Un nou mètode avalua malalties pulmonars sense ser invasiu

 

L'equip liderat per l'investigador principal del CIBER-BBN, líder de Grup de Processament i Interpretació de Senyals Biomèdics (BIOSPIN) de l'IBEC i professor de la UPC, Raimon Jané, en col·laboració amb investigadors de l'IMEC dels Països Baixos i Bèlgica, i el Ziekenhuis Oost-Limburg Hospital a Bèlgica, han desenvolupat un mètode no invasiu per avaluar malalties pulmonars com el MPOC.

Representació de la ubicació dels elèctrodes (EP)

La nova metodologia, no invasiva, quantificable i publicada a 'IEEE Transactions on Biomedical Engineering Journal', es va aplicar a pacients amb MPOC i es basa en la combinació de bioimpedància i senyals miogràfiques per mesurar la contribució de l'activitat dels músculs inspiratoris a la ventilació pulmonar.

Aquesta proposta és un dels resultats rellevants del projecte conjunt 'Evaluació dels índexs no invasius per monitorització respiratòria, amb focus en l'aplicabilitat a la llar' de l'IBEC i IMEC, i del projecte 'Ecosistema de salut intel·ligent (eines, aplicacions i dispositius) per a la Medicina Personalitzada i la Cura de la Salut en Malalties Respiratòries i Trastorns del Somni '(SappHiRES).

La disfunció dels músculs respiratoris passa amb molta freqüència en pacients amb MPOC i contribueix a la seva sensació de manca d'aire. Aquesta disfunció es mesura per l'activitat dels músculs inspiratoris i la despesa respiratori global, i les dades es comparen amb persones sanes per avaluar l'efectivitat dels músculs respiratoris en la ventilació.

Un exemple d'un procediment actual per avaluar la disfunció dels músculs respiratoris és un mesurament invasiva de l'esforç respiratori neural de la part crural del diafragma mitjançant un catèter, que resulta incòmode per al pacient, requereix una assistència clínica especialitzada i representa una limitació per al seguiment sistemàtic de malalties.

Alguns procediments no invasius per avaluar la disfunció pulmonar inclouen el mesurament de senyals fisiològics mitjançant sensors de superfície adherits a la pell del pacient, com bioimpedància i senyals miográficas. D'una banda, la bioimpedància mesura la capacitat d'un teixit biològic per impedir un corrent elèctric.

D'altra banda, els senyals electromiogràfiques (EMG) i mecanomiográficas (MMG) mesuren l'activitat elèctrica i mecànica dels músculs respectivament, en el cas d'aquest estudi, la paret toràcica inferior. S'ha demostrat que aquestes tres mesures no invasives són capaços d'avaluar la respiració de forma independent, però mai s'havien combinat per oferir una imatge més àmplia de les disfuncions pulmonars.

"La novetat de l'enfocament presentat en aquest treball es basa en els mesuraments simultànies i no invasives de bioimpedància i senyals musculars elèctriques i mecàniques dels espais intercostals inferiors, per investigar les respostes ventilatòries durant la respiració dels pacients amb MPOC", ha dit la primera autora de la feina, Dolors Blanc-Almazán.

En aquest estudi, els senyals de bioimpedància, EMG i MMG es van adquirir utilitzant un dispositiu de recerca portàtil i un sistema d'adquisició estàndard cablejat. Els senyals de bioimpedància i EMG van ser capturades per elèctrodes de superfície, mentre que els senyals de MMG van ser registrades per un acceleròmetre, tots fixats adhesivament a la regió toràcica dels pacients que van romandre còmodament asseguts en posició dreta durant tot el procediment.

La nova versió de sistema d'adquisició utilitzat, un sistema a 'xip' ( 'SoC'), permet l'enregistrament simultània de bioimpedància, EMG i MMG aplicant un enfocament multimodal per reduir la intrusió, el que reforça la idea d'una monitorització de la respiració còmoda per al pacient i el seu potencial ús ambulatori o domiciliari.

Els investigadors proposen dos nous índexs per quantificar la disfunció dels músculs respiratoris en pacients amb MPOC: els coeficients BER i BMR. Avaluen la variació de la bioimpedància i l'activitat elèctrica i mecànica durant cada cicle respiratori i quantifiquen la contribució de l'activació dels músculs inspiratoris de la paret toràcica inferior a la ventilació, és a dir, la relació entre la bioimpedància i l'EMG (BER) i la MMG (BMR).

Aquests nous índexs consideren diferents paràmetres relacionats amb el patró respiratori i van mostrar diferències significatives entre els pacients amb MPOC lleu i severa, presentant els pacients lleus una major contribució dels músculs inspiratoris a la ventilació respiratòria global que els severs, és a dir, els pacients amb MPOC severa necessiten significativament majors nivells d'activitat elèctrica i mecànica dels músculs per respirar.

Per tant, tant la bioimpedància com els senyals miogràfiques són alternatives potencials als mètodes invasius i molestos tradicionals usats per caracteritzar les malalties respiratòries. "Aquest treball avalua la contribució de l'activitat muscular a la ventilació respiratòria global mitjançant l'ús de dos nous índexs i valida l'ús combinat de bioimpedància i senyals miográfiques per proporcionar paràmetres útils per avaluar la MPOC de forma no invasiva", ha comentat Raimon Jané .

El nou procediment proposat en aquest estudi obre les portes a reforçar la combinació de bioimpedància i senyals miogràfiques per monitoritzar malalties respiratòries de forma no invasiva i totalment quantificable, ajudant a avaluar la millora o deteriorament de la disfunció pulmonar en pacients amb MPOC.