Опубликовано
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.
Добавить отзыв