Endoscopic NIRAF-LSCI Multimodal System with Pseudo-Color Visualization for Parathyroid Autofluorescence Localization and Tissue Perfusion Assessment: Preclinical Validation

Resumen Técnico: Sistema Multimodal Endoscópico NIRAF-LSCI para la Localización y Evaluación de la Perfusión de las Paratiroides

Planteamiento del Problema
El hipoparatiroidismo postoperatorio sigue siendo una complicación prevalente y debilitante de la cirugía de tiroides, causada principalmente por la resección o desvascularización inadvertida de las glándulas paratiroides (GP). Si bien la imagen de Autofluorescencia en el Infrarrojo Cercano (NIRAF) ha sido validada para la localización anatómica precisa de las GP, esta no proporciona información funcional sobre la perfusión glandular, la cual es el determinante crítico de la viabilidad postoperatoria. Por el contrario, la imagen de fluorescencia de la Indocianina Verde (ICG), utilizada para la evaluación de la perfusión, requiere agentes de contraste exógenos, carece de monitorización continua en tiempo real y depende de una interpretación semicuantitativa subjetiva. La Imagen de Contraste de Speckle por Láser (LSCI) ofrece una alternativa sin etiquetas para la evaluación de la microperfusión en tiempo real, pero las implementaciones existentes suelen carecer de la visualización intuitiva y la integración multimodal necesarias para la toma de decisiones intraoperatorias inmediatas. Este estudio aborda la necesidad clínica no satisfecha de un sistema que identifique simultáneamente las GP y evalúe su estado vascular en tiempo real.

Metodología
Los investigadores desarrollaron y validaron preclínicamente un sistema endoscópico multimodal autodesarrollado que integra NIRAF y LSCI en una sola sonda. El sistema utiliza una fuente de láser unificada de 785 nm para ambas modalidades:

• Módulo NIRAF: Excita la fluorescencia endógena a 785 nm para localizar las GP.
• Módulo LSCI: Utiliza iluminación coherente de 785 nm para capturar la dispersión de luz dinámica de los glóbulos rojos.

Flujo de Trabajo Algorítmico:

1. Cuantificación: El sistema emplea el Análisis de Contraste de Speckle Láser Temporal (tLASCA) para calcular el contraste de speckle ($K_t$) sobre una ventana temporal. Se deriva un Índice de Flujo Sanguíneo (BFI) como el inverso del cuadrado del contraste ($BFI = 1/(K^2 + \epsilon)$).
2. Estandarización: Para garantizar la robustez frente a las fluctuaciones de la intensidad del láser y las variaciones en la distancia de imagen, los valores de BFI se normalizan mediante el recorte de los percentiles 5–95.
3. Visualización: Los índices de perfusión normalizados se mapean a un mapa de colores "Jet" continuo (azul/púrpura para baja perfusión/isquemia a rojo/naranja para alta perfusión), creando una visualización de pseudocolor semicuantitativa sin gradación discreta artificial.
4. Supresión de Artefactos: Un algoritmo de descorrelación de autocorrelación temporal mitiga los artefactos de movimiento causados por la respiración y la manipulación quirúrgica.

Modelo Experimental:
El sistema fue validado en 8 ratas Sprague–Dawley (SD). Debido al minúsculo volumen de las GP de rata (0.3–0.5 mm de diámetro), la glándula tiroides de la rata sirvió como sustituto de perfusión, dado su suministro sanguíneo homólogo y su adyacencia anatómica a las GP. Se establecieron tres condiciones estrictamente controladas in situ:

1. Vascularización nativa intacta.
2. Oclusión vascular parcial (ligadura de vasos unilaterales).
3. Oclusión vascular completa (ligadura de todos los pedículos principales).

La validación se realizó frente a dos estándares de oro: un detector NIRAF basado en sonda cuantitativo y la histopatología postoperatoria (tinción de Hematoxilina-Eosina).

Resultados Clave

• Localización por NIRAF: El sistema demostró una alta especificidad. Las GP confirmadas patológicamente exhibieron una intensidad de fluorescencia de $140.0 \pm 5.0$ mV, significativamente mayor que la tiroides ($94.5 \pm 0.7$ mV), la tráquea ($83.0 \pm 4.0$ mV) y el músculo ($52.0 \pm 2.0$ mV) ($P < 0.001$). El modo visual de NIRAF logró un Valor Predictivo Positivo (VPP) del 100% y un Valor Predictivo Negativo (VPN) del 100%, con cero resultados falsos. La tasa de detección general fue del 50% (4/8 ratas), atribuida al tamaño pequeño y a las localizaciones ectópicas de las GP de rata, más que a limitaciones del sistema.
• Evaluación de la Perfusión por LSCI: El contraste de speckle de LSCI mostró una correlación inversa precisa con la perfusión tisular. A medida que la perfusión disminuía de una condición intacta a una oclusión completa, el contraste de speckle aumentaba progresivamente.
• Visualización de Pseudocolor: El flujo de trabajo estandarizado convirtió con éxito los datos de speckle en escala de grises en mapas de pseudocolor intuitivos. Hubo una correspondencia 1:1 entre el contraste de speckle bruto y el gradiente de color, distinguiendo con precisión tejidos bien perfundidos (rojo), isquémicos (naranja/amarillo) y desvascularizados (azul) en tiempo real.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores afirman que este estudio valida un sistema endoscópico multimodal que cierra la brecha entre la identificación anatómica y la evaluación de la perfusión funcional. Las contribuciones clave incluyen:

1. Integración de Doble Función: El sistema resuelve simultáneamente los dos desafíos centrales de la cirugía de tiroides: identificar la GP y evaluar su viabilidad sin la necesidad de agentes de contraste exógenos.
2. Flujo de Trabajo Semicuantitativo Estandarizado: El algoritmo de mapeo de pseudocolor propuesto transforma los valores de contraste abstractos en un gradiente visual continuo y amigable para el cirujano. Esto elimina la necesidad de procesamiento post-offline y reduce la variabilidad interobservador asociada con los sistemas de escala de grises o de gradación discreta subjetivos.
3. Retroalimentación en Tiempo Real: Al proporcionar retroalimentación visual inmediata sobre el estado de la microperfusión, el sistema tiene como objetivo guiar las decisiones intraoperatorias respecto a la preservación de la GP frente al autotrasplante profiláctico, reduiendo potencialmente la incidencia de hipoparatiroidismo postoperatorio.

El artículo concluye que, si bien la validación preclínica actual utilizó un modelo de roedor con sustitutos de tiroides, las características de rendimiento del sistema —específicamente la alta especificidad de NIRAF y la sensibilidad de LSCI a los cambios de perfusión dinámica— sientan una base sólida para la futura traslación clínica en la cirugía de tiroides mínimamente invasiva.