La spectroscopie proche infrarouge (NIRS) est une méthode non invasive utilisée pour surveiller les changements dans la concentration d'hémoglobine et les niveaux d'oxygène dans le corps. Cette technique consiste à faire passer la lumière proche infrarouge, principalement dans la plage de 650 à 900 nm, à travers les tissus. La lumière est absorbée différemment par l’hémoglobine riche en oxygène (oxyhémoglobine) et par l’hémoglobine déficiente en oxygène (désoxyhémoglobine). En mesurant les changements dans les intensités de la lumière réfléchie ou transmise, le NIRS peut aider à surveiller en permanence les variations des concentrations de ces deux types d'hémoglobine et le pourcentage de molécules d'hémoglobine transportant de l'oxygène (qui indique les niveaux de saturation en oxygène).
Cependant, les mesures NIRS peuvent être moins précises pour les personnes à la peau plus foncée, car la lumière proche infrarouge est absorbée par la mélanine, le pigment responsable de la couleur foncée présent dans la peau. La mélanine peut réduire l’intensité de la lumière atteignant les tissus sous-jacents à la peau, entraînant une diminution du rapport signal/bruit (SNR) et des mesures potentiellement inexactes de la concentration d’hémoglobine et de la saturation en oxygène.
Dans une étude publiée dans le Journal d'optique biomédicale (JBO), des chercheurs dirigés par le professeur adjoint Sossena Wood de l'Université Carnegie Mellon ont exploré comment les différents niveaux de mélanine affectent la précision et la fiabilité des mesures NIRS.
L'étude souligne l'importance de prendre en compte les propriétés optiques de la mélanine dans la technologie NIRS et le développement et l'application similaires de technologies basées sur la lumière, en plaidant pour des ajustements dans le fonctionnement du dispositif afin de garantir des résultats précis et inclusifs pour tous les types de peau.
Dr Sossena Wood, professeur adjoint, Université Carnegie Mellon
Les chercheurs ont mesuré les niveaux d'oxygène dans le sang et les tissus dans le cerveau de 35 adultes en bonne santé âgés de 18 à 30 ans à l'aide d'un système NIRS dans le domaine fréquentiel (FD-NIRS) fonctionnant à une fréquence de modulation de 110 MHz, utilisant une lumière proche infrarouge avec des longueurs d'onde de 690. nm et 830 nm. Les participants représentaient une gamme variée de tons chair, qui ont été quantifiés à l'aide d'un colorimètre DSM-III, un dispositif non invasif qui évalue la concentration de mélanine par spectroscopie réflective.
L'équipe a ensuite examiné comment les niveaux de mélanine étaient liés à quatre mesures clés dérivées des données NIRS : le SNR indiquant la qualité du signal ; saturation artérielle en oxygène (SpO2), qui indique le pourcentage d'hémoglobine transportant l'oxygène dans le sang ; saturation en oxygène des tissus (StO2), qui mesure l'hémoglobine transportant l'oxygène dans les tissus ; et les propriétés optiques représentées par le coefficient d'absorption et le coefficient de diffusion réduit, qui quantifient respectivement l'absorption et la diffusion de la lumière.
Les chercheurs ont découvert que les individus présentant des niveaux de mélanine plus élevés, en particulier ceux ayant un indice de mélanine supérieur à 56, présentaient une diminution du SNR à 690 nm. Cette réduction se produit parce que la mélanine absorbe plus de lumière à cette longueur d'onde qu'à 830 nm. Des niveaux de mélanine plus élevés ont également entraîné une baisse de la SpO2 lectures. Cependant, la mélanine n’a pas d’effet sur la StO.2 ou les coefficients d'absorption ou de diffusion réduite à l'une ou l'autre longueur d'onde.
Les résultats indiquent qu’à mesure que les niveaux de mélanine augmentent, la précision des mesures NIRS diminue. Cela souligne la nécessité de prendre en compte la mélanine lors de l’ajustement ou du calibrage des données NIRS. Actuellement, la plupart des mesures NIRS tiennent compte des différences de mélanine en utilisant la race, l'origine ethnique ou l'échelle de Fitzpatrick, qui classe les types de peau du type I (peau très claire) au type VI (peau très foncée).
Cependant, ces méthodes simplifient à l’extrême les tons chair puisqu’il existe de nombreux niveaux de mélanine différents au sein et parmi ces groupes. Pour améliorer la fiabilité des données NIRS, en particulier pour les personnes ayant des tons de peau plus foncés, les chercheurs préconisent d'incorporer des mesures de colorimètre qui quantifient avec précision les niveaux de mélanine d'une personne et d'utiliser cet appareil pour recruter de tels tons de peau dans les études de recherche. De plus, effectuer des mesures NIRS en utilisant des longueurs d’onde spécifiques moins absorbées par la mélanine peut également améliorer la précision des mesures. La prise en compte de ces facteurs garantira des évaluations précises des niveaux d’oxygène dans le sang et des concentrations d’hémoglobine pour toutes les carnations, conduisant à de meilleurs résultats en matière de santé et à l’équité des soins médicaux pour tous.
