加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的生物医学工程师和神经学家开发了一种新的、非侵入性的光测量脑血流的方法,用于检测大脑活动。这种新方法,即功能性干涉扩散波光谱学(fiDWS),有望比现有技术更便宜,并可用于评估脑损伤或神经科学研究。这项研究发表在5月12日的《科学进展》杂志上。


现在,我们可以使用类似于功能磁共振成像(fMRI)的原理评估成年人的大脑调节血流的能力,甚至可以无创地检测到大脑的激活,但费用却很小,副研究员Vivek Srinivasan说道,他是加州大学戴维斯分校生物医学工程教授和该研究的资深作者。

工程师开发新的、无创的,用光来测量大脑血流的方法

加州大学戴维斯分校的生物医学工程师和神经病学家已经开发出一种无创方法来测量大脑的血流,该方法可用于检测大脑的激活情况。功能干涉干涉扩散波谱法或fiDWS是一种新方法,有望比现有技术便宜,可用于评估脑损伤或神经科学研究。


人脑占我们体重的2%,但占心脏血液流量的15%至20%。测量脑血流量对于诊断中风和预测蛛网膜下腔出血或颅脑外伤的继发性损伤非常重要。提供神经科重症监护的医生还希望通过对脑血流和氧合进行成像来监测患者的康复情况。


现有技术很昂贵,不能连续使用或在床边使用。例如,当前的对脑血流成像的技术需要昂贵的MRI或计算机断层扫描仪。存在基于光的技术,例如近红外光谱法,但是这些技术在准确性上也有缺点。


新方法利用了近红外光可以穿透人体组织这一事实。如果您在某人的额头上照射近红外激光,该光将被包括血细胞在内的组织散射很多次。通过拾取从头骨和头皮中回来的光的波动信号,您可以获得有关大脑内部血液流动的信息。


自然,这个信号非常微弱。Srinivasan和博士后Zhou利用干涉测量技术克服了这个问题:即光波相互叠加、增强或抵消的能力。特别是通过干涉测量,强光波可以通过增加探测到的能量来增强弱光波。


前额叶皮层激活


他们首先将激光束分成“样本”和“参考”路径。样品光束进入患者的头部,参考光束经过布线,使其在到达检测器之前与样品光束重新连接。通过干涉测量,较强的参考光束会增强较弱的采样信号。这使团队可以使用数码相机中的光检测芯片类型来测量输出,而不是使用昂贵的光子计数检测器。然后,他们使用软件来计算大脑中不同位置的血流指数。

工程师开发新的、无创的,用光来测量大脑血流的方法

加州大学戴维斯分校的生物医学工程师和神经病学家开发了一种无创方法来测量大脑的血流,该方法可用于检测大脑的激活情况。功能干涉干涉扩散波谱法或fiDWS是一种新方法,有望比现有技术便宜,可用于评估脑损伤或神经科学研究。


Srinivasan和Zhou与UC戴维斯分校神经外科的Lara Zimmerman博士,Ryan Martin博士和Bruce Lyeth博士一起测试了该技术。他们发现,与当前的基于光的技术相比,利用这一新技术,他们可以更快地,更深地测量血液在表面以下。他们可以测量脉动性脑血流量,还可以检测出当志愿者的二氧化碳轻度增加时的变化。


当给志愿者一个简单的数学问题时,研究人员便能够通过额头测量前额叶皮层的激活。


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