تکنولوژی

دستگاه پوشیدنی بدن برای تصویربرداری نوری غیر تهاجمی از مغز

هدست جریان هسته

هدست Kernel Flow. منبع: تصویر از Kernel

یک پوشیدنی جدید به شکل کلاه ایمنی فعالیت مغز را کنترل می کند.

پیشرفت های اخیر در تکنیک های تصویربرداری مغز مشاهدات دقیق و با وضوح بالا از مغز و عملکرد آن را تسهیل می کند. به عنوان مثال، طیف‌سنجی نزدیک مادون قرمز عملکردی (fNIRS) یک تکنیک تصویربرداری غیرتهاجمی پرکاربرد است که از نور مادون قرمز نزدیک (طول موج> 700 نانومتر) برای تعیین غلظت نسبی هموگلوبین در مغز از طریق تفاوت در الگوهای جذب نور هموگلوبین استفاده می‌کند.

اکثر سیستم‌های اسکن مغز غیرتهاجمی از موج پیوسته fNIRS استفاده می‌کنند که در آن بافت با پرتو ثابتی از فوتون تابش می‌شود. با این حال، این سیستم ها نمی توانند بین فوتون های پراکنده و جذب شده تمایز قائل شوند. پیشرفت اخیر در این تکنیک، fNIRS حوزه زمان (TD) است که از پالس های نور پیکوثانیه و آشکارسازهای پرسرعت برای تخمین پراکندگی و جذب فوتون در بافت ها استفاده می کند. با این حال، چنین سیستم هایی گران و پیچیده هستند و نسبت ابعاد بالایی دارند و استفاده گسترده از آنها را محدود می کند.

برای مقابله با این چالش ها، دانشمندان در Kernel، یک شرکت فناوری عصبی، یک هدست پوشیدنی مبتنی بر فناوری TD-fNIRS توسعه دادند. این دستگاه که “Kernel Flow” نام دارد، 2.05 کیلوگرم وزن دارد و شامل 52 ماژول است که در چهار صفحه قرار گرفته اند که در دو طرف سر قرار می گیرند. مشخصات و عملکرد سیستم کرنل فلو در ارائه شده است مجله اپتیک زیست پزشکی (JBO).

ماژول های هدست مجهز به دو منبع لیزری هستند که پالس های لیزری با عرض کمتر از 150 پیکو ثانیه تولید می کنند. سپس فوتون ها از یک منشور منعکس می شوند و در یک منبع نور ترکیب می شوند که پرتو را به پوست سر هدایت می کند. هنگامی که از پوست سر عبور می کنند، پالس های لیزر توسط شش لوله نوری با قطر 2 میلی متر گرفته می شوند و به شش آشکارساز شش ضلعی در فاصله 10 میلی متری از منبع لیزر ارسال می شوند. آشکارسازها زمان رسیدن فوتون ها را بر روی هیستوگرام ها ثبت می کنند و قادر به کنترل نرخ های بالای شمارش فوتون ها (بالاتر از 1×10) هستند.9 شمارش در ثانیه).

برای نشان دادن عملکرد آن، از سیستم Kernel Flow برای ثبت سیگنال‌های مغزی دو شرکت‌کننده که یک کار ضربه زدن با انگشت را انجام می‌دادند، استفاده شد. هیستوگرام از بیش از 2000 کانال از سراسر مغز در طول جلسه آزمون برای اندازه گیری تغییرات در غلظت اکسی هموگلوبین و دئوکسی هموگلوبین جمع آوری شد.

مشخص شد که این سیستم با سیستم‌های TD-fNIRS معمولی سازگار است. رایان فیلد، مدیر فناوری کرنل و نویسنده این مطالعه توضیح می‌دهد: «ما با دستگاه کوچک‌شده خود، عملکرد نزدیک به دسکتاپ را با پروتکل‌های فانتوم بافت استاندارد و نوری برای TD-fNIRS و نتایج علوم اعصاب انسانی نشان دادیم.

در حالی که نتایج امیدوارکننده هستند، فیلد نیاز به آزمایش بیشتر را تأیید می کند زیرا نور NIR به طور متفاوت توسط انواع مو و پوست خاص جذب می شود. ما در حال حاضر در حال جمع‌آوری داده‌ها با استفاده از Kernel Flow برای نشان دادن کاربردهای اضافی برای علوم اعصاب انسانی هستیم. ما همچنین در حال ارزیابی عملکرد سیستم با انواع مختلف مو و پوست هستیم.

Kernel Flow سیستم‌های TD-fNIRS در مقیاس بزرگ را به شکل پوشیدنی بسته‌بندی می‌کند و نسل جدیدی از دستگاه‌های تصویربرداری نوری غیرتهاجمی مغز را ارائه می‌کند. سیستم‌هایی مانند Kernel Flow تصویربرداری عصبی را بسیار در دسترس‌تر می‌سازند تا مزایای گسترده‌ای در سلامت و علم ایجاد کنند. به عنوان مثال، FDA اخیراً مطالعه ای را با استفاده از سیستم جریان هسته برای اندازه گیری اثرات روانگردان کتامین بر مغز تأیید کرده است.

سردبیر مهمان JBO دیمیتریس گورپاس از هلمهولتز زنتروم مونیخ، مرکز تحقیقات بهداشت محیطی آلمان، خاطرنشان می‌کند: «این اولین سیستم پوشیدنی TD-fNIRS تمام سر در جهان است که عملکرد سیستم‌های ثابت موجود را حفظ یا بهبود می‌بخشد و پتانسیل دستیابی به شما را دارد. ماموریت اصلی ساختن اندازه گیری های عصبی من واقعا مشتاقانه منتظر چیزی هستم که مغز هنوز فاش نکرده است.

مرجع: «جریان هسته‌ای: یک سیستم طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک مقیاس‌پذیر، عملکردی با تعداد زیادی کانال‌های حوزه زمان» نوشته هان ی بان، جفری ام. بارت، الکس بورسیویچ، آشوتوش چاتورودی، ژاکوب ال. دال، حمید دهقانی، جولین دوبوا، رایان ام فیلد، ویسوانات گوپالاکریشنان، اندرو گاندران، مایکل هنینگر، ویلسون سی هو، هوارد دی هیوز، رونگ جین، جولیان کیتس هاربک، تان لندی، مایکل لگیرو، گابریل لرنر، زهرا ام. آغاجان، مایکل مون ، ایسای اولورا، پارک سانگیونگ، میلین جی. پاتل، کاترین ال. پردو، بنجامین سیپسسر، سباستین سورگنفری، ناتان سان، ویکتور شپانسکی، مری ژانگ و ژنه ژو، 18 ژانویه 2022، مجله اپتیک زیست پزشکی.
DOI: 10.1117 / 1.JBO.27.7.074710

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا