Conveniente, portatile e autonomo

Sep 03, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20613 (2022) Citare questo articolo

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Dettagli sulle metriche

L’accessibilità dei dispositivi di screening diagnostico e di monitoraggio del trattamento per le malattie respiratorie è fondamentale per promuovere l’assistenza sanitaria e ridurre complicazioni improvvise e mortalità. La spirometria è lo standard per la diagnosi e il monitoraggio di diverse malattie polmonari. Tuttavia, manca la capacità di valutazione regionale necessaria per individuare sottili cambiamenti regionali in alcune malattie. Richiede anche manovre respiratorie impegnative difficili per anziani, bambini e pazienti malati. Qui, abbiamo realizzato un sistema di tomografia ad impedenza elettrica (EIT) economico, portatile e autosomministrabile per la valutazione della funzione polmonare e la telemedicina a domicilio. Attraverso studi simultanei di spirometria EIT su soggetti sani, abbiamo dimostrato che il nostro dispositivo può prevedere gli indicatori spirometrici su un ampio intervallo e può fornire una mappatura regionale di questi indicatori. Abbiamo sviluppato ulteriormente un paradigma di respirazione quasi senza sforzo e lo abbiamo testato monitorando longitudinalmente un soggetto dimesso dal COVID-19 e due controlli sani con risultati che suggeriscono che il paradigma può rilevare il deterioramento iniziale seguito dal recupero. Nel complesso, il sistema EIT può essere ampiamente applicabile per lo screening e il monitoraggio della funzionalità polmonare sia a domicilio che in clinica.

Le malattie respiratorie comprendono cinque delle trenta cause più comuni di malattia grave e morte in tutto il mondo1. Lo screening diagnostico e il monitoraggio continuo di queste malattie sono fondamentali per migliorare l'assistenza sanitaria dei pazienti e ridurre le complicazioni improvvise e la mortalità. Sebbene lo screening e il monitoraggio domiciliare siano un modo pratico ed economicamente vantaggioso per alleviare il peso associato a queste malattie2,3,4, la sua efficacia è spesso messa in discussione a causa della mancanza di strumenti medici autosomministrabili, domiciliari e standard5, 6.

Ad oggi, la spirometria7 è la valutazione standard della funzionalità polmonare per valutare l’aerodinamica complessiva, identificare e monitorare diverse condizioni tra cui la COVID-198. Tuttavia, la spirometria non dispone della capacità di valutazione regionale necessaria per rilevare, valutare e monitorare i cambiamenti regionali in alcune malattie polmonari, come la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO)9 e il COVID-1910 potenzialmente lungo. Ad esempio, la spirometria non ha rilevato il 10,4% dei pazienti con BPCO che presentavano un enfisema significativo9. Inoltre, solo il 9% dei pazienti COVID-19 dimessi non presentava anomalie residue della tomografia computerizzata (CT) polmonare 10 mesi dopo la dimissione, anche se gli indici spirometrici erano tutti normali10. Questi studi indicano la necessità di una valutazione regionale delle funzioni polmonari.

La funzione polmonare regionale viene generalmente valutata mediante TC, risonanza magnetica iperpolarizzata (MRI) o metodi di imaging nucleare11. Tuttavia, queste tecniche sono generalmente costose e hanno una scarsa risoluzione temporale, che potrebbe non essere ideale per il monitoraggio della funzionalità polmonare. La tomografia ad impedenza elettrica12,13 (EIT) è una tecnica di imaging biomedico non invasivo e priva di radiazioni sempre più utilizzata per il monitoraggio della funzione polmonare, in particolare dei neonati nelle unità di terapia intensiva14,15. Sebbene l’EIT abbia una bassa risoluzione spaziale, la sua elevata risoluzione temporale è adatta per i test di funzionalità polmonare. Pertanto, recenti sforzi di ricerca sono stati destinati a stabilire una relazione tra l'EIT e le misure standard della funzione polmonare per facilitare l'interpretabilità dei risultati dell'EIT. Ad esempio, uno studio precedente ha sviluppato un modello parametrico della relazione tra variazione del volume polmonare, variazione della conduttività EIT e informazioni antropometriche16. Tuttavia, non hanno applicato manovre di respirazione spirometrica standard, in quanto tale se l'EIT possa riflettere direttamente gli indicatori spirometrici rimane inconcludente. Più recentemente, questa relazione è stata studiata17, ma è necessaria una calibrazione in base al soggetto per consentire la previsione degli indicatori spirometrici dell'EIT. Nel complesso, l’uso dell’EIT come metodo autonomo per prevedere gli indicatori spirometrici standard della funzionalità polmonare deve ancora essere dimostrato.