Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/166996
Author(s): Jessica Sofia Braga Amorim
Title: Near-Infrared Spectroscopy in Peripheral Artery Disease: Differentiating Upper and Lower Limbs and its Correlation with the Ankle-Brachial Index
Issue Date: 2025-05-22
Abstract: Background: Peripheral artery disease (PAD) represents a global health challenge. Current diagnostic methods, including the ankle-brachial index (ABI), have limitations, particularly in patients with arterial calcification. Near-infrared spectroscopy (NIRS) offers potential advantages as a non-invasive assessment tool, yet its clinical utility in PAD remains underexplored. Objective: To evaluate NIRS in PAD by 1) assessing its ability to differentiate non-ischemic upper limbs from ischemic lower limbs, and 2) evaluating its correlation with ABI. Methods: This observational, cross-sectional study included 51 PAD patients (86.3% male, mean age 65.5±8.3 years). A portable spectrometer (900-1700 nm) recorded NIRS measurements from the right thumb and both halluces at rest. Data underwent Standard Normal Variates transformation for pre-processing. Random Forest classification was implemented to differentiate upper and lower limbs, with data split into training (2/3) and testing (1/3) sets. Interval Partial Least Squares regression (iPLS) identified wavelength regions correlating with ABI. Results: Random Forest analysis revealed distinct NIRS patterns between upper and lower limbs, with an area under the ROC curve of 0.91 (95% CI 0.88-0.94). The strongest discrimination occurred below 1060 nm and between 1250-1375 nm, corresponding to oxygenated hemoglobin absorption pattern. iPLS identified 1429-1463 nm as the most informative interval for ABI prediction, with a modest correlation (R²=0.167, RMSECV=0.186). Conclusions: NIRS demonstrates strong discriminative capability between non-ischemic upper and ischemic lower limbs in PAD. While the correlation between NIRS and ABI was modest, it suggests potential clinical relevance. These findings indicate that NIRS could be a rapid, portable, non-invasive complementary tool for PAD assessment.
Description: Introdução: A doença arterial periférica (DAP) representa um desafio de saúde global. Os métodos de diagnóstico atuais, como o índice tornozelo-braquial (ITB), apresentam limitações, sobretudo em pacientes com calcificação arterial. A espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) oferece potenciais vantagens como uma ferramenta não invasiva, porém, a sua utilidade clínica na DAP permanece pouco explorada. Objetivo: Avaliar a NIRS na DAP através da 1) avaliação da sua capacidade de diferenciar membros superiores não isquémicos de membros inferiores isquémicos, e da 2) avaliação da sua correlação com o ITB. Métodos: Este estudo observacional, transversal, incluiu 51 pacientes com DAP (86,3% do sexo masculino, idade média de 65,5±8,3 anos). Um espectrómetro portátil (900-1700 nm) registou as medições da NIRS no polegar direito e em ambos os háluxes em repouso. Os dados foram pré-processados usando a transformação Standard Normal Variates. A classificação Random Forest foi aplicada para diferenciar membros superiores e inferiores, com divisão dos dados em treino (2/3) e teste (1/3). A regressão Interval Partial Least Squares (iPLS) identificou as regiões espectrais mais correlacionadas ao ITB. Resultados: A análise Random Forest revelou padrões distintos de NIRS entre os membros superiores e inferiores, com uma área sob a curva ROC de 0,91 (IC 95% 0,88-0,94). O maior poder discriminativo ocorreu abaixo de 1060 nm e entre 1250-1375 nm, correspondendo ao padrão de absorção da hemoglobina oxigenada. O iPLS identificou o intervalo de 1429-1463 nm como o mais informativo para a predição do ITB, com uma correlação modesta (R²=0,167, RMSECV=0,186). Conclusões: A NIRS demonstrou uma elevada capacidade discriminativa entre membros superiores não isquémicos e membros inferiores isquémicos na DAP. Embora a correlação entre a NIRS e o ITB tenha sido modesta, sugere uma potencial relevância clínica. Os resultados indicam que a NIRS poderá ser uma ferramenta complementar rápida, portátil e não invasiva para a avaliação da DAP.
Subject: Ciências médicas e da saúde
Medical and Health sciences
Scientific areas: Ciências médicas e da saúde
Medical and Health sciences
DOI: 10.34626/pm2z-0r25
TID identifier: 204143411
URI: https://hdl.handle.net/10216/166996
Document Type: Dissertação
Rights: restrictedAccess
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
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