一种监测脑血流的新方法：连续波平行近红外干涉光谱技术-πNIRS

大家好，我是陈锐。

今天分享内容来源网络整理，内容仅供参考学习分享。

文献doi:https://doi.org/10.1364/BOE.472643

在传统的近红外脑成像技术中，我们更多的是关注近红外光在大脑中穿行的过程，发生的反射和折射等光学现象。更多的是关注大脑血氧浓度的变化，并没有关注到大脑血流量的变化。

大脑血流量的变化也是非常重要的，通常我们所说的脑梗——又称缺血性脑卒中（cerebral ischemic stroke），是指因脑部血液供应障碍，缺血、缺氧所导致的局限性脑组织的缺血性坏死或软化。因此监测大脑的血液供应至关重要，它不仅可以预防某些神经系统疾病，还可以及时治疗这些疾病。

最近看到一篇非常新的近红外光谱技术——πNIRS，这篇文章由波兰的科研人员开发，全称为：Continuous-wave parallel interferometric near-infrared spectroscopy，翻译：连续波平行近红外干涉光谱技术，我不确定是否准确，请以原英文为准。文章发表在《Biomedical Optics Express》期刊。

如何监测脑血流量？
脑血流量（CBF）将必需物质（氧气和葡萄糖）输送到大脑，并带走不必要的物质（代谢产物）。任何偏离常态的行为都可能导致暂时性脑功能障碍和不可逆的触发性疾病，比如：阿尔茨海默病等。当需要预防这类疾病时，就需要进行无创监测脑血流，目前而言，我们有几种监测脑血流的工具可以做到这一点。
首先想到的是功能性磁共振成像（fMRI），这可能是世界上使用最广泛的诊断测试。它允许监测脑血供的局部变化和体内神经元活性的相关波动。该技术提供了高分辨率图像，但相当昂贵，并且可能难以在幼儿中使用。因此这就是光学方法的用武之地。
可以使用功能性近红外光谱（fNIRS）评估脑氧合变化。该技术通过利用人体中的发色团对660-940 nm范围内的电磁波辐射的选择性吸收来非侵入性地测量局部脑氧合。另一方面，可以通过扩散相关光谱学（diffuse correlation spectroscopy ，DCS）连续监测血流。

改进的创新πNIRS
ICTER研究团队对Interferometric near-infrared spectroscopy（iNIRS）技术进行改进，依靠并行近红外干涉光谱（πNIRS）对脑血流进行多通道检测。在πNIRS中，采集的光信号用超快帧率（~1 MHz）的2D CMOS相机记录。

——文章实验示意图

记录的图像序列中的每个像素有效地变成单独的检测通道。通过这种方法，可以获得与iNIRS相似的数据，但速度要快得多-甚至快了几个数量级！

这种改进的系统具有更大灵敏度和检测本身的更高精度。可以检测与神经元激活相关的血流的快速变化，例如，响应于外部刺激或施用的药物。该方法可有助于诊断与CBF相关的神经元病症和评价治疗方法的有效性，治疗神经退行性疾病。

该文章测试已经证实，所使用的技术能有效地监测了活体前额叶皮层的活动。因此，πNIRS技术可以从多个空间位置监测脑血流量和吸收变化。

——文章头部测量示意图

该项目将改进的快速、无创的人体脑血活体监测系统。持续和非侵入性的血流监测可以帮助治疗严重的脑部疾病。此外，快速检测脑血流量将使我们更接近于开发一种非侵入式脑机接口（BCI），可以帮助残疾人的脑血流监测。

参考文献：

Saeed Samaei, Klaudia Nowacka, Anna Gerega, Żanna Pastuszak, and Dawid Borycki, "Continuous-wave parallel interferometric near-infrared spectroscopy (CW πNIRS) with a fast two-dimensional camera," Biomed. Opt. Express 13, 5753-5774 (2022)

谢谢大家观看，如有帮助，来个喜欢或者关注吧！

本文整理作者：陈锐

本文仅供学习参考，有任何疑问及侵权，扫描以下公众号二维码添加交流：

更多学习内容，仅在知识星球发布：