2021年5月18日,加利福尼亚州戴维斯市,加利福尼亚大学戴维斯分校(UC Davis)开发的光谱技术能够无创地测量脑血流量和活动。该方法称为功能干涉扩散波谱(fiDWS),具有用于评估脑损伤和神经科学研究的潜力。它也有望比现有技术便宜,后者不能连续使用或在床边使用。


该方法利用了近红外光穿透人体组织的能力。如果将近红外激光照射在人的额头上,光线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返回的光的波动信号,可以确定有关大脑内血流的信息。


加州大学开发新型光谱技术,可无创地测量脑血流量和活动

一名志愿者测试了功能性干涉扩散波谱法,该方法用于检测大脑中的血流和活动,由加州大学戴维斯分校的周文俊提供


但是,这种信号微弱,加州大学戴维斯分校生物医学工程学兼职教授,描述该方法的研究的资深作者,博士后研究员周文俊使用研究人员Vivek Srinivasan的团队,使用干涉测量技术克服了这一局限性。干涉测量法是光波叠加,增强或互相抵消的能力,它通过增强其检测到的能量,可以使强光波增强弱光波。


研究人员的方法首先将激光束分成“样本”和“参考”路径。样品束被引导到患者的头部,参考束以这样的方式进行布线:在到达检测器之前,参考束与样品束重新连接。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CMOS传感器而不是昂贵的光子检测器来测量输出。然后,研究小组使用软件来计算大脑内不同位置的血流指数。


加州大学开发新型光谱技术,可无创地测量脑血流量和活动


测试发现,与目前用于相同目的的基于光的技术相比,可以更快速,更深地测量表面以下的血流。通常使用MRI或计算机断层扫描对脑血流进行成像,这两种方法都很昂贵,而且都不是便携式的。存在基于光的技术,例如近红外光谱,但是它们缺乏准确性。研究人员能够测量脉动性脑血流量,并且当志愿者的二氧化碳轻度增加时可以检测到变化。当给志愿者一个简单的数学问题时,研究人员就可以通过额头测量前额叶皮层的激活情况。


这项研究发表在《科学进展》上。



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