Near-infrared spectroscopy: applicazioni attuali e possibili sviluppi futuri

Near-infrared spectroscopy (NIRS) is a non-invasive technique for monitoring cerebral oxygenation, based on measuring the absorption of near-infrared light by oxygenated and deoxygenated hemoglobin. Owing to its non-invasiveness, safety, and ease of use, NIRS has progressively expanded its field of application, establishing itself as a tool of growing clinical interest in numerous settings, both intraoperative and extraoperative. This thesis analyzes the physical and technological principles underlying NIRS, tracing its historical evolution from the earliest experimental applications to its current clinical use, and examining its future perspectives. In the field of cardiac surgery, NIRS has proven effective in the early identification of episodes of cerebral hypoperfusion, leading to improved neurological outcomes, particularly with regard to the incidence of postoperative delirium and cognitive decline. In vascular surgery, especially during carotid endarterectomy, NIRS currently represents a useful tool for the detection of cerebral ischemia, used as an adjunct to standard instrumental monitoring. In extraoperative settings, during cardiac arrest, cerebral saturation measured by NIRS has been shown to be a promising prognostic indicator correlated with the return of spontaneous circulation and favorable neurological outcomes. In preterm neonates, the use of NIRS during postnatal stabilization allows direct monitoring of cerebral oxygenation, with emerging evidence of improved survival without major brain injury. Further application prospects envisage the use of NIRS in numerous intraoperative and extraoperative contexts, complementing the invasive techniques currently in use. Despite these promising results, heterogeneity among devices, variability in baseline values, and the lack of universally accepted thresholds currently limit full standardization of the clinical use of NIRS. Therefore, further prospective studies are needed to more precisely define its role in different clinical settings and to optimize its integration into multimodal monitoring protocols.

La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) rappresenta una tecnica non invasiva per il monitoraggio dell’ossigenazione cerebrale, basata sulla misura dell’assorbimento della luce NIR da parte dell’emoglobina ossigenata e deossigenata. Grazie alla sua non invasività, sicurezza e semplicità d’uso, la NIRS ha progressivamente ampliato il proprio ambito di applicazione, affermandosi come strumento di crescente interesse clinico in numerosi contesti, sia intraoperatori che extraoperatori. Questa tesi analizza i principi fisici e tecnologici alla base della NIRS, ripercorrendone l’evoluzione storica dalle prime applicazioni sperimentali fino all’attuale utilizzo clinico, con un’analisi delle sue prospettive future. In ambito cardiochirurgico la NIRS si è dimostrata efficace nell’identificazione precoce di episodi di ipoperfusione cerebrale, portando a un miglioramento degli outcome neurologici, soprattutto in merito all’incidenza di delirium e declino cognitivo postoperatorio. In chirurgia vascolare, in particolare durante l’endoarteriectomia carotidea, la NIRS rappresenta attualmente uno strumento utile per il rilevamento dell’ischemia cerebrale, utilizzata a integrazione dell’attuale monitoraggio strumentale standard. Nel contesto extraoperatorio, nell’arresto cardiaco la saturazione cerebrale misurata mediante NIRS si è dimostrata un promettente indicatore prognostico correlato al ritorno della circolazione spontanea e agli esiti neurologici favorevoli. Nei neonati pretermine, l’impiego della NIRS durante la stabilizzazione postnatale consente di monitorare direttamente l’ossigenazione cerebrale, con evidenze emergenti di un miglioramento della sopravvivenza senza danno cerebrale maggiore. Ulteriori prospettive applicative vedono la NIRS impiegata in numerosi contesti sia intra che extraoperatori, integrando le metodiche invasive attualmente in uso. Nonostante i risultati promettenti, l’eterogeneità dei dispositivi, la variabilità dei valori basali e l’assenza di soglie universalmente condivise limitano a oggi una piena standardizzazione dell’impiego clinico della NIRS: sono pertanto necessari ulteriori studi prospettici per definirne con maggiore precisione il ruolo nei diversi contesti clinici e per ottimizzarne l’integrazione nei protocolli di monitoraggio multimodale.