Investigadors de l’IBEC desenvolupen un mètode no invasiu per avaluar malalties pulmonars

Un equip d’investigadors dirigit per Raimon Jané de l’IBEC, juntament amb col·laboradors internacionals de l’imec als Països Baixos i un hospital a Bèlgica, desenvolupa un procediment innovador per avaluar les malalties pulmonars.

Read more…

Aquest nou enfocament s’ha provat en pacients i combina la bioimpedància toràcica i els senyals musculars respiratoris elèctrics i mecànics que permeten mesurar el nivell de funció pulmonar d’una manera no invasiva i quantitativa, reduint els inconvenients per als pacients.
La malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC) és una malaltia freqüent caracteritzada per problemes respiratoris i poc flux d’aire que es produeix en adults. És la cinquena principal causa de mort a tot el món i una de les principals causes de morbiditat crònica i mortalitat. Actualment, per avaluar la funció pulmonar, els pacients se sotmeten a proves que es basen en maniobres físiques i a un augment de l’esforç inspiratori general necessari per respirar per quantificar el nivell de limitació del flux d’aire. A més, per avaluar completament el pacient, el resultat de les proves s’ha de completar amb informació dels qüestionaris, que inclouen un cert grau de subjectivitat i dades no quantificables que dificulten una avaluació objectiva. 

Ara, un equip d’investigadors dirigit per Raimon Jané, líder del grup de Processat i Interpretació de Senyals Biomèdic (BIOSPIN) de l’IBEC i professor de la UPC, en col·laboració amb investigadors de l’imec dels Països Baixos i Bèlgica (prof. Francky Catthoor), i del Ziekenhuis Oost Limburg Hospital a Bèlgica, publica a la revista IEEE Transactions on Biomedical Engineering Journal, un nou enfocament per avaluar la MPOC. La nova metodologia, no invasiva i quantificable, es va aplicar als pacients amb MPOC i es basa en la combinació de senyals bioimpedancials i miogràfics per mesurar la contribució de l’activitat muscular inspiratòria a la ventilació pulmonar. Aquesta proposta és un dels resultats rellevants del projecte conjunt “Avaluació d’índexs no invasius per al seguiment respiratori, centrat en l’aplicabilitat a casa” per part de l’IBEC i l’imec, i del projecte “Ecosistema de salut intel·ligent (eines, aplicacions i dispositius) per a la medicina personalitzada i l’atenció sanitària en malalties respiratòries i trastorns del son ”(SappHiRES), dirigit pel prof. Jané. 

Un mètode més còmode i no invasiu per controlar les malalties pulmonars 

La disfunció muscular respiratòria es produeix molt sovint en pacients amb MPOC i contribueix a la sensació de falta d’aire. Aquesta disfunció es mesura per l’activitat muscular inspiratòria i la producció respiratòria global, i es comparen les dades amb persones sanes per avaluar l’eficàcia dels músculs respiratoris en la ventilació. Un exemple d’un procediment actual per avaluar la disfunció dels músculs respiratoris és una mesura 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 un desavantatge per al seguiment sistemàtic de la malaltia. 

Alguns procediments no invasius per avaluar la disfunció pulmonar inclouen la mesura de senyals fisiològics mitjançant sensors superficials connectats a la pell del pacient, com ara la bioimpedància i els senyals miogràfics. D’una banda, la bioimpedància mesura la capacitat d’un teixit biològic per impedir el corrent elèctric. D’altra banda, els senyals electromiogràfics (EMG) i mecanomiogràfics (MMG) mesuren l’activitat elèctrica i mecànica dels músculs respectivament, en el cas d’aquest estudi, la paret inferior del tòrax. S’ha demostrat que aquestes tres mesures no invasives són capaces d’avaluar la respiració de forma independent, però mai s’havien combinat per donar una imatge més àmplia de les disfuncions pulmonars. 

La novetat del enfocament presentat en aquest treball es basa en les mesures simultànies i no invasives de la bioimpedància i els senyals musculars elèctrics i mecànics dels espais intercostals inferiors, per investigar les respostes ventilatòries durant la respiració dels pacients amb MPOC

Dolores Blanco-Almazán, primera autora de l’obra. 

 

En aquest estudi, es van adquirir senyals de bioimpedància, EMG i MMG mitjançant un dispositiu de recerca portàtil i un sistema d’adquisició estàndard per cable. Tant els senyals de bioimpedància com els EMG van ser captats per elèctrodes superficials, mentre que els senyals MMG es van registrar mitjançant 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 del sistema d’adquisició utilitzat, un sistema en xip (SoC), permet enregistrar simultàniament bioimpedància, EMG i MMG aplicant un enfocament multimodal per reduir la intrusivitat, la qual cosa reforça la idea d’una monitorització de la respiració còmoda per al pacient i el seu potencial ús ambulatori o domèstic. 

 



Imatge: representació de la ubicació dels elèctrodes (adhesius blaus i blancs) i acceleròmetre (petit quadrat negre). 

 

Nous índexs per quantificar la disfunció muscular respiratòria 

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 el 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 greu, on els pacients lleus presenten una contribució inspiratòria més elevada dels músculs inspiratoris a la ventilació respiratòria global que els greus, és a dir, els pacients amb MPOC greus necessiten significativament més nivells d’activitat elèctrica i mecànica dels músculs per respirar. Per tant, tant els senyals de bioimpedància com els senyals miogràfics són alternatives potencials als mètodes invasius i intrusius tradicionals en la caracterització de 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 miogràfics per proporcionar paràmetres útils per avaluar de forma no invasiva la MPOC.

Raimon Jané 

El nou procediment proposat en aquest estudi obre les portes a reforçar la combinació de bioimpedància i senyals miogràfics per controlar les malalties respiratòries d’una manera no invasiva i totalment quantificable, ajudant a avaluar la millora o el deteriorament de la disfunció pulmonar en pacients amb MPOC. 



Article de referència: Dolores Blanco-Almazán, Willemijn Groenendaal, Manuel Lozano-García, Luis Estrada-Petrocelli, Lien Lijnen, Christophe Smeets, David Ruttens, Francky Catthoor and Raimon Jané. Combining Bioimpedance and Myographic Signals for the Assessment of COPD during Loaded Breathing. IEEE Transactions on Biomedical Engineering (2021), 68 (1), 298-307.

Blanco-Almazán, M. Lozano-García, L. Estrada-Petrocelli i R. Jané son membres del BIOSPIN (IBEC) i del Biomedical Research Networking Center in Bioengineering, Biomaterials and Nanomedicine (CIBER- BBN).