Il polso venoso giugulare JVP rappresenta un importante parametro cardiovascolare, in grado di fornire informazioni sul drenaggio venoso cerebrale. Attualmente, la sua valutazione si basa principalmente sulla cateterizzazione venosa centrale, una procedura invasiva che ne limita l’utilizzo al di fuori dell’ambito clinico. Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato un sensore cervicale pletismografico a estensimetro per il monitoraggio non invasivo del JVP e un software basato su intelligenza artificiale capace di estrarre la forma d’onda del JVP da videoclip ecografici della vena giugulare interna. I dati pletismografici sono stati raccolti da 215 soggetti sani, 4 astronauti e 41 pazienti con patologie cardiovascolari o neurologiche mediante un protocollo standardizzato. I soggetti sani sono stati stratificati per decade di età per valutare la variabilità del JVP durante l’invecchiamento fisiologico. I 4 astronauti sono stati sottoposti complessivamente a 20 registrazioni pletismografiche distribuite tra fase prevolo, in volo sulla Stazione Spaziale Internazionale e post volo. Due astronauti hanno completato l’intero protocollo perimissione, mentre per gli altri due erano disponibili dati parziali al momento dell’analisi. Videoclip ecografici della vena giugulare interna sono stati acquisiti in 3 soggetti in fase pre e post volo. Inoltre, sono stati analizzati 3 oclip relativi a un astronauta precedentemente arruolato nel progetto Drain Brain, per un totale di 3855 frame. Per valutare la capacità del dispositivo di identificare pattern patologici del JVP sono stati analizzati 6 pazienti con insufficienza cardiaca destra. La valutazione non invasiva del JVP ha evidenziato pattern fisiologici e patologici coerenti nei diversi studi. In 150 soggetti sani sono state osservate variazioni modeste ma significative di parametri temporali e di ampiezza correlate all’età, con deboli associazioni lineari confermate dalle correlazioni di Pearson. Nei pazienti con insufficienza cardiaca dx le analisi pletismografiche hanno mostrato un aumento dell’intervallo v y e alterazioni temporali delle onde studiate, distinguendo efficacemente i soggetti patologici dai controlli. Nei 2 astronauti con protocollo completo la pletismografia ha rilevato adattamenti fisiologici associati alla microgravità, mentre i dati degli altri due astronauti risultano ancora in fase di analisi. Il sistema basato su IA ha inoltre generato accuratamente le forme d’onda del JVP e le stime dell’area di sezione trasversale della vena giugulare interna, mostrando una stretta concordanza con le misurazioni manuali degli esperti e identificando correttamente i principali picchi e trend associati all’età. I risultati dimostrano che la valutazione non invasiva del JVP è sensibile a variazioni fisiologiche, cambiamenti cardiovascolari legati all’età, alterazioni patologiche e condizioni ambientali quali la microgravità. Le modificazioni temporali e di ampiezza osservate con l’invecchiamento suggeriscono il potenziale del JVP come marcatore non invasivo dell’invecchiamento cardiovascolare. Nei pazienti con insufficienza cardiaca dx, le alterazioni dell’intervallo v y hanno mostrato una buona capacità discriminativa. L’analisi basata su IA ha fornito una valutazione fisiologicamente coerente ed efficiente, pur evidenziando la necessità di ulteriori validazioni su popolazioni più ampie. Gli studi in microgravità confermano inoltre la capacità del metodo di rilevare adattamenti cardiovascolari e variabilità interindividuale, suggerendo possibili applicazioni nel monitoraggio durante missioni spaziali di lunga durata e in ambito clinico. Questi risultati supportano l’affidabilità di un parametro tradizionalmente ottenibile solo tramite procedure invasive, aprendo prospettive per applicazioni in telemedicina, riabilitazione, screening cardiovascolare e missioni umane nello spazio.
Introduction The jugular venous pulse (JVP) is a pivotal cardiovascular parameter, providing critical insight into cerebral venous drainage. Currently, JVP assessment relies on central venous catheterization, an invasive procedure that limits its use outside clinical settings. Our research group has developed a strain-gauge cervical plethysmographic sensor capable of non-invasively detecting the JVP and an IA driven software capable to extract a jvp waveform from an ultrasound videoclip of Internal Jugular vein. Methods Plethysmographic data were collected from 215 healthy subjects, four astronauts and 41 patients with cardiovascular or neurological disorders, using the same device and a standardised protocol. Healthy subjects were stratified by age decade to assess JVP variability across physiological ageing. The four astronauts underwent a total of 20 plethysmographic recordings, distributed as 2 preflight, 6 in-flight aboard the International Space Station and 2 post-flight per subject for the two astronauts who completed the full peri-mission window, with partial protocols for the remaining two who were still on mission at the time of analysis. Ultrasound videoclips of the internal jugular vein were acquired in three subjects pre-flight and post-flight. In addition, three videoclips (preflight, in-flight, post-flight) were analysed from one astronaut previously enrolled in the Drain Brain project, for a total of 3855 frames. To evaluate the ability of the device to detect pathological JVP waveforms, six patients with right-sided heart failure were analysed. Results Across the four studies, non-invasive JVP assessment revealed consistent physiological and pathological patterns. A total of 150 healthy subjects were analysed to characterize age-related JVP variability, revealing modest yet statistically significant changes in several amplitude and temporal parameters, with Pearson correlations confirming weak linear associations with age. In six patients with right-sided heart failure, plethysmographic estimation plots identified markedly enlarged v–y intervals and altered temporal dynamics in venous and carotid waveforms, effectively distinguishing decompensated subjects from controls. Data from two astronauts with complete protocols demonstrated that plethysmography reliably detected physiological adaptations during spaceflight, while data from the other two astronauts remain pending. Additionally, the AI-based system accurately generated JVP waveforms and internal jugular vein cross-sectional area estimates that closely matched expert manual measurements, capturing major peaks and age-related trends despite inter-individual variability. Discussion These findings collectively demonstrate that JVP assessment is highly sensitive to subtle physiological variations, age-related cardiovascular changes, pathological alterations, and environmental stressors such as microgravity. Age-related amplitude and timing shifts highlight the potential of JVP parameters as non-invasive markers of cardiovascular aging. In decompensated patients, pronounced v–y interval differences and associated temporal alterations provide robust discriminative power for assessing right-sided heart failure. AI-derived JVP analysis offers physiologically coherent and efficient evaluation, though segmentation inconsistencies underscore the need for further validation across diverse populations. Microgravity studies further confirm the method’s capability to detect cardiovascular anomalies and inter-individual variability, suggesting important implications for long-duration spaceflight monitoring and clinical applications. Importantly, these results support the reliability of a parameter otherwise measurable only via invasive procedures, opening avenues for remote applications in telemedicine, rehabilitation, cardiovascular screening and deep space human missions.
Jugular venous pulse monitoring in astronauts during spaceflight to lead intervention in patients on Earth by means of innovative systems.
PAGANI, ANSELMO
2026
Abstract
Il polso venoso giugulare JVP rappresenta un importante parametro cardiovascolare, in grado di fornire informazioni sul drenaggio venoso cerebrale. Attualmente, la sua valutazione si basa principalmente sulla cateterizzazione venosa centrale, una procedura invasiva che ne limita l’utilizzo al di fuori dell’ambito clinico. Il nostro gruppo di ricerca ha sviluppato un sensore cervicale pletismografico a estensimetro per il monitoraggio non invasivo del JVP e un software basato su intelligenza artificiale capace di estrarre la forma d’onda del JVP da videoclip ecografici della vena giugulare interna. I dati pletismografici sono stati raccolti da 215 soggetti sani, 4 astronauti e 41 pazienti con patologie cardiovascolari o neurologiche mediante un protocollo standardizzato. I soggetti sani sono stati stratificati per decade di età per valutare la variabilità del JVP durante l’invecchiamento fisiologico. I 4 astronauti sono stati sottoposti complessivamente a 20 registrazioni pletismografiche distribuite tra fase prevolo, in volo sulla Stazione Spaziale Internazionale e post volo. Due astronauti hanno completato l’intero protocollo perimissione, mentre per gli altri due erano disponibili dati parziali al momento dell’analisi. Videoclip ecografici della vena giugulare interna sono stati acquisiti in 3 soggetti in fase pre e post volo. Inoltre, sono stati analizzati 3 oclip relativi a un astronauta precedentemente arruolato nel progetto Drain Brain, per un totale di 3855 frame. Per valutare la capacità del dispositivo di identificare pattern patologici del JVP sono stati analizzati 6 pazienti con insufficienza cardiaca destra. La valutazione non invasiva del JVP ha evidenziato pattern fisiologici e patologici coerenti nei diversi studi. In 150 soggetti sani sono state osservate variazioni modeste ma significative di parametri temporali e di ampiezza correlate all’età, con deboli associazioni lineari confermate dalle correlazioni di Pearson. Nei pazienti con insufficienza cardiaca dx le analisi pletismografiche hanno mostrato un aumento dell’intervallo v y e alterazioni temporali delle onde studiate, distinguendo efficacemente i soggetti patologici dai controlli. Nei 2 astronauti con protocollo completo la pletismografia ha rilevato adattamenti fisiologici associati alla microgravità, mentre i dati degli altri due astronauti risultano ancora in fase di analisi. Il sistema basato su IA ha inoltre generato accuratamente le forme d’onda del JVP e le stime dell’area di sezione trasversale della vena giugulare interna, mostrando una stretta concordanza con le misurazioni manuali degli esperti e identificando correttamente i principali picchi e trend associati all’età. I risultati dimostrano che la valutazione non invasiva del JVP è sensibile a variazioni fisiologiche, cambiamenti cardiovascolari legati all’età, alterazioni patologiche e condizioni ambientali quali la microgravità. Le modificazioni temporali e di ampiezza osservate con l’invecchiamento suggeriscono il potenziale del JVP come marcatore non invasivo dell’invecchiamento cardiovascolare. Nei pazienti con insufficienza cardiaca dx, le alterazioni dell’intervallo v y hanno mostrato una buona capacità discriminativa. L’analisi basata su IA ha fornito una valutazione fisiologicamente coerente ed efficiente, pur evidenziando la necessità di ulteriori validazioni su popolazioni più ampie. Gli studi in microgravità confermano inoltre la capacità del metodo di rilevare adattamenti cardiovascolari e variabilità interindividuale, suggerendo possibili applicazioni nel monitoraggio durante missioni spaziali di lunga durata e in ambito clinico. Questi risultati supportano l’affidabilità di un parametro tradizionalmente ottenibile solo tramite procedure invasive, aprendo prospettive per applicazioni in telemedicina, riabilitazione, screening cardiovascolare e missioni umane nello spazio.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
