cérebro.”

Em 20 participantes, os investigadores interromperam temporariamente o fluxo sanguíneo para o couro cabeludo e depois recolheram uma série de leituras SCOS. Ao mover gradualmente o detector para mais longe da cabeça, eles capturaram sinais que alcançavam progressivamente mais profundamente o cérebro.

Eles descobriram que posicionar o detector a 2,3 centímetros da cabeça permitiu medir o fluxo sanguíneo cerebral, minimizando a interferência do couro cabeludo.

As descobertas confirmam a utilidade do SCOS na detecção não invasiva do fluxo sanguíneo cerebral e fornecem orientações importantes para outros pesquisadores que trabalham com tecnologia baseada em luz, disse Liu.

Levando SCOS aos pacientes

Além do avanço da pesquisa, o estudo ajuda a confirmar o potencial clínico do SCOS na detecção e resposta a acidentes vasculares cerebrais, lesões cerebrais e demência. Como toda a pesquisa da equipe foi feita com seres humanos, a ferramenta está preparada para ser transferida rapidamente do laboratório para a clínica.

“Olhamos diretamente para os humanos essencialmente da mesma forma que a ferramenta será aplicada, então não há nada perdido na tradução”, disse Liu. “Nunca estamos a mais de um passo do problema que estamos tentando resolver.”

A técnica já está sendo utilizada por alguns colaboradores da equipe para auxiliar no diagnóstico de AVC e TCE. A seguir, os pesquisadores continuarão refinando a tecnologia e o software, trabalhando para melhorar a resolução das imagens e a qualidade dos dados extraídos das leituras.

“Com o conhecimento de que agora estamos medindo exatamente o que pretendemos medir, também vamos expandir os testes desta técnica com pacientes em ambientes clínicos”, disse Liu.