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

Resumo Técnico: Sistema Endoscópico Multimodal NIRAF-LSCI para Localização de Paratireoide e Avaliação de Perfusão

Definição do Problema
O hipoparatireoidismo pós-operatório continua sendo uma complicação prevalente e debilitante da cirurgia de tireoide, causada principalmente pela ressecção inadvertida ou desvascularização das glândulas paratireoides (GPs). Embora a imagem de Autofluorescência no Infravermelho Próximo (NIRAF) tenha sido validada para a localização anatômica precisa das GPs, ela não fornece informações funcionais sobre a perfusão glandular, que é o determinante crítico da viabilidade pós-operatória. Por outro lado, a imagem de fluorescência por Indocianina Verde (ICG), utilizada para avaliação de perfusão, requer agentes de contraste exógenos, carece de monitoramento contínuo em tempo real e depende de interpretação semiquantitativa subjetiva. A Imagem de Contraste de Speckle a Laser (LSCI) oferece uma alternativa sem rótulos (label-free) e em tempo real para a avaliação da microperfusão, mas as implementações existentes frequentemente carecem da visualização intuitiva e da integração multimodal necessárias para a tomada de decisão intraoperatória imediata. Este estudo aborda a necessidade clínica não atendida de um sistema que identifique simultaneamente as GPs e avalie seu status vascular em tempo real.

Metodologia
Os pesquisadores desenvolveram e validaram preclinicamente um sistema endoscópico multimodal autodesenvolvido, integrando NIRAF e LSCI em uma única sonda. O sistema utiliza uma fonte de laser unificada de 785 nm para ambas as modalidades:

• Módulo NIRAF: Excita a fluorescência endógena a 785 nm para localizar as GPs.
• Módulo LSCI: Utiliza iluminação coerente de 785 nm para capturar o espalhamento de luz dinâmico de glóbulos vermelhos.

Fluxo de Trabalho Algorítmico:

1. Quantificação: O sistema emprega a Análise de Contraste de Speckle de Laser Temporal (tLASCA) para calcular o contraste de speckle ($K_t$) sobre uma janela temporal. Um Índice de Fluxo Sanguíneo (BFI) é derivado como o inverso do quadrado do contraste ($BFI = 1/(K^2 + \epsilon)$).
2. Padronização: Para garantir a robustez contra flutuações de intensidade do laser e variações de distância de imagem, os valores de BFI são normalizados usando o corte de percentil 5º–95º.
3. Visualização: Os índices de perfusão normalizados são mapeados para um mapa de cores "Jet" contínuo (azul/roxo para baixa perfusão/isquemia a vermelho/laranja para alta perfusão), criando uma exibição de pseudo-cor semiquantitativa sem gradação discreta artificial.
4. Supressão de Artefatos: Um algoritmo de descorrelação de autocorrelação temporal mitiga artefatos de movimento causados pela respiração e manipulação cirúrgica.

Modelo Experimental:
O sistema foi validado em 8 ratos Sprague–Dawley (SD). Devido ao volume minúsculo das GPs de ratos (0,3–0,5 mm de diâmetro), a glândula tireoide do rato serviu como um substituto de perfusão, dado o seu suprimento sanguíneo homólogo e adjacência anatômica às GPs. Três condições in situ estritamente controladas foram estabelecidas:

1. Vascularização nativa intacta.
2. Oclusão vascular parcial (ligadura de vasos unilaterais).
3. Oclusão vascular completa (ligadura de todos os principais pedículos).

A validação foi realizada contra padrões duplos de ouro: um detector NIRAF baseado em sonda quantitativo e histopatologia pós-operatória (coloração Hematoxilina-Eosina).

Principais Resultados

• Localização por NIRAF: O sistema demonstrou alta especificidade. As GPs confirmadas patologicamente exibiram uma intensidade de fluorescência de $140,0 \pm 5,0$ mV, significativamente maior que a tireoide ($94,5 \pm 0,7$ mV), traqueia ($83,0 \pm 4,0$ mV) e músculo ($52,0 \pm 2,0$ mV) ($P < 0,001$). O modo visual de NIRAF alcançou um Valor Preditivo Positivo (VPP) de 100% e um Valor Preditivo Negativo (VPN) de 100%, com zero resultados falsos. A taxa de detecção geral foi de 50% (4/8 ratos), atribuída ao tamanho reduzido e localizações ectópicas das GPs de ratos, em vez de limitações do sistema.
• Avaliação de Perfusão por LSCI: O contraste de speckle da LSCI mostrou uma correlação inversa precisa com a perfusão tecidual. À medida que a perfusão diminuía de intacta para oclusão completa, o contraste de speckle aumentava progressivamente.
• Visualização em Pseudo-cor: O fluxo de trabalho padronizado converteu com sucesso os dados brutos de escala de cinza em mapas de pseudo-cor intuitivos. Houve uma correspondência de 1:1 entre o contraste de speckle bruto e o gradiente de cor, distinguindo com precisão tecidos bem perfundidos (vermelho), isquêmicos (laranja/amarelo) e desvascularizados (azul) em tempo real.

Significância e Alegações
Os autores afirmam que este estudo valida um sistema endoscópico multimodal que preenche a lacuna entre a identificação anatômica e a avaliação da perfusão funcional. As principais contribuições incluem:

1. Integração de Dupla Função: O sistema resolve simultaneamente os dois desafios centrais da cirurgia de tireoide: identificar a GP e avaliar sua viabilidade sem a necessidade de agentes de contraste exógenos.
2. Fluxo de Trabalho Semiquantitativo Padronizado: O algoritmo de mapeamento de pseudo-cor proposto transforma valores de contraste abstratos em um gradiente visual contínuo e amigável ao cirurgião. Isso elimina a necessidade de processamento offline e reduz a variabilidade interobservador associada a sistemas subjetivos de escala de cinza ou gradação discreta.
3. Feedback em Tempo Real: Ao fornecer feedback visual imediato sobre o status da microperfusão, o sistema visa guiar decisões intraoperatórias relativas à preservação da GP versus autotransplante profilático, potencialmente reduzindo a incidência de hipoparatireoidismo pós-operatório.

O artigo conclui que, embora a validação pré-clínica atual tenha utilizado um modelo de roedor com substitutos de tireoide, as características de desempenho do sistema — especificamente a alta especificidade do NIRAF e a sensibilidade da LSCI às mudanças de perfusão dinâmica — estabelecem uma base sólida para a futura tradução clínica em cirurgia de tireoide minimamente invasiva.