Функциональная ближне-инфракрасная спектроскопия

            Свет спектра NIR использует оптическое окно, в котором кожа, ткань и кость в основном прозрачны для света NIR в спектре 700-900 нм, тогда как гемоглобин (Hb) и дезоксигенированный гемоглобин (дезокси-Hb) являются более сильными поглотителями света.  Различия в спектрах поглощения дезокси-Hb и окси-Hb позволяют измерять относительные изменения концентрации гемоглобина за счет ослабления света на нескольких длинах волн. Выбираются две или более длины волны с одной длиной волны выше и одной ниже изосбестической точки 810 нм, при которой дезокси-Hb и окси-Hb имеют одинаковые коэффициенты поглощения . Используя модифицированный закон Бера-Ламберта (mBLL), относительная концентрация может быть рассчитана как функция общей длины пути фотонов. Обычно излучатель и детектор света помещаются ипсилатерально на поверхность кожи черепа, поэтому зарегистрированные измерения происходят из-за рассеянного обратного  (отраженного) света по эллиптической траектории.

             Использование fNIR в качестве функционального метода визуализации основывается на принципе нейрососудистой связи, также известном как реакция гемодинамики или зависимости от уровня  кислорода (BOLD). Этот принцип также является ядром методов МРТ. Посредством нейро-сосудистой связи активность нейронов связана с изменениями локализованного мозгового кровотока.  fNIR и fMRI чувствительны к аналогичным физиологическим изменениям и часто являются сравнительными методами. Исследования, связанные с fMRI и fNIR, показывают аналогичные результаты при решении  когнитивных задач. fNIR имеет несколько преимуществ в отношении стоимости и переносимости по сравнению с fMRI, но не может использоваться для измерения активности коры головного мозга более чем на 4 см из-за ограничений в мощности излучателя света и имеет более ограниченное пространственное разрешение.  fNIR включает в себя использование диффузной оптической томографии (DOT / NIRDOT) для функциональных целей. Мультиплексирование каналов fNIRS позволяет использовать 2D топографические функциональные карты активности мозга (например, с HitachiETG-4000 или Artinis Oxymon) при использовании нескольких расстояний между эмиттерами, которые могут применяться для построения 3D- томографических карт.

           Существует четыре современных метода спектроскопии fNIR.

            Непрерывная волна (CW) fNIR использует источники света, излучающие свет с постоянной частотой и амплитудой. Изменения интенсивности света могут быть связаны с изменениями относительных концентраций гемоглобина через модифицированный закон Бира-Ламберта (mBLL).

          В системах с частотной областью (FD) источники NIR-лазера обеспечивают амплитудно-модулированную синусоиду на частотах около ста мегагерц (100 МГц). Изменения амплитуды и фазы обратного рассеяния обеспечивают прямое измерение коэффициентов поглощения и рассеяния ткани, что устраняет необходимость в информации о длине траектории фотона; по коэффициентам рассеяния и поглощения определяются изменения концентрации гемодинамических параметров. Из-за необходимости модулированных лазеров и фазовых измерений системы частотной области являются более технически сложными, чем непрерывные волновые системы. Однако эти системы способны обеспечить абсолютные концентрации окси-Hb и дезокси-Hb.

           В спектроскопии с временным разрешением вводится короткий импульс NIR с длительностью импульса, обычно порядка пикосекунд . При измерениях времени пролета длина траектории фотонов может быть непосредственно обнаружена путем деления разрешенного времени на скорость света. Из-за необходимости высокоскоростного обнаружения и высокоскоростных эмиттеров методы с временным разрешением являются наиболее дорогостоящим и технически сложным методом. Информация о гемодинамических изменениях может быть обнаружена в профиле затухания и времени обратного рассеянного сигнала.

          В системах пространственно-разрешенной спектроскопии (SRS) используются локализованные градиенты при ослаблении света для определения абсолютных соотношений окси-Hb и дезокси-Hb. Используя пространственное измерение, системы SRS не требуют знания длины траектории фотонов для проведения этого расчета, однако измеренные концентрации окси-Hb и дезокси-Hb относятся к неизвестному коэффициенту рассеяния в средах. Этот метод наиболее часто используется в церебральных оксиметрических системах, которые имеют индекс кислотной оксигенации  (TOI) или индекс насыщения тканей (TSI).

            Функциональная ближнеинфракрасная спектроскопия ( fNIR или fNIRS ) - это использование инфракрасной спектроскопии (NIRS) для функционального нейровизуализации . Используя fNIR, активность мозга измеряется гемодинамическими ответами, связанными с активностью нейронов. 

            fNIR - неинвазивный метод визуализации, включающий количественную оценку концентрации хромофора,которая проводится на основе измерения ослабления света ближнего инфракрасного (NIR) или временного или фазового изменения.

     

Мы знаем как помочь! Позвоните нам! Наш телефон
Категория сообщения в блог: 

Записаться на прием

Добавить отзыв