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Articles by David A. Boas in JoVE

 JoVE Neuroscience

Mesure cérébrale oxygénation sanguine à base d'oxygène-dépendant trempe de phosphorescence


JoVE 1694 5/04/2011

1, 2, 1, 3, 1, 3, 1, 1, 1,4, 3, 2, 1

1Optics Division, Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 2Department of Biochemistry and Biophysics, University of Pennsylvania, 3Neuroprotection Research Laboratory, Departments of Radiology and Neurology, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 4Departments of Neurosciences and Radiology, University of California

Nous présentons une procédure expérimentale pour mesurer la pression partielle d'oxygène (pO2) dans le système vasculaire cérébrale à base d'oxygène-dépendant trempe de phosphorescence. La préparation des animaux et des procédures d'imagerie ont été décrites pour les deux grand champ de vue CCD à base d'imagerie de pO2 chez le rat et l'imagerie 2-photons d'excitation basée sur pO2 chez la souris.

Other articles by David A. Boas on PubMed

Dans Le Proche Infrarouge Spiroximetry: Non Invasives Mesures De La Saturation Veineuse Chez Les Porcelets Et Les Sujets Humains

Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md. : 1985). Jan, 2002  |  Pubmed ID: 11744680

Nous présentons une méthode non invasive pour mesurer la saturation en oxygène du sang veineux (Sv (O (2))) dans les tissus en utilisant la spectroscopie proche infrarouge (NIRS). Cette méthode est basée sur la respiration des oscillations provoquées par l'absorption de l'infrarouge proche dans les tissus, et nous appelons cela spiroximetry (le spiro préfixe signifie la respiration). Nous avons testé cette méthode en trois porcelets (patte arrière) et dans huit des sujets humains (vaste interne et vaste externe muscles lateralis). Dans l'étude de porcelet, nous avons comparé nos mesures NIRS de la Sv (O (2)) (Sv (O (2))-SPIR (resp)) avec le Sv (O (2)) des échantillons de sang. Sv (O (2))-SPIR (REEE) et Sv (O (2)) des échantillons de sang sont en bon accord sur toute la gamme de Sv (O (2)) considérée (20-95%). Les deux mesures ont montré une différence moyenne de 1,0% et un écart-type de la différence de 5,8%. Dans l'étude de l'homme, nous avons trouvé un bon accord entre la méthode d'occlusion Sv (O (2))-SPIR (REEE) et le Sv (O (2)) les valeurs mesurées avec les SPIR veineux. Enfin, dans un essai préliminaire impliquant l'exercice musculaire, Sv (O (2))-SPIR (REEE) ont montré une diminution attendue après l'exercice de la valeur initiale de base et une reprise à la suite de base.

L'activité Cérébrale Intrinsèque Déclencheurs Trigéminales Afférences Méningées Dans Un Modèle De La Migraine

Nature Medicine. Feb, 2002  |  Pubmed ID: 11821897

Bien que le nerf trijumeau innerve les méninges et participe à la genèse des migraines, des mécanismes de déclenchement restent controversés et mal compris. Ici, nous établir un lien entre la migraine et maux de tête aura en démontrant que la dépression corticale envahissante, impliqués dans la migraine aura visuelle, active les afférences trigéminovasculaire et évoque une série de manifestations méningées corticales et du tronc cérébral compatibles avec le développement de maux de tête. Corticale dépression causée étalement de longue durée du flux sanguin amélioration sélective à l'intérieur de l'artère méningée moyenne dépend d'activation du trijumeau et parasympathique, et de fuite de protéines plasmatiques dans la dure-mère, en partie par un mécanisme de neurokinine-1-récepteur. Nos résultats fournissent un mécanisme neuronal qui extracérébrales céphaliques couples d'écoulement de sang à des événements du cerveau; ce mécanisme explique la vasodilatation au cours des maux de tête intenses et relie l'activité du cerveau neurométabolique avec la transmission de la douleur des maux de tête par le nerf trijumeau.

Activation Lobe Frontal Pendant Permanence De L'objet: Les Données De La Spectroscopie Proche Infrarouge

NeuroImage. Aug, 2002  |  Pubmed ID: 12202098

La capacité à créer et à maintenir un schéma mental d'un objet est l'un des jalons dans le développement cognitif. Scientifiques sur le développement ont nommé la manifestation comportementale de cette permanence de l'objet de compétence. Preuves convergent indique que la maturation du lobe frontal joue un rôle essentiel dans l'affichage de permanence de l'objet, mais méthodologique et éthique contraint il a été difficile de recueillir des preuves neurophysiologique à l'éveil, les nourrissons se comportent. Spectroscopie proche infrarouge fournit une évaluation non invasive de changements dans l'oxy-et la désoxyhémoglobine et la concentration d'hémoglobine totale dans une région prescrite. Les éléments de preuve décrits dans le présent rapport révèle que l'émergence de permanence de l'objet est liée à une augmentation de la concentration d'hémoglobine dans le cortex frontal.

Non-invasive Neuro-imagerie Utilisant La Lumière Infrarouge Proche

Biological Psychiatry. Oct, 2002  |  Pubmed ID: 12372658

Cet article examine diffuser l'imagerie du cerveau optique, une technique qui emploie la lumière proche infrarouge à des non-invasive de sonder le cerveau des changements dans les paramètres relatifs au fonctionnement du cerveau. Nous décrivons la méthodologie générale, y compris les types de mesures et d'instrumentation (y compris les compromis inhérents à des composants des appareils divers), et la théorie de base nécessaires pour interpréter les données enregistrées. Un bref examen des demandes diffuses optique est inclus, avec un accent sur la recherche qui a été fait avec les populations psychiatriques. Enfin, nous discutons de certaines questions pratiques et les limites qui sont pertinentes lors de la conduite diffuses des expériences d'optique. Nous constatons que, tandis que l'optique diffuses peut apporter des avantages substantiels par rapport à la chercheuse en psychiatrie aux méthodes alternatives d'imagerie cérébrale, la méthode reste sensiblement sous-utilisées dans ce domaine.

Une Comparaison Quantitative De L'IRMf BOLD Simultanée Et Recordings NIRS Lors De L'activation Fonctionnelle Du Cerveau

NeuroImage. Oct, 2002  |  Pubmed ID: 12377147

Spectroscopie proche infrarouge (SPIR) a été utilisé de manière non invasive de surveiller adultes fonctionnement du cerveau humain dans une grande variété de tâches. Bien que difficiles correspondances spatiales avec des cartes issues de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont été trouvés dans ces expériences, les correspondances d'amplitude entre les deux modalités d'enregistrement n'ont pas été entièrement caractérisé. Pour ce faire, nous avons acquis simultanément SPIR et le sang-oxygénation dépendante du niveau (BOLD) des données IRMf et par rapport Delta (1/BOLD) (environ R (2) (*)) à des changements dans l'oxyhémoglobine, la désoxyhémoglobine, et les concentrations d'hémoglobine totales obtenues des données de SPIR sujets effectuant une tâche motrice simple. Nous nous attendions à la corrélation avec la désoxyhémoglobine à être plus forte, en raison de la relation causale entre les changements dans les concentrations et déoxyhémoglobine signal BOLD. Au lieu de cela, nous avons trouvé des corrélations très variables, ce qui suggère la nécessité de tenir compte des différences individuelles sous réserve dans nos calculs NIRS. Nous soutenons que la variabilité résulte d'erreurs systématiques associées à chacun des signaux, y compris: (1) des erreurs de volume partiel dû à des changements de concentration d'intervention, (2) la longueur d'onde de cet effet de volume partiel, (3) des erreurs de modélisation des tissus, et ( 4) incongruence possible spatiale entre les changements de concentration d'oxy-et la désoxyhémoglobine. Après de tels effets ont été comptabilisées, de fortes corrélations ont été trouvées entre les changements d'IRMf et toutes les mesures optiques, avec l'oxyhémoglobine fournir la plus forte corrélation. Surtout, cette constatation a tenu, même si, y compris le cuir chevelu, le crâne, et le tissu cérébral inactif dans le signal BOLD en moyenne. Cela peut refléter, au moins en partie, le supérieur de contraste sur bruit pour oxyhémoglobine par rapport à la désoxyhémoglobine (à partir de mesures optiques), plutôt que de la physiologie liée à l'interprétation du signal BOLD.

L'imagerie Simultanée De Flux Totale Concentration En Hémoglobine, L'oxygénation, Et Sanguin Cérébral Lors De L'activation Fonctionnelle

Optics Letters. Jan, 2003  |  Pubmed ID: 12656525

Un instrument simple est démontrée pour l'imagerie haute résolution simultanée de la concentration d'hémoglobine totale et l'oxygénation et la circulation sanguine dans le cerveau en combinant l'imagerie rapide avec plusieurs longueurs d'ondes laser speckle imagerie de contraste. L'instrument a été utilisé pour les changements d'image dans l'oxyhémoglobine et la circulation du sang au cours désoxyhémoglobine la dépression corticale propagation et la stimulation moustache unique chez le rat par un crâne amincie. La capacité de débit sanguin et l'image des changements de concentration d'hémoglobine en même temps avec une haute résolution permettra une analyse détaillée quantitative de l'hémodynamique spatio-temporelles de l'activation fonctionnelle du cerveau, y compris l'imagerie du métabolisme de l'oxygène. Ceci est d'importance pour la communauté des neurosciences et conduira à une meilleure compréhension de l'interdépendance des processus neuronaux, métaboliques et hémodynamiques dans les cerveaux normaux et malades.

Facteurs Influant Sur La Précision Des Calculs Dans Le Proche Infrarouge De Concentration De Spectroscopie Pour Les Changements Dans Les Paramètres Focaux Oxygénation

NeuroImage. Apr, 2003  |  Pubmed ID: 12725763

Spectroscopie proche infrarouge (SPIR) peut être utilisé de manière non invasive de mesurer les changements dans les concentrations de l'oxy-et la désoxyhémoglobine dans les tissus. Nous avons précédemment montré que tandis que les changements globaux peuvent être mesurés de façon fiable, les changements correspondants peuvent produire des estimations erronées des changements de concentration (NeuroImage 13 (2001), 76). Ici, nous décrivons quatre sources distinctes de l'erreur systématique dans le calcul des variations d'hémoglobine focaux de données de SPIR et utiliser des méthodes expérimentales et les simulations de Monte Carlo pour examiner les méthodes de l'importance et l'atténuation de chacun. Les sources d'erreur sont les suivantes: (1). les grandeurs absolues et les différences relatives de facteurs trajet optique en fonction de longueur d'onde, 2). l'emplacement et l'étendue spatiale de la variation d'absorption par rapport à la sonde optique, (3). éventuelles différences de la distribution spatiale de l'espèce d'hémoglobine, et (4). le potentiel de surveillance simultanée de plusieurs régions de l'activation. Nous avons trouvé de sélection de longueur d'onde et le placement optode être des variables importantes pour réduire au minimum ces erreurs, et nos résultats indiquent que des procédures appropriées expérimentales pourraient réduire chacune de ces erreurs à une petite fraction (<10%) des changements de concentration observés.

Fluorescence Tomographie Optique De Diffusion

Applied Optics. Jun, 2003  |  Pubmed ID: 12790460

Un non-linéaire, schéma d'optimisation bayésienne est présentée pour la reconstruction et le rendement fluorescent durée de vie, le coefficient d'absorption, et le coefficient de diffusion dans les médias troubles, tels que les tissus biologiques. Le procédé utilise des mesures à la fois l'excitation et les longueurs d'onde d'émission de reconstruire les paramètres inconnus. L'efficacité de l'algorithme de reconstruction est démontré par simulation et par l'application à des données expérimentales à partir d'un fantôme de tissu contenant l'agent fluorescent vert d'indocyanine.

Inférence Robuste De Base Propriétés Optiques De La Tête Humaine En Trois Dimensions à Partir De La Segmentation D'imagerie Par Résonance Magnétique

Applied Optics. Jun, 2003  |  Pubmed ID: 12790461

Nous modélisons la capacité d'un petit (6-optode) résolue en temps de tomographie optique diffuse (DOT) du système pour déduire l'absorption de base et la réduction des coefficients de diffusion des tissus de la tête humaine (cuir chevelu, le crâne et le cerveau). Le hétérogène modèle tridimensionnel de l'avant de diffusion utilise des tissus de la géométrie segmentées par résonance magnétique (MR) de données. Manipulation du problème inverse par utilisation de l'inférence bayésienne et en introduisant un modèle de bruit réaliste, nous prévoyons des barres d'erreur de coefficient en termes de nombre de photons détectés et pris en charge l'erreur du modèle. Nous démontrons la grande amélioration que le modèle MR-segmenté peut fournir: 2-10% d'erreur dans les coefficients du cerveau (pour 2 x 10 (6) photons, l'erreur du modèle 5%). Nous échantillon de la partie postérieure exacte et la robustesse spectacle à l'erreur modèle numérique. Cela ouvre la possibilité d'simultanée DOT et MR pour quantitative neuroimagerie fonctionnelle corticale limitée.

Optode étalonnage De Position En Tomographie Optique Diffuse

Applied Optics. Jun, 2003  |  Pubmed ID: 12790466

Bien que diffuse la tomographie optique est une technique très prometteuse utilisé de manière non invasive l'image du volume sanguin et l'oxygénation, les données reconstituées sont sensibles à la différence systémique entre le modèle à suivre et les conditions expérimentales réelles. En particulier, de petits changements dans la localisation optode ou dans le coefficient de couplage optode des tissus dégrader considérablement la qualité des images de reconstruction. L'étalonnage du système précis est donc un élément essentiel de tout protocole expérimental. Nous présentons une technique de calibrage des positions simultanément optode et reconstruction d'images qui améliore considérablement la qualité d'image, comme nous le démontrons avec des simulations et des expériences fantômes.

Comparaison Temporelle De L'imagerie Fonctionnelle Du Cerveau Avec La Tomographie Optique Diffuse Et De L'IRMf Lors D'une Stimulation Des Pattes Avant Rat

Physics in Medicine and Biology. May, 2003  |  Pubmed ID: 12812454

Les cours à temps de l'oxyhémoglobine ([HbO2]), la désoxyhémoglobine ([HbR]) et de l'hémoglobine totale ([HBT]) des changements de concentration après l'activation corticale chez les rats par une stimulation électrique patte ont été mesurées en utilisant la tomographie optique diffuse (DOT) et comparés aux mesures similaires réalisée précédemment avec l'IRMf à 2,0 T et 4,7 T. Nous avons également exploré les effets qualitatifs des différents paramètres de stimulation sur l'évolution temporelle de la réponse hémodynamique. Images de points ont été reconstruites à une profondeur de 1,5 mm sur une surface de 1 cm carré de 2 mm en avant de bregma à 8 mm en arrière bregma. L'ensemble de mesure inclus 9 sources et 16 détecteurs avec un taux de trame d'imagerie de 10 Hz. Les deux DOT [HbR] et [] HbO2 des cours à temps ont été comparées à l'évolution dans le temps BOLD IRMf pendant la stimulation, et le DOT [HBT] évolution dans le temps a été comparé au volume de plasma cérébrale IRMf (CPV) évolution dans le temps. Nous croyons que le DOT et l'IRMf peut fournir des renseignements similaires temporelle pour le volume de sang à la fois et les changements déoxyhémoglobine, ce qui contribue à la validation croisée de ces deux techniques et de démontrer que le DOT peut être utile en tant que modalité complémentaire de l'IRMf pour étudier la réponse hémodynamique à l'activité neuronale .

Couplage De Concentration D'hémoglobine Totale, L'oxygénation, Et De L'activité Neuronale Dans Le Cortex Somatosensoriel Rat

Neuron. Jul, 2003  |  Pubmed ID: 12873390

Les progrès récents des techniques d'imagerie du cerveau, y compris l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), offrent de grandes promesses pour la cartographie non invasive des fonctions cérébrales. Cependant, le caractère indirect des signaux d'imagerie à l'activité neurale sous-jacente limite l'interprétation des cartes qui en résultent. Le présent rapport représente la première étude systématique avec une puissance statistique suffisante pour caractériser quantitativement la relation entre les changements de la teneur en oxygène dans le sang et le dopage de neurones et de l'activité synaptique. En utilisant deux dimensions des mesures optiques de signaux hémodynamiques, des enregistrements simultanés de l'activité neuronale, et un paradigme de relance lié à l'événement, nous démontrons que (1) il existe une relation fortement non linéaire entre les mesures électrophysiologiques de l'activité neuronale et la réponse hémodynamique, (2) la réponse hémodynamique continue de croître au-delà de la saturation de l'activité électrique, et (3) l'augmentation initiale de la désoxyhémoglobine qui précède une augmentation du volume sanguin est contrebalancée par une diminution initiale égale à l'oxyhémoglobine.

Imagerie Tomographique Optique Du Sein Guidée Par Trois Dimensions Mammographie

Applied Optics. Sep, 2003  |  Pubmed ID: 12962399

Nous introduisons une méthode modifiée de la régularisation de Tikhonov pour inclure trois dimensions mammographie par rayons X comme un préalable à la reconstruction de tomographie optique diffuse. Grâce à des simulations, nous montrons que la résolution de l'image optique de reconstruction et le contraste sont améliorées par la mise en œuvre de cette contrainte x-ray-guidée spatiale. Nous suggérons une approche pour trouver les paramètres optimaux de régularisation. Le résultat présenté clinique préliminaire indique l'utilité de la méthode.

Réponse Hémodynamique évoqués Du Cortex Sensori-moteur Mesurée De Façon Non Invasive Avec Le Proche Infrarouge Imagerie Optique

Psychophysiology. Jul, 2003  |  Pubmed ID: 14570163

Nous avons effectué une étude non invasive d'imagerie optique bilatérale de la réponse hémodynamique évoqué à la tâche doigt l'opposition unilatérale, doigt tactile, et la stimulation électrique du nerf médian dans le cortex sensori-moteur humain. Cette étude montre la réponse optique de l'hémoglobine à des stimuli évoqué volontaires et non volontaire. Nous avons effectué des mesures sur 10 volontaires sains en utilisant des paradigmes de blocs pour le moteur, sensoriel, et les stimulations électriques des mains droite et gauche séparément. Nous avons analysé les caractéristiques spatiales / temporelles et l'amplitude du signal optique induite par l'activation cérébrale au cours de ces trois paradigmes. Nous avons constamment trouvé une augmentation (diminution) de la concentration cérébrale de l'oxy-hémoglobine (désoxy-hémoglobine) sur le côté cortical contralatéral au côté stimulé. Nous avons observé une réponse optique à l'activation qui était plus grand en taille et en amplitude au cours du moteur tâche volontaire par rapport aux deux autres stimulations. La réponse ipsilatérale est constamment inférieure à la réponse controlatérale, voire inversé (c.-à-une diminution de l'hémoglobine oxy-, et une augmentation de la désoxy-hémoglobine) dans le cas de la stimulation électrique. Nous avons observé une contribution systémique au signal optique de l'augmentation de l'augmentation de la fréquence cardiaque lors de la stimulation, et nous avons fait une première tentative de le soustraire du signal d'hémoglobine évoqué. Nos résultats basés sur l'imagerie optique sont en accord avec les résultats obtenus dans la littérature avec la tomographie par émission de positrons et l'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique.

Tomographie Volumétrique Diffuse Optique De L'activité Cérébrale

Optics Letters. Nov, 2003  |  Pubmed ID: 14587815

Nous présentons en trois dimensions de tomographie optique diffuse de la réponse hémodynamique à la stimulation somatosensorielle chez le rat. Ces images montrent la faisabilité de l'imagerie volumétrique de la réponse fonctionnelle à l'activité cérébrale avec une lumière diffuse. Une combinaison de calibrage optodes position et la pondération rapport de contraste sur bruit a été trouvée pour améliorer les performances d'imagerie.

Mesure Non Invasive De L'activité Neuronale Avec Le Proche Infrarouge Imagerie Optique

NeuroImage. Jan, 2004  |  Pubmed ID: 14741675

Diffuse d'imagerie optique (DOI) offre la possibilité d'seule simultanément et non-invasive de mesure de signaux neuronaux et vasculaires dans le cerveau à la résolution temporelle maximale de 1 ms. Cependant, alors que la mesure optique des signaux hémodynamiques est bien établi, de mesure optique de l'activation neuronale (le signal que l'on appelle rapide) est récent et nécessite une optimisation et la validation. Dans ce travail, nous présentons des études préliminaires au cours desquelles nous avons mesuré le signal rapide en 10 volontaires sains au cours de doigt les écoutes, la stimulation tactile, et la stimulation électrique du nerf médian. Nous avons utilisé un instrument (CW4) avec 8 source (690 et 830 nm) et 16 postes de détection-plus optodes que les instruments dans les études précédemment rapportés. Cela nous a permis d'enregistrer l'ipsilatéral et controlatéral cortex sensorimoteur simultanément, tandis que dans le même temps la mesure de la réponse évoquée hémodynamique. Nous avons utilisé un temps d'acquisition de 25 ms par image; après une moyenne de près de 1000 événements, le rapport signal-bruit est d'environ 10 (4). Étant donné que les changements attendus d'intensité relative en raison du signal rapide (environ 10 (-3)) sont plus petits que les changements d'intensité relative due aux effets physiologiques (environ 10 (-1)), nous avons amélioré la suppression de signaux concurrents, tels que les battements du cœur associée à des changements d'intensité, et a établi cinq critères permettant d'évaluer la robustesse du signal rapide. Nous avons détecté le signal rapide dans 43% des mesures au cours doigt les écoutes, 60% des personnes lors de la stimulation tactile, et 23% de ceux lors de la stimulation électrique des nerfs médian. Les changements relatifs à l'intensité associée avec le signal rapide ont été d'environ 0,07% et le temps de latence du signal était d'environ 100 ms.

Reconstruire Images De Concentration Chromosphère Directement Par Onde Continue Tomographie Optique Diffuse

Optics Letters. Feb, 2004  |  Pubmed ID: 14759043

Nous présentons un algorithme pour reconstruire des images de concentration chromosphère directement plutôt que de suivre la traditionnelle processus en deux étapes de la reconstruction de la longueur d'onde dépendantes images coefficient d'absorption et de concentration, puis en calculant les images chromosphère. Cette procédure impose information préalable spectrale dans la reconstruction de l'image qui en résulte dans une amélioration spectaculaire de l'image de contraste sur bruit de mieux que 100%. Nous démontrons cette amélioration avec des simulations et un sang dynamique d'expérimentation fantôme.

Fluorescence Tomographie Optique De Diffusion Utilisation De Plusieurs Fréquences Données

Journal of the Optical Society of America. A, Optics, Image Science, and Vision. Jun, 2004  |  Pubmed ID: 15191186

Une méthode est présentée pour la tomographie optique de fluorescence de diffusion dans les médias troubles en utilisant plusieurs fréquences données. La méthode utilise un modèle dans le domaine fréquentiel de diffusion équation de reconstruire le rendement de fluorescence et de durée de vie au moyen d'un cadre bayésien et un système efficace, optimiseur non linéaire. La méthode est démontrée en utilisant des simulations et des expériences en laboratoire pour démontrer que la qualité de reconstruction peut être améliorée dans certains problèmes grâce à l'utilisation de plus d'une fréquence. Un largement applicable métrique mutuelle information sur le rendement est également présenté et utilisé pour étudier les avantages de l'utilisation des fréquences de modulation par rapport à plusieurs en utilisant un seul.

Laser Speckle Débitmétrie Pour L'étude De La Physiologie Cérébrovasculaire Dans Le Cortex De Souris Normale Et Ischémique

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Jul, 2004  |  Pubmed ID: 15241182

Laser speckle débitmétrie (LSF) est utile pour évaluer de façon non invasive à deux dimensions du débit sanguin cérébral (CBF) avec une résolution temporelle et spatiale. Les auteurs montrent que la LSF peut l'image des dynamiques spatio-temporelles des changements CBF chez la souris grâce à un crâne intact. Lorsque mesurée par LSF, le pic CBF augmente pendant la stimulation moustache en étroite corrélation avec simultanées laser Doppler (LDF) les mesures, et étaient plus à l'intérieur des branches de l'artère cérébrale moyenne du cortex baril fournir que dans le cortex lit capillaire baril lui-même. Lorsque LSF a été utilisé pour étudier la réponse au CO2 inhalés (5%), l'augmentation du débit a été similaire à la réponse ont déclaré utiliser FDL. Pour les limites supérieure et inférieure de l'autorégulation, les valeurs moyennes de pression artérielle était de 110 et 40 mm Hg, respectivement. Ils montrent également une relation linéaire entre absolue de repos CBF, tel que déterminé par [C] technique iodoamphetamine, et 1/tau (c) les valeurs obtenues à l'aide LSF, et utilisé 1/tau (c) valeurs à comparer reposant CBF entre les différents animaux. Enfin, les auteurs ont étudié les changements CBF après distale ligature de l'artère cérébrale moyenne, et a développé un modèle pour étudier la distribution spatiale et l'hémodynamique de modérée à sévère du cortex ischémique. En résumé, LSF a des avantages distincts sur LDF pour le suivi CBF en raison de la haute résolution spatiale.

Tomographie Optique Laminaire: Démonstration De L'échelle Millimétrique Profondeur Résolu D'imagerie En Milieu Trouble

Optics Letters. Jul, 2004  |  Pubmed ID: 15309848

Laminaire tomographie optique (LOT) est une nouvelle technique qui combine les avantages de la reconstruction diffuse la tomographie optique de l'image et une installation de microscopie basée sur l'imagerie sans contact pour permettre à 100-200-micromètre résolution effective sur des profondeurs de 0-2,5 mm. LOT est développé principalement pour l'imagerie multispectrale de cortex de rat, pour lequel la résolution dynamique fonctionnelle dans les différentes couches du cortex du cerveau (à des profondeurs de 1500 microm) est d'un intérêt croissant pour les neurophysiologistes. La conception du système et des techniques de reconstruction d'image sont décrits, ainsi que la simulation et les résultats fantômes qui démontrent les caractéristiques et les limites de précision du système et la résolution.

L'imagerie Optique Diffuse De L'activation Cérébrale: Approches De L'image Optimisation De La Sensibilité, Résolution Et La Précision

NeuroImage. 2004  |  Pubmed ID: 15501097

Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) et l'imagerie optique diffuse (DOI) trouvent une large application dans l'étude de l'activation du cerveau humain, motiver davantage spécifique à l'application de développement de la technologie. SPIR et DOI offrent la possibilité de quantifier les changements dans la désoxyhémoglobine (HBR) et l'hémoglobine totale (HBT) de concentration, permettant ainsi à la distinction de la consommation d'oxygène et des changements du flux sanguin lors de l'activation du cerveau. Bien que les techniques mises en œuvre actuellement de fournir des résultats importants pour la cognition et des neurosciences à travers leurs mesures relatives de HBr et les concentrations HBT, il ya beaucoup à faire pour améliorer la sensibilité, l'exactitude et la résolution. Dans cet article, nous passons en revue les progrès faits actuellement et de questions à envisager pour améliorer la qualité d'image optique. Il s'agit notamment de la sélection optimale des longueurs d'onde afin de minimiser la propagation des erreurs aléatoires et systématiques dans le calcul des taux d'hémoglobine, le filtrage de l'encombrement du signal systémique physiologique pour améliorer la sensibilité à la réponse hémodynamique à l'activation du cerveau, la mise en œuvre de chevauchement des mesures pour améliorer la résolution spatiale de l'image et l'uniformité, et l'utilisation d'une information préalable spatiale à partir de l'IRM structurelle et fonctionnelle pour réduire les erreurs DOI volume partiel et améliorer la précision de l'image quantitative.

Hypoperfusion Prononcée Pendant La Dépression Chez La Souris Cortex épandage

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Oct, 2004  |  Pubmed ID: 15529018

Nous avons étudié uniques du débit sanguin cérébral (CBF) des réponses à la dépression corticale dans la propagation des souris en utilisant un roman en deux dimensions CBF technique d'imagerie, granularité laser débitmétrie. Dépression corticale propagation a entraîné une réponse triphasique CBF à la fois chez le rat et le cortex de la souris. Chez le rat, une légère hypoperfusion initiale (environ 75% du niveau de référence) a été suivie par une hyperémie transitoire pour atteindre environ 220% du niveau de référence. Chez la souris, l'hypoperfusion initiale a été prononcée (40-50% du niveau de référence), et la phase hyperémique anticipée atteignait à peine de référence. La durée de l'hypoperfusion significativement corrélée à la durée du quart de DC. Comme explication possible pour l'hypoperfusion prononcée, les navires de la souris cérébrales ont montré une résistance accrue à la détente par l'acétylcholine (3 microM) après K + induite par preconstriction (20, 40, et 80 mM), mais dilaté normalement en réponse à l'acétylcholine après preconstriction avec U46619, un analogue synthétique de la thromboxane A2. En revanche, les navires de rat dilaté facilement à l'acétylcholine après preconstriction par K +. La normalisation transitoire de la CBF après une hypoperfusion chez la souris a été aboli par la L-NA, mais pas 7-NI. En résumé, la réponse à la dépression CBF propagation corticale chez la souris contraste avec le rat en ce que le hypoperfusion initiale est prononcée, et la phase hyperémique est nettement diminué. Les différences dans la réponse CBF entre les espèces peuvent être en partie causée par une sensibilité accrue des navires de la souris cérébrales à + K élevée extracellulaire.

Le Couplage De La Réponse Corticale Hémodynamique à L'activité Neuronale Corticale Et Thalamique

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Mar, 2005  |  Pubmed ID: 15734797

Interprétation juste des IRM fonctionnelle (IRMf) des signaux nécessite la connaissance de la relation entre la réponse hémodynamique et de l'activité neuronale sous-jacente qu'il. Nous abordons ici la question du couplage entre l'activité neuronale pré-et post-synaptique et la réponse hémodynamique dans somatosensoriel rongeurs (Barrel) du cortex en réponse à un seul cheveu de déviation. Utilisation de l'imagerie plein champ longueurs d'onde multiples optique de l'oxygénation de l'hémoglobine et des enregistrements électrophysiologiques de l'activité et de dopage potentiels de champs locaux, nous démontrons qu'une mesure hémodynamique point est influencée par l'activité neuronale sur plusieurs colonnes corticales. Nous démontrons que la réponse hémodynamique est une convolution spatio-temporelle de l'activation neuronale. Par conséquent, positive la réponse hémodynamique dans une colonne corticale pourrait être expliqué par l'activité neuronale non seulement dans cette colonne, mais aussi dans les colonnes voisines. Ainsi, les tentatives de caractériser la relation neurovasculaire basée sur des mesures ponctuelles de l'électrophysiologie et de l'hémodynamique peut produire des résultats incohérents, en fonction de l'étendue spatiale de l'activation neuronale. La constatation que le signal hémodynamique observée à un endroit donné est fonction de l'activité électrophysiologique au cours d'une vaste région du territoire contribue à expliquer une augmentation observée précédemment de la réponse vasculaire locale au-delà de la saturation de l'activité neuronale locale. Nous démontrons également que l'oxy-réponses hémodynamiques et totale de l'hémoglobine peut être bien approchée par l'espace-temps des fonctions séparables avec un antagoniste de centre-entourent configuration spatiale qui s'étend sur plusieurs millimètres. L'entourage d'activité «négative» hémodynamique ne correspondait pas à des changements observables dans l'activité neuronale. L'intégration spatiale complexe de la réponse hémodynamique doit être considéré lors de l'interprétation des données IRMf.

Détermination Du Temps D'exposition Optimal Pour L'imagerie Des Changements De Débit Sanguin Avec Laser Speckle Imagerie De Contraste

Applied Optics. Apr, 2005  |  Pubmed ID: 15813518

Laser speckle imagerie de contraste est de plus en une méthode établie pour l'ensemble de Imagerie cérébrale de la dynamique du flux sanguin dans des modèles animaux. La sensibilité et le bruit dans la mesure des changements du flux sanguin dépendra de la durée d'exposition photo. La relation entre la sensibilité, le bruit et le temps d'exposition photo a été étudiée expérimentalement par imagerie de speckle changements de contraste dans le cerveau après une stimulation électrique patte chez le rat. La sensibilité aux variations relatives de chatoiement de contraste a été trouvée pour augmenter au temps d'exposition plus longs et plus pour atteindre un plateau pour les durées d'exposition supérieures à environ 2 ms. Cependant, le bruit de speckle contraste augmente aussi avec le temps d'exposition et donc le rapport de contraste-bruit a été trouvé pour culminer à un temps d'exposition d'environ 5 ms. Nos résultats suggèrent que d'environ 5 ms est un temps d'exposition optimal pour l'imagerie du stimulus induites par les changements de débit sanguin cérébral chez les rongeurs.

Optimal Solution Linéaire Inverse Avec Prieurs Multiples Tomographie Optique Diffuse De

Applied Optics. Apr, 2005  |  Pubmed ID: 15813531

Un cadre général pour l'intégration a priori uniques et multiples en tomographie optique diffuse est décrite. Nous explorons l'utilisation de ce cadre pour, simultanément, en utilisant a priori spatiales et spectrales dans le contexte de l'imagerie du cancer du sein. L'utilisation d'images de résonance magnétique de l'eau et la teneur en lipides comme un espace statistique préalable pour les reconstructions diffuses d'image optique est également discuté. Des simulations sont effectuées pour démontrer l'amélioration significative de la qualité d'image offerte par la combinaison a priori spatiales et spectrales.

Étude Par Simulation De L'imagerie Par Résonance Magnétique Corticale-guidée Contraint Tomographie Optique Diffuse De Fonctionnement Du Cerveau Humain

Applied Optics. Apr, 2005  |  Pubmed ID: 15813532

L'imagerie optique diffuse peut mesurer l'activité cérébrale non invasive chez l'homme à travers le cuir chevelu et le crâne par la mesure de la modulation d'intensité de lumière résultant de changements d'absorption localisée activité induites dans le cortex. Résolution spatiale et la précision de localisation sont actuellement limitée par la géométrie de mesure à environ 3 cm dans le plan parallèle au cuir chevelu. Résolution en profondeur est un défi plus important en raison de la tomographie angle limité permise par la réflectance-seulement des mesures. Nous combinons les concepts précédemment établies pour améliorer la qualité de l'image et de démontrer, à travers des études de simulation, de leur application pour améliorer la qualité de l'image de la fonction cerveau humain adulte. Nous montrons dans un modèle tridimensionnel tête humaine que la précision de localisation est significativement améliorée par l'ajout de mesures qui fournissent des échantillons de tissu cérébral qui se chevauchent. Toutefois, le contraste d'absorption reconstruit est considérablement sous-estimé parce que sa profondeur est sous-estimée. Nous montrons que la précision de l'amplitude d'absorption de contraste peut être considérablement améliorée en fournissant une contrainte corticale spatiale dans la reconstruction de l'image pour obtenir une meilleure localisation en profondeur. La contrainte corticale est logique physiologique, puisque les changements d'absorption activité cérébrale induites se produisent dans le cortex et non dans le cuir chevelu, le crâne, et le liquide céphalorachidien. Cette contrainte spatiale est assurée par la segmentation de l'imagerie par résonance recalées magnétique structurelle (IRM). Toutefois, le contraste d'absorption profonde dans le cortex est reconstruite superficiellement, ce qui entraîne une sous-estimation du contraste d'absorption. La synthèse des techniques décrites ci-dessus indique que l'imagerie multimodalité de la fonction cérébrale avec l'imagerie optique diffuse et de l'IRM a le potentiel de fournir des estimations quantitatives plus de la réponse totale et de la désoxyhémoglobine à l'activation du cerveau, ce qui n'est actuellement pas prévu par ces deux méthodes de façon indépendante. Toutefois, les questions de résolution en profondeur dans le cortex restent à résoudre.

Utilisation De La Spectroscopie Proche Infrarouge Pour évaluer L'activation De Neurones Lors Du Traitement De L'objet Chez Les Nourrissons

Journal of Biomedical Optics. Jan-Feb, 2005  |  Pubmed ID: 15847576

La capacité de représenter le monde en termes d'objets numériquement distincts (c.-à-individuation objet) est une étape importante dans le développement cognitif précoce et constitue le fondement de la pensée plus complexe et le comportement. Au cours de la dernière de 10 à 15 ans, les chercheurs ont dépensé pour nourrissons beaucoup d'effort pour identifier les origines et le développement de cette capacité. En revanche, on sait relativement peu sur les mécanismes neuronaux qui sous-tendent la capacité d'individualiser les objets, en grande partie parce qu'il ya un nombre limité de techniques non invasives permettant de mesurer le fonctionnement du cerveau chez les nourrissons humains. Des recherches récentes suggèrent que près de-la spectroscopie IR (NIRS), une technique d'imagerie optique qui utilise les changements relatifs à la concentration d'hémoglobine totale et l'oxygénation comme un indicateur de l'activation neuronale, peut-être une procédure viable pour évaluer la relation entre traitement de l'objet et la fonction cérébrale chez l'homme nourrissons. Nous examinons la mesure dans laquelle une activation accrue de neurones, telle que mesurée par NIRS, a pu être observée dans deux domaines neuronaux connus pour être impliqués dans le traitement de l'objet, le cortex visuel primaire et le cortex temporal inférieur, au cours d'une tâche de traitement objet. Nourrissons de 6,5 mois sont présentés à un événement visuel dans lequel deux objets distincts featurally sortir successivement à des côtés opposés d'un dispositif d'occlusion et de données neuro-imagerie sont recueillies. Comme prévu, l'augmentation de l'activation neuronale est observée dans le cortex visuel primaire et inférieur au cours de l'événement visuel, ce qui suggère que ces zones de traitement neuronal objet le soutien à la jeune nourrisson. Le résultat a des implications importantes pour la recherche dans le développement cognitif, la neuroscience développementale, et l'imagerie optique.

Sensibilité Accrue De L'hémodynamie Cérébrale Lors De L'activation Du Cerveau Avec Un Système De Temps-dépendants Optique: Modèle Analytique Et Validation Expérimentale

Journal of Biomedical Optics. Jan-Feb, 2005  |  Pubmed ID: 15847579

Le domaine du temps (TD) diffuses systèmes de mesure optique sont appliquées à la neuro-imagerie, où ils peuvent détecter les changements hémodynamiques associées à l'activité cérébrale. Nous montrons que les systèmes de TD peuvent fournir une meilleure sensibilité en profondeur que les plus traditionnels à ondes (CW) systèmes par des photons de déclenchement de retard, qui transportent l'information sur les couches profondes du cerveau, et en rejetant la lumière au début, qui est sensible à l'encombrement du signal physiologique superficielle. Nous utilisons un modèle analytique pour estimer le contraste dû à une région du cerveau activées, le bruit instrumental des systèmes, et le signal de fond résultant de l'encombrement du signal superficielle physiologique. On étudie le rapport de contraste à bruit et le rapport de contraste à fond en fonction de la profondeur d'activation et de la séparation source-détecteur. Nous présentons ensuite les résultats expérimentaux obtenus avec un instrument temps-dépendants sur le cortex moteur au cours de doigt-taraudeuses exercices. Le modèle et les résultats expérimentaux montrent une semblable contraste sur bruit pour la CW et TD, mais que l'estimation du contraste est expérimentalement limitée par les fluctuations de fond et qu'un meilleur contraste sur bruit est obtenu dans le cas TD. Enfin, nous utilisons les mesures de temps-dépendants à résoudre en profondeur l'activation du cerveau lors de la relance du moteur.

Eigenvector Basés Filtrage Spatial Pour La Réduction De L'interférence Physiologique Dans L'imagerie Optique Diffuse

Journal of Biomedical Optics. Jan-Feb, 2005  |  Pubmed ID: 15847580

L'imagerie optique diffuse est une technique efficace pour l'imagerie cérébrale non invasive fonctionnelle. Toutefois, les mesures de répondre aux fluctuations hémodynamiques systémiques causées par le cycle cardiaque, la respiration et la pression artérielle, ce qui peut obscurcir ou submerger le choix de stimulus-réponse évoquée. Les travaux antérieurs sur ce problème employés filtrage temporel, l'estimation des effets systémiques de pixels de fond, ou la modélisation des signaux d'interférence avec les fonctions de base prédéfinis, avec un certain succès. Cependant, les signaux faibles sont encore perdus dans l'interférence, et d'autres méthodes complémentaires sont souhaitables. Nous utilisons le comportement spatial des signaux de base mesurées pour identifier les sous-espaces d'interférence. On puis projeter composants signaux dans ce sous-espace sur les données de stimulation. Ce faisant, nous supposons que les composantes d'interférence systémiques sera plus globale dans l'espace, avec une plus grande énergie, que les signaux de stimulus-évoqués d'intérêt. Ainsi, les vecteurs propres correspondant aux plus grandes valeurs propres d'une matrice de corrélation appropriée former la base d'un sous-espace d'interférence. En projetant les données sur la nullspace orthogonale de ces vecteurs propres, nous pouvons obtenir une réponse plus localisée, comme en témoigne l'amélioration de contraste sur bruit et des cartes de coefficient de corrélation.

Recalées Tomographique à Rayons X Et L'imagerie Optique Du Sein: Résultats Initiaux

Journal of Biomedical Optics. Mar-Apr, 2005  |  Pubmed ID: 15910106

Nous décrivons ce qui est, au mieux de notre connaissance, la première étude pilote de recalées tomographique à rayons X et l'imagerie optique du sein. Le but de cette étude pilote est de développer à la fois matériel et de traitement des données des algorithmes pour une méthode d'imagerie multimodalité qui fournit des informations que ni x-ray, ni la tomographie optique diffuse (DOT) peut fournir seul. Nous présentons en détail l'instrumentation et algorithmes développés pour cette imagerie multimodalité. Nous présentons également les résultats de nos essais pilotes cliniques initiaux. Ces résultats démontrent que les images strictement recalées x-ray et optique de permettre une comparaison détaillée des deux images. Cette comparaison sera finalement conduire à une meilleure compréhension de la relation entre le contraste fonctionnelle offerte par l'imagerie optique et le contraste structurel fourni par imagerie par rayons X.

Étendue Spatiale De Métabolisme De L'oxygène Et Les Modifications Hémodynamiques Lors De L'activation Fonctionnelle Du Rat Cortex Somatosensoriel

NeuroImage. Aug, 2005  |  Pubmed ID: 15925522

L'étendue spatiale des changements dans l'oxy-hémoglobine (HBO), désoxy-hémoglobine (HBR), la concentration d'hémoglobine totale (HBT), le débit sanguin cérébral (CBF), et le taux métabolique cérébrale d'oxygène (CMRO (2)) en réponse à patte et moustaches de stimulation ont été comparés dans le cortex somatosensoriel chez le rat en utilisant une combinaison de l'imagerie de réflectance multi-longueur d'onde laser et l'imagerie de contraste de speckle du débit sanguin cérébral. Les étendues spatiales de la réponse de chaque paramètre hémodynamique et CMRO (2) ont été trouvés à être comparables au moment de la réponse de crête, et à des moments qui ont suivi l'apparition de stimulation, l'étendue spatiale de la variation de HbR était inférieure à celle de HBO, HBT, CBF, et CMRO (2). En outre, une faible dépendance spatiale a été trouvé dans le coefficient de loi de puissance relative des changements dans CBF et HBT. Bien que le CMRO (2) la réponse est une mesure du métabolisme et donc devrait avoir une réponse plus localisés que les paramètres hémodynamiques, les résultats présentés ici donnent à penser que cela peut ne pas être le cas en général, probablement en raison de la sensibilité accrue des techniques d'imagerie optique à couches corticales superficielles où l'étendue latérale de l'activation du métabolisme et neuronale est plus grande par rapport à celle de la couche IV. En outre, nous avons constaté que la mesure mesurée spatiale des CMRO (2) des changements était insensible aux hypothèses formulées dans le calcul des CMRO (2) des changements tels que le taux d'hémoglobine de base, les constantes de pondération vasculaires, et la longueur d'onde de la diffusion des tissus. Multi-paramètres d'imagerie plein champ de la réponse fonctionnelle fournit une image plus complète de la réponse hémodynamique à l'activation fonctionnelle, y compris l'estimation temporelle et spatiale des CMRO (2) des changements.

Un Modèle D'intervention Hémodynamique En Tomographie Fonction Diffuse Spatio-temporelle Optique

Physics in Medicine and Biology. Oct, 2005  |  Pubmed ID: 16177494

Tomographie optique diffuse (DOT) est une technique nouvelle et efficace pour l'imagerie fonctionnelle du cerveau. Il peut détecter des changements locaux du taux d'hémoglobine oxygénée et désoxygénée à la fois dans le tissu basé sur l'absorption différentielle à longueurs d'onde multiples. Les méthodes traditionnelles de l'analyse spatio-temporelle des concentrations d'hémoglobine en tomographie optique diffuse d'abord reconstruire la distribution spatiale à des instants différents temps de façon indépendante, puis regardez la dynamique temporelle de chaque pixel, sans incorporer toute information temporelle comme un préalable à la reconstruction de l'image. Dans ce travail, nous présentons un modèle temporel fonction de réponse hémodynamique décrite par une fonction d'expansion base, dans une reconstitution DOT spatio-temporelle conjointe des changements de concentration d'hémoglobine lors de l'activation du cerveau simulé. Dans ce cadre commun, nous avons simultanément emploient régularisation spatiale, l'information spectrale et des hypothèses temporelles. Nous présentons également un algorithme efficace pour résoudre les associés systèmes à grande échelle. Les améliorations attendues de la résolution spatiale et de contraste sur bruit sont illustrés par des simulations de l'activation du cerveau humain.

Quantitative Spectroscopique Tomographie Optique Diffuse Du Sein Guidé Par Imparfaite Des Informations a Priori Structurel

Physics in Medicine and Biology. Sep, 2005  |  Pubmed ID: 16177522

Spectroscopique de tomographie optique diffuse (DOT) peuvent directement l'image des concentrations de chromophores physiologiquement significatives dans le corps. Cette information peut être d'une importance dans la caractérisation des tumeurs mammaires et les distinguer des structures bénignes. Cet article étudie la précision avec laquelle les lésions peuvent être caractérisé une situation donnée physiologiquement réaliste dans lequel l'architecture de fond de la poitrine est hétérogène mais très structuré. Plus précisément, dans les études de simulation, nous supposons que le sein est segmenté en différentes régions glandulaires et adipeux. Imagerie avec une modalité d'imagerie à haute résolution, telles que l'imagerie par résonance magnétique, en conjonction avec une segmentation par un expert clinique, permet la frontière glandulaire / tissu adipeux à déterminer. Nous appliquons ensuite une approche en deux étapes dans lequel les concentrations de fond chromophores de chaque région sont estimées de façon non linéaire, et une lésion plus localisée est ensuite estimée à l'aide d'une approche linéaire perturbationnelle. En outre, nous examinons les conséquences qui erreurs dans la segmentation du sein sur l'estimation à la fois le fond et les concentrations chromophores inhomogénéité.

Preuve Que Le Volume Sanguin Cérébral Peut Fournir Des Cartes D'activation Du Cerveau Avec Une Meilleure Résolution Spatiale Que L'hémoglobine Désoxygénée

NeuroImage. Oct, 2005  |  Pubmed ID: 16084112

Avec le but d'évaluer la performance relative des contrastes hémodynamiques pour l'activité du cerveau de cartographie, la réponse spatio-temporelle de l'oxy-, désoxy-et-totale d'hémoglobine concentrations ont été imagées par tomographie optique diffuse lors de la stimulation électrique du cortex somatosensoriel chez le rat. Pour les deux 6-s et les durées de relance de 30 s, images hémoglobine totale fournie zones d'activation plus petites que les images oxy-ou désoxy-hémoglobine. En outre, l'analyse de régions d'intérêt à proximité de la veine du sinus sagittal montrent le contraste nettement supérieure à la fois dans l'oxy-et désoxy-par rapport à l'hémoglobine totale, ce qui suggère que les contrastes oxymétriques ont de plus grandes contributions veine de drainage par rapport aux contrastes hémoglobine totale dans les conditions de relance proposés. Ces résultats indiquent que l'hémoglobine totale et du volume sanguin cérébral peut avoir des avantages que les contrastes cartographie hémodynamique, en particulier pour de grande amplitude, plus paradigmes de relance durée.

Fluorescence-vie à Base De Tomographie Pour Turbide Médias

Optics Letters. Dec, 2005  |  Pubmed ID: 16389827

Nous en déduisons un nouvel algorithme pour récupérer le dans les distributions in vivo de fluorophores fondées sur une asymptotique de vie le temps d'analyse de temps-domaine des mesures de fluorescence avec le tissu trouble. Nous démontrer expérimentalement l'avantage offert par cette méthode dans la localisation des fluorophores avec la durée de vie distincts. Cet algorithme a une large applicabilité pour l'imagerie de fluorescence de diagnostic en présence de plusieurs centimètres d'épaisseur de tissu biologique, puisque la durée de vie de fluorescence est un indicateur sensible de l'environnement tissulaire locale et les interactions au niveau moléculaire.

Système D'identification Physiologique Avec Le Filtre De Kalman En Tomographie Optique Diffuse

Medical Image Computing and Computer-assisted Intervention : MICCAI ... International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention. 2005  |  Pubmed ID: 16686015

Tomographie optique diffuse (DOT) est une technologie d'imagerie non invasive qui est sensible aux changements de concentration locales dans l'oxy-et la désoxyhémoglobine. Lorsqu'il est appliqué à la neuroimagerie fonctionnelle, DOT mesure hémodynamique dans le cuir chevelu et le cerveau qui reflètent concurrents besoins métaboliques et de la dynamique cardio-vasculaires. La séparation des effets de la régulation cardiovasculaire systémique de la dynamique locale est d'une importance vitale dans l'analyse DOT. Dans ce papier, nous utilisons auxiliaires mesures physiologiques comme la pression artérielle et la fréquence cardiaque dans un cadre du filtre de Kalman à modéliser les composants physiologiques au DOT. Nous validons la méthode sur des données à partir d'un sujet humain avec des faux-réponses hémodynamiques locales ajoutées à la physiologie de base. La méthode proposée considérablement amélioré les estimations des paramètres hémodynamiques locales dans ce cas de test. La dynamique cardio-vasculaires affectent également l'oxygène du sang (BOLD) du signal en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Ce cadre du filtre de Kalman pour le DOT peut être adapté pour l'analyse et les études IRMf BOLD multimodales.

Diffuse Système De Tomographie Optique à L'activation Du Cerveau L'image Avec Une Résolution Spatiale Améliorée Et Validation Avec L'imagerie Par Résonance Magnétique Fonctionnelle

Applied Optics. Nov, 2006  |  Pubmed ID: 17068557

Bien que la plupart des systèmes optiques actuels diffuses d'imagerie cérébrale utiliser seulement la géométrie de mesure le plus proche voisin, la résolution spatiale et de précision quantitative de l'imagerie peut être amélioré par la collecte de chevauchement des ensembles de mesures. Un système à onde continue imagerie optique diffuse qui combine le codage de fréquence avec multiplexage temporel pour faciliter chevauchement mesures de l'activation du cerveau est décrit. Mesures Phantom pour confirmer l'amélioration attendue de la résolution spatiale et la précision quantitative sont présentés. Les résultats expérimentaux montrant l'application de cet instrument pour l'activation d'imagerie du cerveau humain sont également présentés. L'amélioration observée dans la résolution spatiale est confirmé par l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle.

L'imagerie Optique Diffuse De La Tête Entière

Journal of Biomedical Optics. Sep-Oct, 2006  |  Pubmed ID: 17092156

Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) et l'imagerie optique diffuse (DOI) sont de plus en plus utilisée pour détecter les changements hémodynamiques dans le cortex cérébral induit par l'activité du cerveau. Jusqu'à récemment, le petit nombre de optodes dans SPIR instruments a entravé la mesure de signaux optiques à partir des régions du cerveau différentes. Notre nouveau système de DOI a 32 détecteurs et 32 ​​sources; en les disposant dans un modèle spécifique, nous pouvons couvrir la plupart de la tête des adultes. Avec l'augmentation du nombre de optodes, nous pouvons recueillir des données optiques à partir préfrontal, sensori-moteur, et le cortex visuel dans les deux hémisphères simultanément. Nous décrivons le système et les mesures du rapport de caractérisation du système sur des fantômes ainsi que sur des sujets humains au repos et pendant visuel, moteur, et la stimulation cognitive. Profitant de plus grand nombre le système de sources et de détecteurs, nous avons exploré les tendances spatio-temporelles de signaux physiologiques pendant le repos. Ces signaux physiologiques, résultant de modulations cardiaques, respiratoires, et de la pression artérielle, interférer avec la mesure de la réponse hémodynamique à la stimulation cérébrale. Whole-tête des mesures optiques, en plus de fournir des cartes des réponses plusieurs régions du cerveau des à l'activation du cerveau, permettra une meilleure compréhension des signaux physiologiques, conduisant finalement à de meilleurs algorithmes de traitement du signal pour distinguer l'encombrement du signal physiologique à partir des signaux d'activation du cerveau.

Quantitative Comparaison Spatiale De L'imagerie Optique Diffuse Avec De L'oxygène Du Sang Spin Labeling Basée Fonction Du Niveau Et Artériel Imagerie Fonctionnelle Par Résonance Magnétique

Journal of Biomedical Optics. Nov-Dec, 2006  |  Pubmed ID: 17212541

Akin à l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), l'imagerie optique diffuse (DOI) est une méthode non invasive pour mesurer les changements localisés du taux d'hémoglobine dans le cerveau. Lorsqu'il est combiné avec des méthodes IRMf, l'approche combinant pourrait offrir une perspective intégrée sur la biophysique, de l'anatomie et la physiologie qui sous-tendent chacune des modalités d'imagerie. Vital à l'interprétation correcte de ces études, des expériences de contrôle pour vérifier la cohérence des deux modalités doit être effectuée. Ici, nous comparons avec DOI oxygène dans le sang en fonction du niveau (BOLD) et de spin artériel étiquetage IRMf basées sur des méthodes afin d'explorer l'accord spatiale des amplitudes de réponse enregistrés par ces deux méthodes. Plutôt que de créer des images optiques par régularisé, reconstructions tomographiques, nous projetons l'image IRMf dans l'espace de mesure optique en utilisant le problème d'optique avant. Nous rapportons une meilleure corrélation statistiquement spatiale entre la réponse IRMf BOLD-et la désoxyhémoglobine mesurée optiquement (R = 0,71, p = 1x10 (-7)) qu'entre le Téméraire et l'oxyhémoglobine ou des mesures d'hémoglobine totale (R = 0,38, p = 0,04 | 0,37 , p = 0,05, respectivement). De même, nous constatons que la corrélation entre le flux sanguin mesuré ASL et totale mesurée optiquement et l'oxyhémoglobine est plus forte (R = 0,73, p = 5x10 (-6) et R = 0,71, p = 9x10 (-6), respectivement) que le débit à la corrélation spatiale désoxyhémoglobine (R = 0,26, p = 0,10).

Modélisation Dynamique Physiologique Pour Tomographie Optique Diffuse Fonctionnelle

NeuroImage. Mar, 2006  |  Pubmed ID: 16242967

Tomographie optique diffuse (DOT) est une technologie d'imagerie non invasive qui est sensible aux changements de concentration locales dans l'oxy-et la désoxyhémoglobine. Lorsqu'il est appliqué à la neuroimagerie fonctionnelle, DOT mesure hémodynamique dans le cuir chevelu et le cerveau qui reflètent concurrents besoins métaboliques et de la dynamique cardio-vasculaires. Le caractère diffus de la migration dans le proche infrarouge photons dans les tissus et la multitude des systèmes physiologiques qui affectent l'hémodynamique motiver l'utilisation de modèles anatomiques et physiologiques pour améliorer les estimations de la réponse fonctionnelle hémodynamique. Dans cet article, nous présentons un linéaire modèle espace-état pour l'analyse DOT que les modèles les fluctuations physiologiques présentes dans les données avec l'estimation soit statique ou dynamique. Nous démontrons l'approche en utilisant des mesures auxiliaires de la variabilité tensionnelle et de la variabilité du rythme cardiaque comme intrants pour modéliser la physiologie de fond dans les données du DOT. Nous évaluons les améliorations accordées par la modélisation de cette physiologie sur dix sujets humains avec des faux-fonctionnels réponses hémodynamiques ajouté à la physiologie de base. Ajout de modélisation physiologique avec un estimateur statique estimations amélioré de manière significative la réponse simulée fonctionnelle, et d'autres améliorations importantes ont été réalisées avec une dynamique estimateur du filtre de Kalman (tests t appariés, n = 10, P <0,05). Ces résultats suggèrent que la modélisation physiologique peut améliorer l'analyse DOT. La nouvelle amélioration avec le filtre de Kalman encourage la poursuite des recherches sur la modélisation dynamique linéaire du présent physiologie DOT. La dynamique cardio-vasculaires affectent également le sang-oxygène-dépendant (BOLD) du signal en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Cette approche espace d'état à l'analyse DOT pourrait être étendu à l'analyse IRMf BOLD, les études multimodales et analyse en temps réel.

Couplage Neurovasculaire Vasoconstricteur Pendant Focaux Dépolarisations Ischémiques

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Aug, 2006  |  Pubmed ID: 16340958

Ischémiques dépolarisants, tels que répétitives dépolarisations periinfarct diffusion spontanée (PIDS), développez le taille de l'infarctus après expérimentale artère cérébrale moyenne (MCA) d'occlusion. Cette aggravation peut résulter de la demande métabolique accrue, ce qui aggrave le déséquilibre entre le débit sanguin cérébral (CBF) et le métabolisme. Ici, nous présentons des données montrant que la dépolarisation anoxique (AD) et la vasoconstriction PID causé et brusquement réduite CBF dans le cortex ischémique dans un modèle d'occlusion distale MCA chez la souris. Cette réduction de la CBF pendant AD a augmenté la superficie du cortex avec 20% ou moins résiduelle CBF de 140%. Avec chaque PID ultérieure, ce domaine a augmenté de 19% supplémentaires. Les médicaments qui sont connus pour inhiber la dépression corticale propagation (CDD), tels que les antagonistes des récepteurs N-méthyl-D-aspartate MK-801 et acide 7-chlorokynurénique et récepteurs sigma-1 agonistes dextrométhorphane et carbétapentane, n'a pas réduit la fréquence des PID , mais a fait diminuer la sévérité de hypoperfusions épisodiques, et empêché l'expansion du cortex sévèrement hypoperfusé, améliorant ainsi CBF pendant 90 minutes d'ischémie focale aiguë. En revanche, un antagoniste des récepteurs AMPA NBQX, qui n'inhibe pas la CDD, n'a pas d'incidence sur la détérioration de la CBF. Lorsque mesurée 24 h après l'occlusion distale MCA, taille de l'infarctus a été réduit par le MK-801, mais pas par NBQX. Nos résultats suggèrent que AD et les PID élargir le déficit CBF, et, ce faisant négativement le développement des lésions d'impact dans le cerveau de la souris ischémique. Atténuer l'couplage neurovasculaire vasoconstricteur au cours d'intenses dépolarisations ischémiques peuvent fournir un nouveau mécanisme hémodynamique de la neuroprotection par les inhibiteurs de la CDD.

Coefficient De Diffusion Effective De La Liquide Céphalo-rachidien Dans Les Modèles De Tête D'un Adulte Pour L'imagerie Optique Diffuse

Applied Optics. Jul, 2006  |  Pubmed ID: 16799690

Un calcul efficace de la solution en fonction du temps avant pour le transport des photons dans un modèle de tête est une capacité clé pour effectuer une inversion précise pour l'imagerie optique diffuse du cerveau. Le rapprochement de diffusion pour le transport de photons est beaucoup plus rapide pour simuler que l'équation du transport radiatif physiquement correct (RTE), mais il est communément admis que les longueurs de diffusion doit être beaucoup plus petite que toutes les dimensions du système et toutes les longueurs d'absorption pour le rapprochement pour être précis. Aucune de ces conditions n'est remplie dans le liquide céphalo-rachidien (LCR). Depuis la ligne de visée distances dans le LCR sont de petite taille, de l'ordre de quelques millimètres, nous explorons l'idée que le coefficient de diffusion du LCR peut être modélisé par une valeur allant de zéro à l'ordre du type inverse la ligne de la distance de visibilité, ou environ 0,3 mm (-1), sans altérer de manière significative les signaux de détecteur calculée ou les longueurs de trajets partiels pour les mesures appropriées fonctionnels. Nous démontrons en détail en utilisant une simulation de Monte Carlo de la RTE dans un modèle de tête en trois dimensions sur la base de données cliniques d'imagerie par résonance magnétique, avec des géométries réalistes optode. Nos résultats nous amènent à penser que l'approximation de la diffusion sera valable même en présence de la peste porcine classique, avec des conséquences pour accélérer la solution du problème inverse.

Temps-dépendants Du Système Optique Pour La Profondeur Résolue Imagerie Fonctionnelle Du Cerveau

Journal of Biomedical Optics. Jul-Aug, 2006  |  Pubmed ID: 16965165

Nous présentons un système temps-domaine de l'optique pour l'imagerie fonctionnelle de la tête des adultes. On abord décrire l'instrument, qui est basé sur une Ti: saphir laser pulsé (longueur d'onde 750-850 nm) et une caméra CCD intensifiée permettant la détection parallèle de fibres multiples. Nous caractérisons le système en termes de rapport de sensibilité et de rapport signal-bruit, la fonction réponse de l'instrument, la diaphonie, la stabilité et la reproductibilité. Nous décrivons ensuite deux applications de l'instrument: la caractérisation des propriétés optiques de base des médias de diffusion homogènes, et l'imagerie cérébrale fonctionnelle. Pour la deuxième application, nous avons développé une sonde en deux parties constitué de deux carrés de 4 x 4 sources et 3 x 3 détecteurs. La source laser est multiplexé dans le temps de définir 4 états de 8 sources qui peuvent être activées au cours de la même image de la caméra, tout en minimisant la diaphonie. Sur le côté de détection, on utilise pour chaque détecteur 7 fibres de longueurs différentes créant un retard optique, et permettant la détection simultanée de fenêtres (7 par étapes de 500 ps) pour chaque détecteur. Cette détection multi fenêtre permet sensibilité en profondeur. La sonde d'imagerie a été testé sur des fantômes dynamiques et un résultat préliminaire sur un adulte effectuant une tâche motrice montre la discrimination entre les réponses superficielles et corticale au stimulus sur les deux hémisphères.

Résolue Dans Le Temps Tomographie Par Fluorescence Des Milieux Troubles Basée Sur Le Contraste à Vie

Optics Express. Dec, 2006  |  Pubmed ID: 19529654

Un modèle linéaire général pour le domaine du temps de positons (TD) de fluorescence est présenté qui permet une analyse basée sur la durée de vie-de la réponse toute fluorescence temporelle à partir d'un milieu trouble. Les simulations sont utilisées pour montrer que TD fluorescence tomographie est réalisée en utilisant de façon optimale deux approches complémentaires: une analyse directe TD de quelques points de temps peu près le pic de la réponse temporelle, qui offre une résolution supérieure et une tomographie analyse asymptotique multi-exponentielle à base de la décomposition de la partie de la réponse temporelle, qui fournit une localisation précise des distributions de rendement des composants de durée de vie différents présents dans le milieu d'imagerie. Ces résultats indiquent le potentiel de la technologie TD pour l'imagerie biomédicale à durée de vie sensibles des sondes ciblées, et de fournir des directives utiles pour une approche optimale pour la tomographie par fluorescence avec des données TD.

Linear Reconstruction 3D Du Domaine Temporel Optique Diffuse Des Données Différentielles D'imagerie: Localisation Profondeur Améliorée Et La Résolution Latérale

Optics Express. Dec, 2007  |  Pubmed ID: 19550930

Nous présentons les reconstructions 3D linéaires de domaine temporel (TD) diffuses optiques données différentielles d'imagerie. Nous calculons d'abord la matrice de sensibilité aux portes de retard différents au sein de l'approximation de la diffusion pour un groupe homogène milieu semi-infini. La matrice est ensuite inversé à l'aide de régularisation spatialement variable. Les performances de la méthode et l'influence d'un certain nombre de paramètres sont évalués avec des données simulées et comparées à onde continue (CW) d'imagerie. En plus de la résolution en profondeur attendue fournie par TD, nous montrer une amélioration de la résolution latérale et la localisation. Le procédé est ensuite appliqué à la reconstitution des données fictives consistant d'une inclusion d'absorption situé à différentes profondeurs dans un milieu diffusant.

Rho-kinase Inhibition Augmente Aiguë Flux Sanguin Dans L'ischémie Cérébrale Focale Par Des Mécanismes Endothéliales

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. May, 2007  |  Pubmed ID: 17033691

Rho-kinase est une sérine thréonine kinase qui augmente le tonus vasomoteur par l'intermédiaire de ses effets sur le muscle à la fois l'endothélium et lisse. Inhibition de la Rho-kinase réduit la taille de l'infarctus cérébral de type sauvage, mais pas d'oxyde nitrique synthase endothéliale (eNOS déficientes-/ -) chez la souris. Le mécanisme pourrait être lié à la Rho-kinase activation dans des conditions hypoxiques / ischémiques et une vasodilatation avec facultés affaiblies en raison de la régulation négative de l'activité eNOS. Afin de mieux impliquer la Rho-kinase dans la relaxation vasculaire avec facultés affaiblies pendant l'hypoxie / ischémie, nous avons exposé des vaisseaux isolés de rat et la souris à 60 minutes de l'hypoxie, et a montré que l'hypoxie réversible aboli l'acétylcholine induite par la relaxation dépendante de eNOS, et que la Rho-kinase inhibiteur de hydroxyfasudil partiellement conservé cette relaxation pendant l'hypoxie. Par conséquent, nous l'hypothèse que si induite par l'hypoxie Rho-kinase activation altère gravement la vasodilatation dans le cortex ischémique, in vivo, puis les inhibiteurs de la Rho-kinase serait extrêmement augmenter le débit sanguin cérébral (CBF) comme un mécanisme par lequel ils réduisent taille de l'infarctus. Pour tester cela, nous avons étudié les aigus cérébraux effets hémodynamiques de la Rho-kinase inhibiteurs dans le noyau ischémique et de la pénombre pendant distale occlusion de l'artère cérébrale moyenne (dMCAO) de type sauvage et eNOS-/ - souris en utilisant le laser speckle débitmétrie. Lorsqu'il est administré 60 minutes avant ou immédiatement après dMCAO, inhibiteurs de la Rho-kinase hydroxyfasudil et Y-27632 a réduit la zone du cortex ischémique sévère. Toutefois, hydroxyfasudil n'a pas réduit la zone de déficit CBF en eNOS-/ - souris, suggérant que son effet sur la FBC dans le cortex ischémique est essentiellement dépendante de l'endothélium, et non médiée par son effet vasodilatateur direct sur le muscle lisse vasculaire. Nos résultats suggèrent que la Rho-kinase régule négativement l'activité eNOS dans le cerveau ischémique aiguë, aggravant ainsi le déficit CBF. Par conséquent, la régulation positive rapide de l'activité eNOS nontranscriptional par des inhibiteurs de petites molécules de la Rho-kinase peut être une approche thérapeutique viable dans l'AVC aigu.

Les Nourrissons Évaluation Des Réponse Corticale à L'aide Discours Spectroscopie Proche Infrarouge

NeuroImage. Jan, 2007  |  Pubmed ID: 17045812

Sensibilité à la langue parlée est une partie intégrante du développement des nourrissons formative, mais on sait relativement peu sur les mécanismes neuronaux qui sous-tendent la capacité émergente à percevoir et à traiter la parole. C'est en grande partie parce qu'il ya un nombre limité de techniques non invasives permettant de mesurer le fonctionnement du cerveau chez les nourrissons humains. Spectroscopie proche infrarouge (NIRS), une technique d'imagerie optique qui permet d'estimer les changements dans l'activité neuronale en mesurant les changements dans la concentration d'hémoglobine totale et l'oxygénation, peut-être une procédure viable pour évaluer la relation entre traitement de la parole et la fonction cérébrale chez les nourrissons humains. Bien que les données de traitement auditif ont été recueillies auprès de nouveau-nés et les prématurés en utilisant la NIRS, ces données n'ont pas été recueillies auprès des nourrissons plus âgés. Beaucoup de mesures comportementales utilisées pour établir la sensibilité linguistique dans cette population sont accompagnés par des stimuli visuels, mais il est difficile de savoir comment coupler des stimuli auditifs et visuels influencer le processus neuronal. Ici, nous avons étudié l'activité corticale chez les nourrissons âgés de 6-9 mois, tel que mesuré par NIRS, lors de l'exposition à des stimuli linguistiques appariés à des stimuli visuels et comparé cela à l'activité observée dans les mêmes régions au cours de l'exposition à des stimuli visuels seuls. Résultats dissocier les réponses hémodynamiques des nourrissons à des stimuli multimodaux et unimodale, démontrant l'utilité de la SPIR pour étudier le développement perceptif chez les nourrissons. En particulier, ces résultats appuient l'utilisation de la SPIR pour étudier la neurobiologie du développement du langage des nourrissons plus âgés, une tâche qui est difficile à réaliser sans l'utilisation de qui attire l'attention des stimuli visuels.

Mesure La Spectroscopie Dans Le Proche Infrarouge De La Composante Pulsatile Du Débit Sanguin Cérébral Et Le Volume Des Oscillations Artérielles

Journal of Biomedical Optics. Jan-Feb, 2007  |  Pubmed ID: 17343508

Nous décrivons une spectroscopie proche infrarouge (NIRS) méthode non invasive pour mesurer les changements relatifs dans les composants Pulsate du débit sanguin cérébral (PCBF) et le volume (pCBV) à partir de la forme des oscillations de pulsation. Nous présentons un modèle qui est utilisé et les données pour montrer la faisabilité de la méthode. Nous utilisons un système à onde continue SPIR pour mesurer les oscillations artérielles originaires dans le cerveau des porcelets. Des changements dans CBF des animaux sont induites par adjonction de CO (2) pour le gaz respiratoire. Pour étudier l'influence du cuir chevelu sur nos mesures, comparatifs, les mesures invasives sont réalisées sur un côté de la tête en même temps que des mesures non invasives de l'autre côté. Nous n'avons des mesures comparatives de CBF en utilisant un système laser à effet Doppler pour valider les résultats de notre méthode. Les résultats indiquent que, pour suffisamment source-détecteur de séparation, la contribution du signal du cuir chevelu est minime et les mesures sont représentatives de l'hémodynamique cérébrale. En outre, une bonne corrélation entre les résultats du système laser à effet Doppler et le système SPIR indiquent que le procédé présenté est capable de mesurer des changements relatifs dans CBF. Les résultats préliminaires montrent le potentiel de cette méthode NIRS pour mesurer les changements PCBF et pCBV relatifs à porcelets nouveau-nés.

Comparaison Des Simplifié Simulation De Monte Carlo Et Approximation De La Diffusion Pour Le Signal De Fluorescence à Partir Phantoms Avec Les Propriétés Des Tissus Typiques Optical Mouse

Applied Optics. Apr, 2007  |  Pubmed ID: 17356611

Une approche simplifiée est proposée pour simuler le signal de fluorescence à partir d'un fluorophore immergés dans un milieu trouble en utilisant la méthode de Monte Carlo. Basé sur la réversibilité de la propagation des photons, le signal de fluorescence peut être obtenu à partir d'une seule simulation de Monte Carlo de la lumière d'excitation. C'est moins cher et de calcul permet également l'utilisation directe du bien-validées codes nonfluorescence photons de migration de Monte Carlo. Signaux de fluorescence provenant d'une souris tissuelike fantôme ont été calculés en utilisant à la fois la procédure simplifiée de simulation Monte Carlo et l'approximation de diffusion. La différence relative de l'intensité du signal a été trouvée pour être au plus 30% pour un fluorophore placé dans le milieu à des profondeurs différentes et horizontalement à mi-chemin entre une paire source-détecteur séparées par 3 mm. La différence dans les caractéristiques temporelles du signal est également examiné.

Évaluation Du Développement Du Cerveau Du Nourrisson Avec La Fréquence-domaine De Spectroscopie Proche Infrarouge

Pediatric Research. May, 2007  |  Pubmed ID: 17413855

Ce rapport est le premier à démontrer un suivi quantitatif du développement du cerveau du nourrisson avec le domaine fréquentiel de spectroscopie proche infrarouge (NIRS FD-). Des augmentations spécifiques à la région dans le volume sanguin et la consommation d'oxygène ont été mesurés chez des nourrissons sains au cours de leur première année. Les résultats sont en accord avec le PET avant et les rapports SPECT, mais, contrairement à ces méthodes, FD-SPIR est portable et utilise rayonnements non ionisants. En outre, de nouvelles informations comprend l'oxygénation des tissus relativement constante avec l'âge et l'emplacement, ce qui suggère un contrôle serré entre l'apport d'oxygène et la consommation locales chez les nourrissons en bonne santé pendant le développement du cerveau. FD-SPIR pourrait devenir l'outil privilégié clinique pour évaluer quantitativement le développement du cerveau du nourrisson.

Normobare Hyperoxie Améliore La Circulation Sanguine Cérébrale Et L'oxygénation, Et Inhibe La Péri-infarctus Dépolarisations Dans Ischémie Focale Expérimentale

Brain : a Journal of Neurology. Jun, 2007  |  Pubmed ID: 17468117

Normobare hyperoxie est sous enquête pour le traitement de l'AVC ischémique aigu. Dans des modèles expérimentaux, normobare hyperoxie cérébrale réduit les lésions ischémiques et améliore le résultat fonctionnel. Les mécanismes de neuroprotection sont encore débattues parce que, (i) par inhalation de 100% d'O2 n'augmente pas significativement la cholestérolémie totale O2 contenu; (ii) on ne sait pas si normobare hyperoxie augmente la livraison O2 vers le cortex ischémique sévère en raison de sa courte distance de diffusion et (iii) l'hyperoxie peut réduire garantie du débit sanguin cérébral (CBF) à pénombre ischémique, car il peut provoquer une vasoconstriction. Nous avons abordé ces questions en utilisant en temps réel à deux dimensions d'imagerie de réflectance multispectrale et granularité laser débitmétrie à la fois et non-invasive de déterminer l'impact de normobare hyperoxie sur CBF et de l'oxygénation dans le cortex ischémique. L'ischémie a été induite par distale de l'artère cérébrale occlusion (dMCAO) en normoxie (30% inhalation O2, pO2 artérielle 134 + / - 9 mmHg), ou des souris hyperoxiques (100% d'inhalation O2 à partir du 15 min après dMCAO, pO2 artérielle 312 + / - 10 mm de Hg). Post-ischémique normobare hyperoxie a provoqué une augmentation immédiate et progressive de l'oxyhémoglobine (oxyHb) la concentration, près de la doubler dans le noyau ischémique dans 60 min. En outre, hyperoxie améliorée CBF sorte que la zone du cortex avec <ou = 20% résiduelle CBF a été diminué de 45% 60 minutes après dMCAO. En outre, l'hyperoxie réduit la fréquence des infarctus péri-dépolarisations (PIDS) de plus de 60%, et diminué leurs effets délétères sur la CBF et de la charge métabolique. Conformément à ces conclusions, taille de l'infarctus a été réduit de 45% dans le groupe hyperoxie 2 jours après 75 min dMCAO transitoire. Nos données montrent que l'hyperoxie normobare augmente tissus O2 de livraison, et que de nouveaux mécanismes tels que l'augmentation CBF, et de suppression des PID peut se permettre une neuroprotection lors de l'hyperoxie.

Spatio-temporelle D'imagerie De L'hémoglobine Dans Le Sein Comprimé Avec La Tomographie Optique Diffuse

Physics in Medicine and Biology. Jun, 2007  |  Pubmed ID: 17664563

Nous développons des algorithmes pour l'imagerie de la variable dans le temps d'absorption optique dans le sein donné diffuses optiques de données tomographiques recueillies sur une période de temps qui est long par rapport à la dynamique du milieu. Prendre des mesures multispectrales permettre la détermination de la concentration variant dans le temps d'hémoglobine totale et de la saturation en oxygène. Pour faciliter la reconstruction d'image, on décompose l'hémodynamique dans le temps en une combinaison linéaire de fonctions de base spatio-temporelles, dont les coefficients sont estimées en utilisant toutes les données simultanément, en utilisant un algorithme de Newton-base d'optimisation non linéaire. La solution de la très grande moindres carrés problème qui se pose dans le calcul de la mise à jour de Newton est obtenue de manière itérative en utilisant l'algorithme LSQR. Un opérateur de régularisation laplacien spatial est appliqué, et, en outre, nous faisons usage de régularisation temporelle qui tend à encourager similitude entre les images des coefficients spatio-temporelles. Les résultats sont présentés pour une simulation approfondie, dans laquelle nous sommes en mesure de l'image et de quantifier les changements localisés à la fois la concentration d'hémoglobine totale et la saturation en oxygène. Enfin, une étude de compression du sein a été réalisée pour un sujet de dépistage du cancer du sein normale, en utilisant un instrument qui permet de co-enregistrement très précis des mesures optiques multispectrales diffuses avec une image tomosynthèse x-ray de la poitrine. On est en mesure de quantifier le rendement global du sang vers la compression du sein suivant, et, en outre, des changements localisés sont observés qui correspondent à la région glandulaire du sein.

Un Modèle à Plusieurs Compartiments Vasculaire Pour Inférer Changements De Base Et Fonctionnelle En Oxygène Dans Le Métabolisme Cérébral Et La Dilatation Artérielle

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Jun, 2007  |  Pubmed ID: 17200678

Réponses hémodynamiques fonctionnels sont les résultats composites des variations sous-jacentes de la consommation d'oxygène cérébrale et la dilatation des vaisseaux artériels après l'activité neuronale. Le développement de modèles basés sur le plan biophysique de la vascularisation cérébrale permet la séparation des influences neuro-métaboliques et la neuro-vasculaire sur des signaux hémodynamiques mesurables telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ou l'imagerie optique. Nous décrivons un modèle à plusieurs compartiments de la dynamique de transport vasculaires et de l'oxygène associés aux mesures de relance axé sur l'activation neuronale. Notre modèle propose plusieurs caractéristiques uniques par rapport aux précédentes formulations telles que la capacité d'estimer le débit sanguin de base, le volume et la consommation d'oxygène à partir de données fonctionnelles. En outre, nous introduisons un modèle de conformité capillaire, perméabilité à l'oxygène artériel et veineux, et le modèle de la dynamique de l'oxygénation des tissus extravasculaires. Nous appliquons ce modèle à optique multimodale spectroscopique et granularité laser d'imagerie du rat cortex somato-sensoriel pendant neuf des conditions de stimulation moustaches. En ajustant le modèle en utilisant un cadre pseudo-bayésien d'intégrer les observations multimodales, nous estimons le flux sanguin de base à 94 (+ / -15) mL/100 min g et la consommation d'oxygène de base à 6,7 (+ / -1,3) mL O ( 2) / 100 g min. Nous calculons paramétriques, les augmentations linéaires de dilatation artérielle (r (2) = 0,96) et CMRO (2) (R (2) = 0,87) des réponses au cours des neuf conditions. D'autres paramètres estimés par le modèle comprend le temps de transit vasculaire et le volume de réserve, la teneur en oxygène, la saturation, les constantes de vitesse de diffusivité, et la pression partielle d'oxygène dans les compartiments vasculaires et dans le tissu extravasculaire. Enfin, nous comparons ce modèle aux travaux antérieurs et de trouver que le modèle à plusieurs compartiments décrit plus précisément les changements d'oxygénation observés par rapport à une version unique compartiment.

Profondeur Résolue Imagerie Optique Et La Microscopie Sur La Dynamique Du Compartiment Vasculaire Lors D'une Stimulation Sensitive

NeuroImage. Mar, 2007  |  Pubmed ID: 17222567

La réponse corticale hémodynamique à un stimulus somatosensoriel est étudiée au niveau de chaque compartiments vasculaires utilisant à la fois la profondeur réglée imagerie optique in vivo et microscopie à deux photons. Nous utilisons un système d'imagerie nouvelle approche de l'analyse spatio-temporelle et qui exploite les différentes dynamiques caractéristiques des artères, des artérioles, répondant capillaires et les veines d'isoler leur tridimensionnelle étendue spatiale au sein du cortex. Cette délimitation spatiale est validée à l'aide des moulages vasculaires. Délimitation temporelle est soutenu par in-vivo microscopie à deux photons de la dynamique temporelle et les mécanismes vasculaires de la artériolaire et réponses veineux. L'utilisation de ces techniques que nous avons été en mesure de caractériser les rôles des différents compartiments vasculaires dans la génération et le contrôle de la réponse hémodynamique à un stimulus somatosensoriel. Nous constatons que des changements dans la concentration d'hémoglobine totale artériolaire sont en bon accord avec la dynamique de dilatation artériolaire, qui correspondent à son tour en étroite collaboration avec des changements dans le flux sanguin veineux. Pour 4-s stimuli, nous ne voyons que de petits changements dans la concentration d'hémoglobine veineuse, et ne pas détecter la dilatation mesurables ou en montgolfière dans les veines. Au lieu de cela, nous voyons des preuves significatives de l'hyperémie capillaire. Nous comparons nos résultats aux observations historiques de la réponse hémodynamique composite à partir d'autres modalités, y compris l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Les implications de nos résultats sont discutés par rapport à des modèles mathématiques de l'hémodynamique corticales, et les théories actuelles sur les mécanismes sous-jacents couplage neurovasculaire. Nous concluons également que notre approche de l'analyse spatio-temporelle est capable d'isoler et de localiser les signaux du lit capillaire locale à l'activation neuronale, et promet d'améliorer la spécificité d'autres modalités d'imagerie hémodynamiques.

Supprimé L'activité Neuronale Et Simultanée Vasoconstriction Artériolaire Peut Expliquer Négatif Oxygénation Du Sang Fonction Du Niveau Du Signal

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Apr, 2007  |  Pubmed ID: 17442830

La transmission synaptique déclenche une cascade d'événements de transduction du signal que l'activité neuronale en couple à des changements locaux dans la circulation sanguine et l'oxygénation. Bien qu'un certain nombre de molécules vasoactives et les types de cellules spécifiques ont été mis en cause, la transformation de la relance induite par l'activation des circuits neuronaux à des changements hémodynamiques n'est pas encore clair. Nous utilisons la stimulation somatosensorielle et une suite d'outils en imagerie in vivo pour étudier le couplage neurovasculaire dans le cortex somatosensoriel primaire chez le rat. Le stimulus évoqué une région centrale de la dépolarisation neuronale nette entouré par hyperpolarisation nette. Les mesures hémodynamiques ont révélé que la dépolarisation prédominante correspondait à une augmentation de l'oxygénation, tandis que l'hyperpolarisation prédominante correspondait à une diminution de l'oxygénation. Sur le plan microscopique des artérioles de surface simples, la réponse a été composé d'une combinaison de phases dilatoires et constrictive. Critique, la force relative de la vasoconstriction covariation avec la force relative de la diminution de l'oxygénation et une hyperpolarisation neuronale. Ces résultats suggèrent que l'inhibition neuronale et concurrente vasoconstriction artériolaire correspondent à une diminution de l'oxygénation du sang, ce qui serait compatible avec une oxygénation du sang négative en fonction du niveau de signal fonctionnelle imagerie par résonance magnétique.

La Reconstruction D'image En Tomographie Optique Dans La Présence D'erreurs De Couplage

Applied Optics. May, 2007  |  Pubmed ID: 17446924

La reconstruction d'image en tomographie optique est un problème non linéaire et généralement inverse mal posé. Le bruit dans les données de surface mesurées peuvent donner lieu à des artefacts dans les images importantes volume récupéré des coefficients optiques. Mis à part le bruit de grenaille aléatoire causé par le nombre limité de photons détectés sur le site de mesure, une autre classe de bruit systématique est associée à des pertes spécifiques à la source individuelle et emplacements des détecteurs. Une cause fréquente de ces pertes dans les systèmes d'acquisition de données basées sur la livraison de lumière à fibre optique est le couplage imparfait entre les pointes de fibres et la peau du patient en raison de lacunes air ou l'humidité de surface. Ainsi, les erreurs de couplage terme a été inventé pour ce type de données de bruit. Cependant, des erreurs de source et de détecteur spécifique peut également se produire dans les systèmes de mesure sans contact ne pas utiliser la fibre optique de livraison, par exemple, en raison de la pigmentation cutanée locale, les cheveux et les follicules pileux, ou des erreurs d'étalonnage de l'instrumentation. Souvent, il n'est pas possible de quantifier les effets de couplage d'une manière qui nous permet de les supprimer à partir des données ou de les intégrer dans le modèle de transport léger. Nous présentons une méthode alternative d'éliminer les erreurs de couplage en considérant les facteurs de valeur complexe de couplage pour chaque source et le détecteur comme inconnues dans le processus de reconstruction et de les récupérer en même temps que les images d'absorption et de diffusion. Le procédé prend en compte la possibilité que les effets de couplage ont une influence sur l'amplitude et le déphasage des mesures. Les reconstitutions de simulées et expérimentales des données fantômes sont présentés, qui montrent que, y compris les coefficients de couplage dans la reconstruction améliore grandement la récupération des images d'absorption et de diffusion.

L'imagerie Optique Du Traitement Phonologique Dans Deux Orthographes Distinctes

Experimental Brain Research. Experimentelle Hirnforschung. Expérimentation Cérébrale. Jan, 2008  |  Pubmed ID: 17999056

De récentes études IRMf comparant le traitement des écritures alphabétiques par rapport logographique fournir des preuves pour les régions partagées et de l'orthographe spécifique de l'activité neuronale. La présente étude a utilisé la spectroscopie proche infrarouge pour comparer (à l'intérieur et entre les régions du cerveau) au cours du temps d'activation de neurones pour ces deux orthographes distinctes. Lecteurs de langue maternelle anglaise et de Chinois ont été testés sur une tâche de jugement homophone. Les différences entre les groupes ont été obtenus dans le cadre du temps de changement hémodynamique pour le milieu frontal gauche, gauche temporal supérieur, et à gauche supramarginal gyri. Ainsi, les résultats confirment les conclusions précédentes en utilisant l'IRMf et suggèrent que les différents mappages neuronaux se posent en fonction de savoir si une personne a appris à traiter le langage écrit en utilisant une écriture alphabétique ou logographique.

Un Modèle Anatomique Vasculaire Réseau De La Réponse Spatio-temporelle De L'activation Du Cerveau

NeuroImage. Apr, 2008  |  Pubmed ID: 18289880

Neuronaux activité induites par les modifications du tonus vasculaire et la consommation d'oxygène dans le résultat d'une évolution dynamique de la circulation sanguine, le volume, et l'oxygénation. Techniques de neuroimagerie fonctionnelle, comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, l'imagerie optique, et le PET, fournissent des mesures indirectes de la dynamique neuronale induites par vasculaires conduite des paramètres sanguins. Modèles reliant les modifications du tonus vasculaire et la consommation d'oxygène aux changements observés dans les paramètres sanguins sont nécessaires pour guider plus quantitative interprétation physiologique de ces modalités de neuroimagerie fonctionnelle. À compter ballon vasculaire localisée-paramètre et modèles Windkessel ont été développés pour cet usage, mais l'amalgame du réseau vasculaire complexe en une série d'artérioles, capillaires, veinules et ne permet l'interprétation qualitative. Nous avons donc développé un réseau parallèle vasculaire anatomique (VAN) modèle basé sur les propriétés microscopiques mesurables pour améliorer l'interprétation quantitative de la réponse vasculaire. Le modèle, dérivé de propriétés physiques mesurées, prédit la pression artérielle de référence et les distributions de saturation en oxygène et les réponses dynamiques cohérentes avec la littérature. En outre, le modèle VAN permet l'étude des caractéristiques spatiales de la dynamique et la réponse vasculaire d'oxygène à l'activité neuronale. Nous constatons qu'une passive entourent négative la réponse vasculaire («négatif BOLD") est prévue, mais qu'elle sous-estime a récemment observé la négativité Surround ce qui suggère que la vasoconstriction Surround actif supplémentaire est nécessaire pour expliquer les données expérimentales.

Comparaison De La Fréquence-domaine Et Time-Domain Tomographie De Vie De Fluorescence

Optics Letters. Mar, 2008  |  Pubmed ID: 18311295

Nous comparons fréquence et de temps-domaine des formulations de tissus profonds imagerie de fluorescence des médias turbides. Les simulations sont utilisées pour montrer que la tomographie de fluorescence dans le domaine temporel, mis en œuvre par le biais de l'approche asymptotique basée sur la durée de vie, offre une bien meilleure séparabilité des objectifs de durée de vie multiples que d'une approche dans le domaine fréquentiel. Nous avons également démontrer expérimentalement, en utilisant de forme complexe des fantômes, les avantages de l'asymptotique dans le domaine temporel approche sur une approche de Fourier basée sur l'analyse des données de fluorescence dans le domaine temporel.

Légère Hypertension Induite Améliore La Circulation Sanguine Et Métabolisme De L'oxygène Dans Ischémie Cérébrale Transitoire Focal

Stroke; a Journal of Cerebral Circulation. May, 2008  |  Pubmed ID: 18340095

Dans le cortex ischémique focal, cérébrale autorégulation du débit sanguin est altérée, et la perfusion suit passivement les variations de pression artérielle. Bien qu'il soit généralement admis que l'hypotension profonde est nocif dans l'AVC aigu, l'impact hémodynamique et métabolique de la pression artérielle accrue sur le noyau ischémique et de la pénombre sont moins bien compris. Par conséquent, nous testé si l'hypertension induite pharmacologiquement améliore la circulation sanguine et le métabolisme cérébral et le résultat de tissus dans l'AVC aigu en utilisant l'imagerie optique avec une résolution spatio-temporelle élevée.

Couplage Entre Les Potentiels évoqués Somesthésiques Et La Réponse Hémodynamique Chez Le Rat

NeuroImage. Jun, 2008  |  Pubmed ID: 18420425

Nous avons étudié la relation entre les potentiels évoqués somesthésiques (PES) enregistrées avec l'électroencéphalographie du cuir chevelu (EEG) et les réponses d'hémoglobine a enregistré de façon non invasive à l'imagerie optique diffuse (DOI) lors de la stimulation électrique patte paramétriquement variée chez les rats. Grâce à ces techniques macroscopiques nous avons vérifié que la réponse hémodynamique n'est pas linéairement couplé à des potentiels évoqués somesthésiques, et qu'une loi de puissance ou de seuil décrit le mieux le couplage entre la SEP et la réponse d'hémoglobine, en accord avec les résultats de la plupart des études invasives. On décompose la réponse SEP trois composants (P1, N1, et P2) pour déterminer la meilleure qui prédit la réponse d'hémoglobine. On a constaté que N1 et P2 prédire la réponse d'hémoglobine sensiblement meilleure que P1 et les stimuli d'entrée (S). Des études antérieures électrophysiologie rapporté dans la littérature montrent que P1 est originaire dans la couche IV directement à partir des afférences thalamo-corticales, alors que N1 et P2 sont originaires de couches I et II et reflètent la majorité des locaux cortico-corticales interactions. Nos résultats suggèrent que la réponse d'hémoglobine évoqué est entraîné par l'activité corticale synaptique et non par l'entrée directe du thalamus. Les composants N1 et P2, et non pas P1, il faut tenir compte pour interpréter correctement le couplage neurovasculaire.

Réponse Hémodynamique Aux Changements Featural Dans Le Cortex Occipital Et Temporal Inférieur Chez Les Nourrissons: Une Exploration Préliminaire Méthodologique

Developmental Science. May, 2008  |  Pubmed ID: 18466370

Au cours des 30 dernières années, les chercheurs ont beaucoup appris sur le développement de traitement de l'objet dans la petite enfance. En revanche, on comprend peu les mécanismes neuronaux qui sous-tendent cette capacité, en grande partie parce qu'il existe peu de techniques disponibles pour mesurer le fonctionnement du cerveau chez les bébés humains. La présente recherche a examiné la mesure dans laquelle la spectroscopie proche infrarouge (NIRS), une technique d'imagerie optique, pourrait être utilisé pour évaluer la relation entre traitement de l'objet et le fonctionnement du cerveau. Les nourrissons âgés de 6,5 mois ont été présentés à un événement impliquant des objets d'occlusion qui différaient sur les dimensions métrages nombreux (multi-featural changement), ont divergé sur la forme seulement (changement de forme) ou de la couleur seulement (changement de couleur), ou ne diffèrent pas (le contrôle). Données de SPIR ont été recueillies dans le cortex occipital et temporal inférieur. Dans le cortex occipital, une augmentation significative de l'oxyhémoglobine (HbO (2)) a été observée en réponse à tous les quatre événements et ces réponses ne diffèrent pas significativement les unes des autres. Dans le cortex temporal inférieur, une augmentation significative de HbO (2) a été observée dans la condition multi-featural et le changement de forme mais pas dans la condition de contrôle. Une augmentation a également été observée dans la condition de changement de couleur, mais cette augmentation ne diffèrent pas significativement entre le début et n'a pas différer significativement de la réponse obtenue dans la condition de contrôle. Ces données ont été discutés en termes de (a) ce qu'ils suggèrent sur la base neurale de traitement des caractéristiques chez les nourrissons et (b) la viabilité de l'utilisation de la SPIR pour étudier les relations cerveau-comportement chez les nourrissons.

Estimation Et Bounds Statistiques Pour Trois Dimensions Formes Polaires Dans Tomographie Optique Diffuse

IEEE Transactions on Medical Imaging. Jun, 2008  |  Pubmed ID: 18541483

Voxel reconstructions en tomographie optique diffuse (DOT) en utilisant une régularisation quadratique fonctionnelle ont tendance à produire des images très lisses en raison de l'atténuation des hautes fréquences spatiales. Cela provoque alors la difficulté à estimer l'étendue spatiale et le contraste des régions anormales telles que des tumeurs. Compte tenu de l'hypothèse que l'image de la cible est constant par morceaux, nous pouvons utiliser un modèle paramétrique pour estimer les limites et le contraste d'une inhomogénéité directement. Dans cet article, nous décrivons une méthode pour reconstruire directement une telle frontière forme à partir de mesures optiques diffuses. Nous paramétré la limite de l'objet en utilisant une base harmonique sphérique, et dérivée d'une méthode pour calculer les sensibilités des mesures par rapport aux paramètres de forme. Nous avons introduit une contrainte centroïde pour garantir l'unicité de l'estimation du paramètre de forme / centre de combiné, et une méthode de répartition des Newton a été utilisé pour optimiser la position centre de l'objet et les paramètres de forme en même temps. Utilisation de la jacobienne forme, nous avons également calculé la partie inférieure de Cramér-Rao sur la précision estimateur théorique donnée une configuration de mesure particulière, forme de l'objet, et le niveau de bruit de mesure. La connaissance de la matrice de sensibilité de forme et de la variance du bruit de mesure nous permet de visualiser la région d'incertitude forme en trois dimensions, donnant une région de confiance pour notre estimation de forme. Nous avons implémenté notre méthode de reconstruction de forme, en utilisant un modèle aux différences finies basée sur l'avant de calculer l'avant et les champs adjoints. Les résultats de reconstruction sont présentés pour un certain nombre de formes cibles simulées, et nous étudions le problème de la sélection pour le modèle en utilisant des niveaux réalistes de bruit de mesure. En supposant un rapport signal-bruit dans les mesures d'amplitude de 40 dB et un écart-type dans les mesures de phases de 0,1 degrés, on mesure pour estimer un objet représenté par une huitième ordre modèle harmonique sphérique ayant un contraste d'absorption de 0,15 cm (-1) et un volume de 4,82 cm (3) avec des erreurs de moins de 10% en volume d'objet et le contraste d'absorption. Nous étudions également la robustesse de notre approche de reconstruction de forme basée sur une violation de l'hypothèse que le milieu est purement constante par morceaux.

Évaluation De L'avenir De La Diffusion De Technologies D'imagerie Optique Pour La Gestion Du Cancer Du Sein

Medical Physics. Jun, 2008  |  Pubmed ID: 18649477

L'imagerie optique diffuse (DOI) est une technique non invasive qui emploie près de optique-infrarouge (NIR) de lumière pour caractériser quantitativement les propriétés optiques des tissus épais. Bien que les méthodes ont été NIR d'abord appliqué à la transillumination du sein (également appelé diaphanography) près de 80 ans, les méthodes quantitatives DOI employant le temps ou dans le domaine fréquentiel photon technologies de migration n'ont que récemment été utilisé pour l'imagerie du sein (c'est à dire depuis le milieu des années 1990). Dans cette revue, l'état de l'art dans DOI pour le cancer du sein est décrite et un réseau multi-institutionnel de la recherche translationnelle en imagerie optique (NTROI) est décrite, qui a été formé par l'Institut national du cancer pour faire progresser diffuse spectroscopie optique et l'imagerie (DOSI) dans le but d'améliorer la détection du cancer du sein et de la gestion clinique. DOSI emploie la technologie à large bande à la fois dans le proche infrarouge domaines de signal spectrales et temporelles afin d'absorption distinct de diffusion et de quantifier l'absorption de plusieurs sondes moléculaires basés sur l'absorption ou le contraste de fluorescence. Dimensionnalité supplémentaire des données est assurée par l'intégration et la co-inscription de l'information fonctionnelle de DOSI avec x-ray mammographie et d'imagerie par résonance magnétique (IRM), qui fournissent des informations structurelles ou des informations le flux vasculaire, respectivement. Facteurs affectant les performances DOSI, tels que les mécanismes de contraste intrinsèques et extrinsèques, la quantification des composants biochimiques, la formation de l'image / visualisation, et de la multimodalité de co-inscription sont à l'étude dans les sites en cours de recherche NTROI. L'un des objectifs est de développer les plates-formes standardisées Dosi qui peuvent être utilisés comme appareils autonomes ou en conjonction avec l'IRM, la mammographie, ou les ultrasons. Cette large assise, effort multidisciplinaire est prévu de fournir un nouvel éclairage sur les origines de la maladie du sein et des approches pratiques pour faire face à plusieurs défis importants dans le cancer du sein, y compris: détection de la maladie dans les tissus dense à la mammographie, la distinction entre les lésions malignes et bénignes, et la compréhension de la l'impact des chimiothérapies néoadjuvante.

Une Tomographie Par Fluorescence Dans Le Domaine Temporel Du Système Pour L'imagerie Des Petits Animaux

IEEE Transactions on Medical Imaging. Aug, 2008  |  Pubmed ID: 18672432

Nous décrivons l'application d'un système dans le domaine temporel diffuse la tomographie de fluorescence pour l'imagerie corps de l'animal tout petit. Les principales caractéristiques du système sont l'utilisation de l'excitation point dans l'espace libre en utilisant des impulsions laser ultrabrèves et de détection sans contact utilisant une gated, intensifié charge-coupled device (CCD). Fantômes de souris en forme de époxy, avec des inclusions fluorescentes embarqués, ont été utilisés pour vérifier la performance d'un algorithme récemment développé la tomographie asymptotique durée de vie basé sur. L'algorithme asymptotique est basée sur une analyse de la partie de multiexponentielle désintégration des données. Le modèle est représenté multiexponentielle pour permettre l'utilisation d'une approche d'analyse globale pour une reprise vigoureuse des composants présents dans la durée de vie du support d'imagerie. Les limites de surface du volume d'imagerie ont été acquises à l'aide d'une caméra photogrammétrique intégré avec le système d'imagerie, et mis en œuvre dans un modèle de Monte-Carlo de propagation des photons dans les tissus. Les résultats de tomographie montrent que l'approche asymptotique est capable de séparer axialement situés inclusions fluorescentes centrées à des profondeurs de 4 et 10 mm de la surface du fantôme de la souris. Les inclusions fluorescentes eu la durée de vie distincts de 0,5 et 0,95 ns. Les inclusions ont été près de chevauchement le long de l'axe de mesure et de preuve qu'elle n'est pas résoluble utilisant des ondes continues (CW) méthodes. Ces résultats suggèrent la faisabilité pratique et les avantages d'une approche dans le domaine temporel pour l'imagerie du corps entier des animaux de fluorescence petite moléculaire, en particulier avec l'utilisation de la durée de vie en tant que mécanisme de contraste.

Advection D'oxygène Et De La Diffusion Dans Un Réseau Tridimensionnel Anatomique Vasculaire

Optics Express. Oct, 2008  |  Pubmed ID: 18958033

Il ya un besoin croissant de modèles quantitatifs et de calcul à prix abordable pour analyser le métabolisme des tissus et de l'hémodynamique dans les réseaux microvasculaires. Dans ce travail, nous développons un modèle hybride à résoudre pour le variant dans le temps l'oxygène d'advection-diffusion équation dans les vaisseaux et les tissus. Pour obtenir une évolution en trois dimensions temporelles de la concentration en oxygène des tissus pour les réseaux de vaisseaux complexes réalistes, nous avons utilisé un modèle d'advection à base de graphe associé à un modèle par éléments finis basée sur la diffusion et une implicite temps avancer régime. Nous avons validé cet algorithme dans des conditions à la fois statiques et dynamiques. Nous l'avons également appliquée à un réseau vasculaire complexe obtenu à partir d'un cortex somatosensoriel rongeurs. Un accord qualitatif a été trouvé avec des expériences in vivo.

Simultanée D'imagerie Multispectrale De Réflectance Et De Granularité Laser Débitmétrie Du Débit Sanguin Cérébral Et Métabolisme De L'oxygène Dans L'ischémie Cérébrale Focale

Journal of Biomedical Optics. Jul-Aug, 2008  |  Pubmed ID: 19021335

En temps réel l'enquête du débit sanguin cérébral (CBF), et d'oxy-et la désoxyhémoglobine concentration (HbO, HbR) la dynamique a été difficile jusqu'à tout récemment en raison de la résolution spatiale et temporelle limitée de techniques comme le laser Doppler et imagerie par résonance magnétique (IRM). La combinaison de granularité laser débitmétrie (LSF) et l'imagerie multispectrale réflectance (MSRI), on obtient cartes à haute résolution spatio-temporelle des changements hémodynamiques et métaboliques en réponse à l'activation corticale fonctionnelle. Au cours de l'ischémie aiguë cérébrale focale, les changements dans HbO et HbR sont beaucoup plus grandes que dans l'activation fonctionnelle, ce qui entraîne l'échec de l'approximation de Beer-Lambert pour obtenir des résultats précis. Nous décrivons l'utilisation de la LSF et simultanée MSRI, l'aide d'un non-linéaire de Monte Carlo technique d'ajustement, pour enregistrer les modifications rapides de la CBF, la chaîne HBO, HBr, et le taux métabolique cérébrale d'oxygène (CMRO (2)) durant la phase aiguë ischémie cérébrale focale induit par milieu distale occlusion de l'artère cérébrale (dMCAO) et la reperfusion. Cette technique capture CBF et CMRO (2) les changements lors d'événements hémodynamiques et métaboliques avec une résolution temporelle et spatiale par le biais du crâne intact et démontre l'utilité de la LSF et simultanée MSRI dans des modèles murins de la maladie cérébro-vasculaire.

Double-couche Estimation De La Concentration D'hémoglobine Intra-et Extracérébrale Avec Un Système En Temps Résolu

Journal of Biomedical Optics. Sep-Oct, 2008  |  Pubmed ID: 19021399

Nous présentons des mesures in vivo de la physiologie de base de cinq sujets avec un quatre-longueur d'onde (690, 750, 800 et 850 nm) en temps résolu système optique. Les mesures ont été prises à quatre distances: 10, 15, 25 et 30 mm. Les distances ont été ajustés simultanément avec un modèle à deux couches d'analyse pour l'absorption et le coefficient de diffusion réduit de deux couches. L'épaisseur de la première couche, comprenant la peau, du cuir chevelu, et le liquide céphalo-rachidien, a été obtenu à partir d'images de résonance magnétique anatomiques. La procédure d'ajustement a été d'abord testé par des simulations avant d'être appliquée à des mesures in vivo et a vérifié que cette procédure permet une caractérisation précise des concentrations d'hémoglobine dans les tissus extra-et intra-cérébrale. Oxyhémoglobine de base, la désoxyhémoglobine, et les concentrations d'hémoglobine totale et la saturation en oxygène ont été récupérés à partir des mesures in vivo et par rapport à la littérature. Nous avons observé une variabilité interindividuelle notable des taux d'hémoglobine, mais des valeurs constantes pour la saturation en oxygène d'hémoglobine cérébrale.

Estimation Directe De L'évolution De L'hémoglobine évoqué Par L'imagerie Multimodalité Fusion

Journal of Biomedical Optics. Sep-Oct, 2008  |  Pubmed ID: 19021411

Dans les deux dernières décennies, à la fois la tomographie optique diffuse (DOT) et le niveau d'oxygène du sang (BOLD)-fonctionnelles à base d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) méthodes ont été développées comme des outils non invasifs pour l'imagerie cérébrale évoquée changements hémodynamiques dans les études de l'activité du cerveau. Bien que ces deux technologies mesurer le contraste fonctionnelle à partir de sources similaires physiologiques, comme des changements dans le taux d'hémoglobine, ces deux modalités sont basées sur des principes distincts physiques et biophysiques de premier plan à la fois les limites et les points forts à chaque méthode. Dans ce travail, nous décrivons un modèle unifié linéaire de combiner les résolutions complémentaires spatiales, temporelles, et spectroscopiques de tomographie optique en même temps mesurée et les signaux d'IRMf. En utilisant des simulations numériques, nous démontrons que les mesures simultanées optiques et gras peuvent être utilisés pour créer des estimations inter-calibrées de changements absolus déoxyhémoglobine micromolaires. Nous appliquons cette nouvel outil d'analyse de données expérimentales acquises simultanément avec les deux DOT et l'imagerie BOLD au cours d'une tâche motrice, démontrer sa capacité à plus vigoureusement les changements d'hémoglobine estimation en comparaison à DOT seuls, et de montrer comment cette approche peut fournir des estimations de la Croix-calibrées de l'hémoglobine changements. En utilisant cette méthode multimodale, nous estimons que le calibrage du signal BOLD tesla 3 à -0,55% + changement de signal / -0,40% par changement de la désoxyhémoglobine micromolaire.

Multi-photon Microscopie Avec Un Faible Coût Et Très Efficace Cr: Laser LiCAF

Optics Express. Dec, 2008  |  Pubmed ID: 19065223

Multi-photon microscopie (MPM) est un outil puissant pour l'imagerie biomédicale, ce qui permet de contraste moléculaire et intégré d'imagerie structurelle et fonctionnelle au niveau cellulaire et subcellulaire. Cependant, le coût et la complexité des sources laser femtoseconde qui sont nécessaires dans le MPM sont des obstacles importants à l'adoption généralisée de cette modalité d'imagerie importantes. Dans ce travail, nous décrivons diode femtoseconde pompé Cr: LiCAF technologie laser comme une alternative à faible coût pour femtoseconde Ti: saphir lasers pour MPM. Utilisation uniques diodes de pompage de mode dont le coût seulement 150 chacun, une diode de pompage Cr: LiCAF laser génère environ 70 fs durée, 1,8-nJ impulsions à environ 800 longueurs d'onde nm, avec une fréquence de répétition de 100 MHz et la puissance de sortie moyenne de 180 mW. Des exemples représentatifs de MPM imagerie en neurosciences, l'immunologie, endocrinologie et recherche sur le cancer en utilisant Cr: LiCAF technologie laser sont présentés. Ces études démontrent le potentiel de cette source laser pour une utilisation dans un large éventail d'applications MPM.

De Stimulation Induits Par Les Changements De Débit Sanguin Et Le 2-désoxyglucose Absorption Dissocier Dans Le Cortex Somatosensoriel Ipsilatérale

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Dec, 2008  |  Pubmed ID: 19118167

La présente étude traite de la relation entre le débit sanguin et la consommation de glucose chez le rat cortex somatosensoriel primaire (SI) in vivo. Nous avons examiné bilatéraux changements neuronaux et hémodynamiques et 2-désoxyglucose (2DG) absorption, telle que mesurée par autoradiographie, en réponse à une stimulation unilatérale patte. En contraste à la zone patte controlatérale, où l'activité neuronale, le sang d'oxygénation / débit et 2DG absorption accrue à l'unisson, nous avons observé, dans le SI ipsilatérale, un sang d'oxygénation / débit baisse et une vasoconstriction artériolaire, en présence de l'absorption 2DG accrue. Laminaire enregistrements électrophysiologiques ont révélé une augmentation de dopage ipsilatéral compatible avec l'augmentation observée dans l'absorption 2DG. La vasoconstriction et la diminution du flux sanguin dans la présence d'une augmentation de l'absorption dans le 2DG ipsilatéral contredisent l'hypothèse métabolique SI de premier plan en ce qui concerne la régulation du débit sanguin cérébral, qui postule que l'état de la consommation d'énergie neurogliale détermine le débit sanguin régional dans le production de métabolites vasoactifs. Nous proposons que d'autres facteurs, tels que des neurones (cellules gliales et) la libération de molécules messagères, pourraient jouer un rôle prépondérant dans la régulation du flux sanguin in vivo en réponse à un stimulus physiologique.

Faisabilité De L'imagerie in Vivo Des Protéines Fluorescentes Utilisant Contraste Vie

Optics Letters. Jul, 2009  |  Pubmed ID: 19572001

Nous montrons que la durée de vie de fluorescence est un mécanisme puissant contraste qui peut améliorer l'imagerie du corps entier des protéines fluorescentes (MF), en présence d'un tissu de fond d'autofluorescence (AF). La désintégration non exponentielle AF est caractérisé par le domaine temporel (TD) des mesures sur plusieurs souris nude et séparée de la fluorescence FP utilisant un ajustement linéaire de fonctions de base d'un priori. Nous illustrons cette approche en utilisant un modèle de souris orthotopique de tumeur de l'adénocarcinome du sein. Nous avons également signaler que quatre médecins de famille couramment utilisés montrent la durée de vie distinctes, en indiquant leur aptitude au multiplexage durée de vie in vivo. Ces résultats suggèrent la possibilité d'exploiter de vie de fluorescence pour les MF d'imagerie pour une variété de l'ensemble du corps des applications d'imagerie de petits animaux.

Augmentation Du Volume Sanguin Cérébral Et La Consommation D'oxygène Dans Les Lésions Cérébrales Néonatales

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Oct, 2009  |  Pubmed ID: 19675563

Avec l'intérêt croissant dans les traitements pour les lésions cérébrales néonatales, les méthodes de chevet pour la détection et évaluer l'état des blessures et l'évolution sont nécessaires. Nous avons cherché à déterminer si l'oxygénation des tissus cérébraux (STO (2)), le volume sanguin cérébral (CBV), et les estimations de la consommation d'oxygène par rapport cérébrale (rCMRO (2)) déterminée par chevet le domaine fréquentiel de spectroscopie proche infrarouge (FD-NIRS) ont le potentiel de faire la distinction nouveau-nés ayant une lésion cérébrale de ceux avec les non-cerveau questions et les témoins sains. Nous avons recruté 43 nouveaux-nés <ou = 15 jours et> 33 semaines d'âge gestationnel (AG): 14 avec des preuves d'imagerie des lésions cérébrales, 29 sans suspicion de lésion cérébrale (4 instable, 6 stable, saine et 19). Une analyse multivariée de la variance avec Newman-Keuls comparaisons post hoc a confirmé similitude groupe pour l'AG et l'âge à la mesure. StO (2) était significativement plus élevée dans le cerveau blessés par rapport à des nouveau-nés instables, mais pas statistiquement différent de nouveau-nés stables ou en bonne santé. Brain-nés ont été blessés distingue de toutes les autres par des augmentations significatives de CBV et rCMRO (2). En conclusion, bien que des mesures SPIR de StO (2) seul peut être insensible à l'évolution des lésions cérébrales, a augmenté CBV et rCMRO (2) semblent être utiles pour détecter les lésions cérébrales néonatales et de suggérer augmenté l'activité neuronale et le métabolisme se produit d'acuité dans l'évolution des lésions cérébrales.

Sensibilité De Neural-hémodynamique Couplage De Modifications Du Débit Sanguin Cérébral Pendant L'hypercapnie

Journal of Biomedical Optics. Jul-Aug, 2009  |  Pubmed ID: 19725749

La relation entre les mesures de l'oxygénation du sang cérébral et l'activité neuronale est très complexe et dépend à la fois neurovasculaire et neurométabolique couplage biologique. Bien que les mesures des changements oxygénation du sang via des techniques optiques et de l'IRM ont été développés pour cartographier l'activité fonctionnelle du cerveau, il est évident que les caractéristiques spécifiques de ces signaux sont sensibles à la physiologie vasculaire sous-jacente et la structure du cerveau. Depuis le flux sanguin de base et la saturation en oxygène peut varier entre les sessions et à travers des sujets, des modifications fonctionnelles oxygénation du sang peut être un indicateur moins fiable de l'activité du cerveau par rapport au flux sanguin et des changements métaboliques. Dans ce travail, nous utilisons un modèle biomécanique d'examiner les relations entre les réponses neuronales, vasculaires, métaboliques et hémodynamiques à la stimulation moustaches paramétrique dans des conditions normales et hypercapnique dans un modèle de rat. Nous constatons que la relation entre l'activité neuronale et les changements oxy-et la désoxyhémoglobine est sensible à l'hypercapnie induites par des changements dans la circulation sanguine cérébrale de base. En revanche, les relations qui sous-tendent entre l'activité neuronale évoquée, le flux sanguin, et le modèle-estimés changements métabolisme de l'oxygène sont inchangés par le défi hypercapnique. Nous concluons que les changements évoqués dans le flux sanguin et métabolisme de l'oxygène cérébral sont plus étroitement associés aux sous-jacente évoqués réponses neuronales.

Donnez Votre Avis Sur 'estimation Exposant a Grubb Mise à Jour En Bonne Santé De L'homme Brains Avec La Spectroscopie Proche Infrarouge Et Doppler Transcrânien »

Physiological Measurement. Oct, 2009  |  Pubmed ID: 19767672

La relation entre le volume sanguin cérébral (CBV) et du flux sanguin (CBF) a suscité un intérêt généralisé à cause de son utilité dans l'utilisation de l'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique et les méthodes d'imagerie optique pour estimer le taux métabolique cérébrale d'oxygène (CMRO (2)). Une étude récente de Leung et al (2009 Physiol. Meas. 30 1-12) présente bien des mesures relatives à la vitesse CBV du débit sanguin cérébral (VFSC) telle que mesurée par spectroscopie proche infrarouge et le Doppler transcrânien, respectivement. Ils suggèrent que cette relation ne peut pas être inversé pour estimer CBF (ou VFSC) à partir de CBV, et que ce faisant, à estimer CMRO (2) est inapproprié. Nous soutenons que ces données, et d'autres données publiées, ne permettre l'estimation de la CBF à partir de CBV et de permettre ainsi CMRO (2) doivent être estimées lorsque seules des mesures de CBV et de l'hémoglobine désoxygénée sont disponibles.

Profondeur Résolue Microscopie De L'hémodynamique Corticales Avec La Tomographie Par Cohérence Optique

Optics Letters. Oct, 2009  |  Pubmed ID: 19838234

Nous décrivons en profondeur résolue microscopie de l'hémodynamique corticales avec haute vitesse spectrale / domaine de Fourier tomographie par cohérence optique (OCT). Changements de stimulation-évoqués dans diamètre du vaisseau sanguin, le débit, et de l'hémoglobine totale ont été mesurés dans le cortex somatosensoriel chez le rat. Les résultats montrent mesures OCT de changements hémodynamiques lors de l'activation fonctionnelle et représentent une étape importante vers la compréhension de l'hyperémie fonctionnelle à l'échelle microscopique.

Monte Carlo Simulation De La Migration Dans Les Médias Photon Turbides 3D Accélérées Par Les Unités De Processeurs Graphiques

Optics Express. Oct, 2009  |  Pubmed ID: 19997242

Nous rapportons un parallèle algorithme de Monte Carlo accélérée par des unités de traitement graphique (GPU) pour la modélisation en temps résolu la migration de photons dans les médias arbitraires troubles 3D. En tirant parti des discussions massivement parallèles et à faible latence mémoire, cet algorithme permet de nombreux photons à simuler simultanément dans un GPU. Pour améliorer encore l'efficacité de calcul, nous avons exploré deux parallèles générateurs de nombres aléatoires (RNG), y compris un générateur de nombres aléatoires à virgule flottante uniquement basée sur un réseau chaotique. Un système efficace pour la réflexion frontière a été mis en œuvre, avec toutes les fonctions pour l'imagerie résolue en temps. Pour un groupe homogène milieu semi-infini, un bon accord a été observée entre la sortie de simulation et de la solution analytique de la théorie de la diffusion. Le code a été mis en œuvre avec le langage de programmation CUDA, et comparées dans différents paramètres, tels que numéro de fil, la sélection du RNG et le modèle d'accès mémoire. Avec une carte graphique low-cost, cet algorithme a démontré un taux d'accélération supérieure à 300 lors de l'utilisation de 1792 threads parallèles au cours de calcul CPU classique. Le taux d'accélération chute à 75 lors de l'utilisation des opérations atomiques. Ces résultats rendent le GPU à base de simulation de Monte Carlo une solution pratique pour l'analyse des données dans un large éventail de diffuses applications d'imagerie optique, tels que le cerveau humain ou imagerie du petit animal.

Le Rôle Possible Des émissions De CO (2) à Produire Un CBF Post-stimulus Et BOLD DÉBORDEMENT

Frontiers in Neuroenergetics. 2009  |  Pubmed ID: 20027233

Comprendre les mécanismes sous-jacents de couplage neurovasculaire est important pour la compréhension de la pathogenèse des maladies neurodégénératives liées à découplage. En outre, il met en lumière la relation de causalité entre la signalisation neuronale et les réponses hémodynamiques mesurées avec différentes modalités d'imagerie telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Il ya principalement deux hypothèses concernant ce mécanisme: une hypothèse métabolique et une hypothèse neurogène. Nous avons modifié les modèles récents de couplage neurovasculaire en ajoutant les effets de NO (oxyde nitrique) cinétique, qui est un vasodilatateur bien connu neurogène et de CO (2) la cinétique comme un vasodilatateur métabolique. Nous avons également ajouté les équations de Hodgkin-Huxley relatives les potentiels de membrane à l'afflux de sodium à travers la membrane. Nos résultats montrent que le facteur dominant dans la réponse hémodynamique est NO, cependant CO (2) est important dans la production d'un bref post-stimulus insuffisance dans la réponse du flux sanguin qui à son tour modifie la oxygénation du sang IRMf en fonction du niveau post-stimulus undershoot. Nos résultats suggèrent que l'augmentation du débit sanguin cérébral pendant la stimulation provoque CO (2) de lavage, qui se traduit alors par un effet post-stimulus induit hypocapnie vasoconstricteur.

Suivi Optique De La Tension D'oxygène Dans Les Microvaisseaux Corticaux Avec La Microscopie Confocale

Optics Express. Dec, 2009  |  Pubmed ID: 20052157

Évaluer l'oxygénation cérébrale est d'une importance cruciale pour la compréhension des fonctions cérébrales et neuropathologies plusieurs. Bien que plusieurs techniques existent pour mesurer l'oxygénation cérébrale in vivo, les techniques les plus largement acceptées offrent résolution spatiale limitée. Nous avons développé un système d'imagerie confocale pour la mesure de mini-invasive de la tension en oxygène (pO (2)) dans les microvaisseaux cérébraux avec une résolution spatiale et temporelle. Le système repose sur le procédé de trempe à l'aide de phosphorescence exogènes à base de porphyrine sondes à oxygène dendritiques. Ici, nous présentons des images haute résolution de phosphorescence microvascularisation corticale et temporelles Po (2) les profils à partir d'emplacements multiples en réponse à la fraction d'oxygène inspiré variée et l'activation fonctionnelle.

Dendritiques Sondes Phosphorescents Pour L'imagerie D'oxygène Dans Les Systèmes Biologiques

ACS Applied Materials & Interfaces. Jun, 2009  |  Pubmed ID: 20072726

Les niveaux d'oxygène dans les systèmes biologiques peuvent être mesurés par le procédé de trempe phosphorescence en utilisant des sondes avec des paramètres contrôlables trempe et biodistributions définis. Nous décrivons une approche générale de la construction de nanocapteurs phosphorescentes avec accordables caractéristiques spectrales, les degrés variables de trempe et une sélectivité élevée pour l'oxygène. Les sondes sont basées sur lumineux phosphorescent Pt et Pd complexes de porphyrines et symétriquement pi-étendus porphyrines (tétrabenzoporphyrines et tetranaphthoporphyrins). pi-Extension du macrocycle de base permet le réglage des paramètres spectraux des sondes afin de répondre aux exigences d'une application d'imagerie particulières (par exemple, la tomographie d'oxygène en fonction plane imagerie microscopique). Métalloporphyrines sont encapsulés dans les poly (arylglycine) dendrimères, qui se replient dans des environnements aqueux et créer des barrières de diffusion pour l'oxygène, ce qui permet de réguler la sensibilité et la plage dynamique du procédé. La périphérie des dendrimères est modifié par poly (éthylène glycol) de résidus, ce qui améliore la solubilité de la sonde, de diminuer la toxicité, et aider à prévenir les interactions des sondes avec l'environnement biologique. Les paramètres de la sonde ont été mesurés dans des conditions physiologiques et montré ne pas être affectée par la présence de macromolécules biologiques. La performance des sondes a été démontrée dans des applications, y compris en microscopie in vivo de pO vasculaire (2) dans le cerveau de rat.

Combiné D'imagerie Optique Et De La Mammographie Du Sein En Bonne Santé: Contraste Optique Dérivé De La Structure Du Sein Et De La Compression

IEEE Transactions on Medical Imaging. Jan, 2009  |  Pubmed ID: 19116186

Dans cet article, nous présentons de nouveaux progrès dans le développement de l'instrument et la plate-forme logicielle d'un combiné mammographie par rayons X / diffuse système d'imagerie optique du sein. En particulier, nous nous concentrons sur la validation du système en utilisant une série d'expériences fantômes ballon et l'analyse d'image optique de 49 patients en bonne santé. Utilisation de la méthode des éléments finis pour la modélisation de l'avant et une régularisation de la méthode de Gauss-Newton pour la reconstruction des paramètres, nous avons récupéré les inclusions à l'intérieur du fantôme et les images d'hémoglobine des seins de l'homme. Un système de couplage amélioré coefficient d'estimation a également été incorporée afin d'améliorer la précision et la robustesse des reconstructions. La concentration moyenne récupérée hémoglobine totale (HBT) et la saturation en oxygène (SO2) à partir de 68 mesures du sein sont 16,2 microm et 71%, respectivement, où le HBT présente une tendance linéaire avec la densité du sein. La valeur HBT faible par rapport à la littérature est probablement dû à la compression associée mammographique. A partir des images dans l'espace de co-social optiques / X-ray, nous pouvons identifier le muscle de la paroi thoracique, les tissus adipeux, et les régions fibroglandulaires avec une moyenne de 20,1 HBT + / -6,1 microm pour tissu fibroglandulaire, 15,4 + / -5,0 pour microm adipeux, et de 22,2 + / -7,3 microm pour le tissu musculaire. Les différences entre les tissus fibroglandulaire et le tissu adipeux correspondant sont significatifs (p <0,0001). Dans le même temps, nous reconnaissons que les images optiques sont influencés, dans une certaine mesure, par la compression mammographical. Les images optiques à partir d'un sous-ensemble de patients présentent des caractéristiques composites à partir de la structure des tissus à la fois et la distribution de pression. Nous présentons des simulations mécaniques qui confirment cette hypothèse.

Estimation Du Métabolisme De L'oxygène Cérébrale IRMf Avec Un Modèle à Plusieurs Compartiments Windkessel Dynamique

Human Brain Mapping. May, 2009  |  Pubmed ID: 18649348

Changements de stimulation évoqués dans le flux sanguin cérébral, le volume, et l'oxygénation se posent à partir des réponses à médiation neuronale sous-jacente des changements dans le tonus vasculaire et métabolisme de l'oxygène cérébral. Il ya des preuves croissantes que les caractéristiques d'amplitude et temporelle de ces changements évoqués hémodynamiques sont en outre influencés par les propriétés locales de la vascularisation, y compris les niveaux de la circulation sanguine cérébrale de base, le volume et l'oxygénation du sang. Dans ce travail, nous utilisons un modèle physiologiquement motivés vasculaire pour décrire les caractéristiques temporelles de évoqués réponses hémodynamiques et de leurs relations attendus pour les propriétés structurales et biomécaniques de la vascularisation sous-jacente. Nous utilisons ce modèle dans un ajustement de la courbe temporelle analyse des haut-résolution temporelle données d'IRM fonctionnelle pour estimer les cérébral sous-jacent réponses vasculaires et métaboliques dans le cerveau. Nous présentons des preuves de la faisabilité de notre modèle basé sur l'analyse pour estimer les variations transitoires du taux de métabolisme cérébral de l'oxygène (CMRO (2)) dans le cortex moteur humaine combinée marquage de spin artériel pulsé (ASL) et le niveau d'oxygène du sang (BOLD ) IRM. Nous examinons à la fois les caractéristiques numériques de ce modèle et présenter des preuves expérimentales qui soutiennent ce modèle en examinant simultanément mesurée spectroscopie ASL, BOLD, et le proche infrarouge pour valider les changements calculés en sous-jacente CMRO (2).

Tomographie Par Cohérence Optique (OCT) Révèle Profondeur Résolues En Dynamique Lors De L'activation Fonctionnelle Du Cerveau

Journal of Neuroscience Methods. Mar, 2009  |  Pubmed ID: 19121336

Optique du signal intrinsèque d'imagerie (Oisi) fournit deux dimensions, les cartes d'activation profondeur intégrés de l'activité du cerveau. Tomographie par cohérence optique (OCT) fournit approfondies résolus, des images en coupe de l'activation fonctionnelle du cerveau. Co-social des PTOM et Oisi imagerie a été réalisée simultanément sur le cortex somatosensoriel chez le rat par le biais d'un crâne éclaircie au cours patte stimulation électrique. Fractions des mesures de changement de signal faites par OCT ont révélé un signal fonctionnel qui est bien corrélée avec celle des signaux intrinsèques hémodynamiques et fournit approfondies résolus, couche-spécifiques dynamique dans les modèles d'activation fonctionnels indiquant la dilatation des vaisseaux rétrograde. L'OCT est une approche prometteuse d'une nouvelle technologie qui fournit des informations complémentaires à Oisi pour la neuroimagerie fonctionnelle.

Identifier Latéralisation Corticale Du Traitement De La Parole Chez Les Nourrissons à L'aide De Spectroscopie Proche Infrarouge

Developmental Neuropsychology. 2009  |  Pubmed ID: 19142766

Nous étudions l'utilité de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) comme une technique alternative pour l'étude de traitement de la parole du nourrisson. SPIR est une technologie d'imagerie optique qui utilise les changements relatifs de la concentration d'hémoglobine totale et l'oxygénation d'indicateur d'activation de neurones. De la procédure, SPIR a l'avantage sur des méthodes plus courantes (par exemple, IRMf) en ce qu'elle peut être utilisée pour étudier les réactions neurales des nourrissons comportemental actifs. Les bébés plus âgés (âgés de 6-9 mois) ont été autorisés à s'asseoir sur les genoux de leurs gardiens au cours des la présentation du stimulus afin de déterminer les différences relatives à l'activité focale dans la région temporale du cerveau au cours du traitement de la parole. Les résultats ont révélé une dissociation de la sensori-traitement spécifique dans deux régions corticales, les lobes temporaux droit et gauche. Ces résultats sont cohérents avec ceux obtenus par d'autres méthodes neurophysiologiques et pointez sur l'utilité de la SPIR comme un moyen d'établir des corrélats neuronaux de développement du langage dans les anciennes (et plus active) nourrissons.

Rapide Du Signal Optique N'est Pas Détectée Dans Réveillez-vous Monkeys Behaving

NeuroImage. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19150500

Bien que la capacité de la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) pour mesurer les réponses évoquées cérébrales hémodynamiques (lent signal optique) est bien établi, sa capacité à mesurer de manière non invasive le «signal optique rapide» est encore controversée. Ici, nous visons à déterminer la faisabilité d'effectuer des mesures SPIR de la 'fast signal optique »ou d'un événement-connexes signaux optiques (EROS) dans des conditions optimales d'expérimentation dans Réveillez-vous se comporter macaques. Ces singes ont été implantés avec un 'enregistrement ainsi «d'exposer la dure-mère au-dessus du cortex visuel primaire (V1). Une sonde sur mesure optique a été introduit et fixé dans le puits. La proximité de la sonde dans le cerveau de maximiser la sensibilité aux changements de propriétés optiques dans le cortex. Artefacts de mouvement ont été minimisés par la contrainte physique de la tête. Plein champ stimuli damier contraste inversion ont été présentés à des singes entraînés à effectuer une tâche de fixation visuelle. Au cours des sessions séparées, deux systèmes (NIRS CW4 et de l'ISS FD oxymètre), qui auparavant ont montré la capacité de mesurer le signal rapide chez l'homme, ont été utilisés. Lors de certaines séances EEG a été acquis en même temps que le signal optique. La sensibilité accrue aux changements corticaux optiques avec notre dispositif expérimental a été quantifiée par des simulations 3D de Monte Carlo sur une tête de singe IRM segmentée. Moyennes de milliers de stimuli dans le même animal, ou des moyennes grands à travers les deux animaux et à travers des séances répétées, n'a pas conduit à la détection du signal optique rapide en utilisant soit l'amplitude ou la phase du signal optique. Réponses hémodynamiques et des potentiels évoqués visuels étaient plutôt toujours détectés avec les essais simples ou des moyennes de quelques stimuli peu. Sur la base de ces résultats négatifs, en dépit des conditions expérimentales optimales, nous douter de l'utilité de la non-invasives rapides mesures de signaux optiques avec NIRS.

Étude Du Couplage Neurovasculaire Dans L'homme Par Magnétoencéphalographie Simultanée Et Diffuse Acquisition D'imagerie Optique

NeuroImage. Jul, 2009  |  Pubmed ID: 19286463

En combinant l'imagerie optique diffuse (DOI) et la magnétoencéphalographie (MEG), nous étudions le couplage neurovasculaire non-invasive chez des sujets humains en utilisant la stimulation nerf médian. Des études antérieures IRMf ont montré un effet d'habituation dans le sang en oxygène hémodynamique en fonction du niveau (BOLD) pour des périodes de stimulation de réponse plus de 2 s. Avec DOI et la MEG nous pouvons vérifier si cet effet dans la réponse hémodynamique peut être représenté par un effet d'habituation dans la réponse neurale. Nos résultats expérimentaux montrent que l'effet d'habituation dans la réponse hémodynamique est plus forte que dans la première réponse neurale corticale (N20). En utilisant un modèle de convolution linéaire pour prévoir les réponses hémodynamiques nous avons constaté que, y compris la fin composants neuronaux (> ou = 30 ms) améliore la prédiction de la réponse d'hémoglobine. Cette constatation suggère que, en plus des initiales évoqué-réponse déviations liées à l'entrée talamic afférente, plus tard, l'activité corticale est nécessaire pour prédire la réponse hémodynamique.

L'imagerie Simultanée De La Pression Partielle Cérébrale Des Flux De Sang Et D'oxygène Lors De L'activation Corticale Fonctionnelle Et La Dépression D'épandage

Applied Optics. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19340106

Nous avons développé une nouvelle technique d'imagerie qui fournit en temps réel des cartes bidimensionnelles de la pression absolue partielle de l'oxygène et le débit sanguin cérébral par rapport à des rats en combinant l'imagerie durée de vie de phosphorescence avec granularité laser imagerie de contraste. La mesure directe de l'oxygénation du sang sur la base de la durée de vie de phosphorescence n'est pas significativement affecté par les changements dans les paramètres optiques du tissu pendant l'expérience. Le potentiel du système comme un nouvel outil pour l'analyse quantitative de la livraison dynamique de l'oxygène pour soutenir le métabolisme du cerveau a été démontré chez le rat par les réponses corticales à la stimulation d'imagerie patte et la propagation de vagues corticales dépression envahissante. Ce nouvel instrument permettra une étude plus approfondie du couplage neurovasculaire dans le cerveau normal et pathologique.

Homer: Un Examen Des Méthodes D'analyse De Séries Chronologiques Pour La Spectroscopie Proche Infrarouge Du Cerveau

Applied Optics. Apr, 2009  |  Pubmed ID: 19340120

Spectroscopie proche infrarouge (SPIR) est un outil non invasif pour l'étude de neuroimagerie évoqués les changements hémodynamiques dans le cerveau. Par cette technique, les changements dans l'absorption optique de la lumière sont enregistrées au fil du temps et sont utilisés pour estimer les changements évoqués dans fonctionnellement oxyhémoglobine cérébrale et les concentrations déoxyhémoglobine qui résultent de vasculaire cérébral local et les effets métaboliques d'oxygène au cours de l'activité du cerveau. Au cours des trois dernières décennies, cette technologie a continué de croître, et SPIR aujourd'hui des études ont trouvé des applications de niche dans les nombreux domaines de la psychologie, la physiologie et la pathologie cérébrale. La popularité croissante de cette technique est en partie associée à un moindre coût et la portabilité accrue de l'équipement SPIR en comparaison avec d'autres modalités d'imagerie, telles que l'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique et la tomographie par émission de positons. Avec ce nombre croissant d'applications, de nouvelles techniques pour le traitement, l'analyse et l'interprétation des données de SPIR sont développés en permanence. Nous passons en revue quelques-unes des techniques d'analyse de séries temporelles et fonctionnelles qui sont actuellement utilisées dans les études NIRS, nous décrivons la mise en œuvre pratique de diverses techniques de traitement du signal pour supprimer le bruit physiologique, instrumentale, et le mouvement-artefact à partir de données optiques, et nous discutons de l'unique aspects de l'analyse SPIR en comparaison avec d'autres modalités d'imagerie du cerveau. Ces méthodes sont décrites dans le contexte de l'MATLAB programme basé sur l'interface utilisateur graphique, Homère, que nous avons élaboré et distribué à faciliter le traitement des données optiques fonctionnelles du cerveau.

Microsonde Intracrânienne Pour L'évaluation Neuro-hémodynamique Couplage En Non Anesthésiés Humaines Néocortex

Journal of Neuroscience Methods. May, 2009  |  Pubmed ID: 19428529

Mesure du sang-oxygène-dépendant du niveau (BOLD) la réponse avec l'IRMf a révolutionné les neurosciences cognitives et est de plus en plus important dans les soins cliniques. La réponse BOLD reflète les changements dans désoxy-hémoglobine de concentration, le volume sanguin et le flux sanguin. Ces modifications hémodynamiques finalement résulter de la décharge neuronale et l'activité synaptique, mais le lien entre ces domaines est complexe, mal compris, et peut varier selon les espèces, les zones corticales, les maladies et états cognitifs. Nous décrivons ici une technique qui peut mesurer les changements neuronaux et hémodynamiques simultanément à partir de microdomaines corticales chez l'homme éveillé. On utilise un "optodes laminaire," un réseau linéaire de microélectrodes pour des mesures électrophysiologiques appariés avec un dispositif micro-optique pour des mesures hémodynamiques. Des mesures optiques comprennent laser Doppler pour estimer le flux sanguin cérébral ainsi que la spectroscopie ponctuelle pour estimer les concentrations oxy-et désoxy-hémoglobine. La matrice de microélectrodes enregistre des gradients de champ locaux potentiels (PG) et le multi-activité (MUA) à 24 endroits couvrant la profondeur corticale, permettant l'estimation de la population trans-membranaires courant (Densité source de courant, CDD) et des cellules de la population de tir dans chaque corticale limbe. Comparaison de la laminaire CDD / MUA profil avec les origines et les terminaisons de circuits corticaux permet à l'activité dans les circuits neuronaux spécifiques à déduire, puis directement par rapport à l'hémodynamique. L'accès est obtenu chez les patients épileptiques pendant l'évaluation diagnostique pour le traitement chirurgical. Des tests de validation avec relativement manipulations bien comprises (ECG, l'apnée, la stimulation électrique corticale) démontrent les réponses attendues. Ce dispositif peut fournir un nouveau moyen et robuste pour l'obtention des données détaillées et quantitatives permettant de définir le couplage neurovasculaire chez les humains éveillés.

Un Modèle D'intervention Vasculaire Cérébral Pour Les Neuro-imagerie Fonctionnelle Y Compris L'autorégulation Cérébrale Dynamique

Mathematical Biosciences. Aug, 2009  |  Pubmed ID: 19442671

Techniques de neuroimagerie fonctionnelle comme l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) peut être utilisé pour isoler une réponse évoquée à une stimulation des fluctuations importantes de fond physiologiques. L'analyse des données se rapproche généralement utiliser la moyenne ou de la régression linéaire pour supprimer cette ligne de base physiologique à des degrés divers de succès. Basé sur un modèle biophysique analyse de la réponse hémodynamique fonctionnelle a également été avancé précédemment avec le ballon et les modèles Windkessel. Dans le présent travail, un modèle biophysique de la circulation systémique et cérébrale et d'échange de gaz est appliqué à la SPIR état de repos de neuroimagerie données provenant de 10 sujets humains. Le modèle comprend en outre dynamique autorégulation cérébrale, qui module la conformité cérébrale artériole pour contrôler le débit sanguin cérébral. Ce modèle biophysique permet de prédire, à partir de mesures de pression artérielle non invasive, des fluctuations hémodynamiques de fond dans les circulations systémique et cérébral. Corrélations significativement plus élevé avec les données de SPIR ont été trouvé avec les prédictions du modèle biophysiques par rapport à la régression la pression artérielle et par rapport à transférer l'analyse de fonction (multifactorielle ANOVA, p <0,0001). Cette constatation appuie la poursuite du développement et l'utilisation de modèles biophysiques pour éliminer l'activité de base dans l'analyse neuro-imagerie fonctionnelle. Extensions futures de ce travail pourrait modéliser les changements dans la physiologie vasculaire cérébral qui se produisent au cours du développement, le vieillissement et la maladie.

Fonction De La Pression De Perfusion De Récupération De La Dépression Corticale épandage Est Indépendante De L'oxygénation Tissulaire Sur Une Large Gamme Physiologique

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Jun, 2010  |  Pubmed ID: 20087371

Répandre la dépression (SD) est une onde à propagation lente de la dépolarisation neuronale et gliale transitoire qui se développe après une hémorragie accident vasculaire cérébral, traumatisme et sous-arachnoïdienne. Dans le tissu compromise, répétitives dépolarisations blessures SD-comme de réduire la viabilité des tissus par l'aggravation de la disparité entre le flux sanguin et le métabolisme. Bien que le mécanisme demeure inconnu, DS spectacle retardé la reprise électrophysiologique dans la pénombre ischémique. Ici, nous avons testé l'hypothèse que le taux de récupération de SD peut être modifiée par la pression de perfusion tissulaire et l'oxygénation de modulation. La pression artérielle systémique et artérielle pO (2) ont été simultanément manipulé chez des rats anesthésiés sous surveillance physiologique complète. Nous avons constaté que l'hypotension artérielle a doublé la durée SD, tandis que l'hypertension a réduit d'un tiers par rapport à normoxiques rats normotendus. L'hyperoxie a échoué à raccourcir les durées prolongées chez le rat SD hypotenseurs, malgré la restauration de tissu pO (2). En effet, variant artérielle pO (2) (40 à 400 mm Hg) seul n'a pas une influence significative sur la durée SD, alors que la pression artérielle (40 à 160 mm Hg) a été inversement proportionnelle à la durée SD dans le tissu compromise. Ces données suggèrent que la pression de perfusion cérébrale est un facteur déterminant du développement durable indépendant de l'oxygénation des tissus sur une large gamme de artérielles Po (2) niveaux durée, et que l'hypotension peut être préjudiciable en cas d'hémorragie sous-arachnoïdienne et accident vasculaire cérébral, où dépolarisations blessures SD-comme ont été observée.

Quantitative Débit Sanguin Cérébral En Tomographie Par Cohérence Optique

Optics Express. Feb, 2010  |  Pubmed ID: 20174075

Les mesures absolues de débit sanguin cérébral (CBF) sont un point de terminaison important dans les études de physiopathologie cérébrale. Actuellement, aucune méthode acceptée existe dans le suivi longitudinal vivo de la CBF avec une haute résolution chez les rats et les souris. Utilisation de la tomographie tridimensionnelle Doppler cohérence optique et les préparatifs de fenêtres crâniennes, nous présentons les méthodes et les algorithmes pour les mesures CBF régionales dans le cortex de rat. À cette fin, nous développer et de valider un modèle statistique quantitative pour décrire l'effet du tissu statique sur sensibilité à la vélocité. Ce modèle est utilisé pour concevoir la numérisation des protocoles et des algorithmes pour des mesures de débit sensibles 3D et l'angiographie du cortex. Nous introduisons également une méthode de calcul du débit absolue qui ne nécessite pas la connaissance explicite des angles de navires. Nous montrons que les estimations des PTOM de valeurs absolues CBF chez le rat d'accord avec les mesures antérieures par autoradiographie, ce qui suggère que Doppler OCT peut effectuer des mesures de flux absolus dans des modèles animaux.

Laser Speckle Imagerie De Contraste En Optique Biomédicale

Journal of Biomedical Optics. Jan-Feb, 2010  |  Pubmed ID: 20210435

D'abord présenté dans les années 1980, le speckle du laser d'imagerie de contraste est un outil puissant pour plein Imagerie du flux sanguin. Récemment granularité laser imagerie de contraste a gagné une attention accrue, en partie grâce à son adoption rapide pour les études de débit sanguin dans le cerveau. Nous passons en revue la physique sous-jacents de l'imagerie de contraste de speckle et de discuter des développements récents pour améliorer la précision quantitative des mesures du flux sanguin. Nous avons également examiner les demandes de granularité laser imagerie de contraste en neurosciences, de la dermatologie et l'ophtalmologie.

L'effet Des Anesthésiques Différents Sur Le Couplage Neurovasculaire

NeuroImage. Jul, 2010  |  Pubmed ID: 20350606

À ce jour, la majorité des études couplage neurovasculaire axé sur l'activité des afférences thalamiques des dans la couche IV et de l'activité de dopage correspondant grande comme responsable de l'hyperémie fonctionnelle. Ce document met en évidence le rôle de l'enseignement secondaire et la fin de cortico-corticales de transmission dans le couplage neurovasculaire. Électroencéphalographie cuir chevelu simultanée (EEG) et diffuses optiques d'imagerie (DOI) des mesures ont été obtenus au cours de plusieurs conditions liées à l'événement de la stimulation électrique patte dans 33 rats Sprague-Dawley rats répartis en 6 groupes en fonction de la maintenir anesthésie - alpha-chloralose, le pentobarbital, kétamine -xylazine, le fentanyl-dropéridol, l'isoflurane, le propofol. La potentiels évoqués somesthésiques (PES) ont été décomposées en quatre composantes et la question de qui prédit le mieux les réponses hémodynamiques a été étudiée. Les résultats de l'analyse de régression linéaire que la réponse hémodynamique est le mieux corrélé avec les transmissions secondaires et à la fin cortico-corticales, et non avec l'activité initiale d'entrée thalamique dans la couche IV. Le flux sanguin de base cérébral (CBF) interagit avec l'activité neuronale et influe sur les réponses évoquées hémodynamiques. Enfin, le couplage neurovasculaire semble être la même pour tous les anesthésiques utilisés.

Spectroscopie Proche Infrarouge Affiche Spécialisation Pariétal Droit Pour Le Numéro De Pré-verbales Nourrissons

NeuroImage. Nov, 2010  |  Pubmed ID: 20561591

Régions bilatérales du sillon intrapariétal (IPS) semblent être fonctionnellement sélective pour les deux tâches rudimentaires nombre non-symboliques et de niveau supérieur tâches nombre symbolique chez les adultes et les enfants plus âgés. En outre, la capacité de se représenter mentalement et à manipuler approximatives non-symboliques des quantités numériques est présent dès la naissance. Ces facteurs laissent ouverte de savoir si la spécialisation de l'IPS se développe à travers l'expérience de l'apprentissage d'un système de nombre symbolique ou si elle est déjà spécialisée avant l'acquisition nombre symbolique. En utilisant la technique émergent de la fonctionnelle de spectroscopie proche infrarouge (fNIRS) sur pariétal gauche et à droite et régions occipitales latérales, nous montrons la spécialisation pariétal droit pour le numéro de l'article 6-month-old nourrissons. Ces résultats étendent la littérature actuelle de trois façons: par la mise en œuvre avec succès un design lié à l'événement NIRS chez les nourrissons, en montrant la spécialisation pariétale pour le numéro de produit avant l'acquisition du langage, et en suggérant une représentation de nombres peut être initialement droit latéralisée et devient bilatérale à travers l'expérience .

La Dissociation De Traitement De L'information Spatio-temporelle Et Featural Dans Le Cortex Du Nourrisson

NeuroImage. Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20603218

Une grande partie est connue sur le développement de capacités de traitement visuel d'objets et les structures neurales qui interviennent dans ces capacités dans l'observateur mature. En revanche, on sait peu sur les structures nerveuses qui interviennent dans ces capacités chez le nourrisson ou la façon dont ces structures éventuellement donner lieu à maturité de traitement. La présente recherche utilisé la spectroscopie proche infrarouge pour étudier l'activation de neurones dans le cortex visuel, temporel, et pariétal au cours des tâches de traitement de l'objet. Les nourrissons âgés de 5-7 mois vu des événements visuels que le traitement nécessaire de l'. Featural (expérience 1) ou les spatio-temporelle (Expérience 2) les propriétés des objets Dans l'expérience 1, différents modes de neurones ont été obtenus dans le cortex temporal, en réponse à la forme que les informations de couleur. Dans l'expérience 2, différents modèles d'activation de neurones ont été obtenus dans le cortex pariétal, en réponse à spatio-temporelle (vitesse et la trajectoire du mouvement) que featural (forme et couleur) de l'information. Ces résultats suggèrent une dissociation de traitement de l'information spatio-temporelle et featural dans le cortex du nourrisson et fournir des preuves pour la spécification fonctionnelle au début du cerveau humain. Le résultat de ces études informe cerveau et le comportement des modèles de développement cognitif et jette les bases d'une investigation systématique de la maturation fonctionnelle des systèmes de traitement de l'objet dans le cerveau du nourrisson.

Rapide Volumétrique Angiographie Des Microvaisseaux Corticaux Avec La Tomographie Par Cohérence Optique

Optics Letters. Jan, 2010  |  Pubmed ID: 20664667

Nous décrivons les méthodes et les algorithmes pour l'imagerie volumétrique rapide de la vascularisation corticale avec tomographie par cohérence optique (OCT). En optimisant la conception du système, la numérisation des protocoles et des algorithmes pour la visualisation de l'écoulement capillaire, l'imagerie globale de la vascularisation surface piale et lit capillaire est réalisée dans environ 12 s. En imagerie pendant l'hypercapnie et la comparaison avec traduction simultanée en imagerie CCD, les sources de contraste de l'OCT angiographie sont étudiées.

Anatomique Atlas-guidée Tomographie Optique Diffuse De L'activation Cérébrale

NeuroImage. Jan, 2010  |  Pubmed ID: 19643185

Nous décrivons un protocole de neuro-imagerie qui utilise un atlas anatomique de la tête humaine pour guider la tomographie optique diffuse de l'activation du cerveau humain. Le protocole est démontré par l'imagerie de la réponse hémodynamique à la stimulation nerf médian dans trois des sujets sains, et en comparant les images obtenues à l'aide d'un atlas tête avec les images obtenues à l'aide de l'anatomie la tête du sujet spécifique. Les résultats indiquent que l'utilisation de l'anatomie tête atlas, il est possible de reconstituer l'emplacement de l'activation cérébrale au gyrus attendu du cerveau, en accord avec les résultats obtenus avec l'anatomie la tête du sujet spécifique. Les avantages de cette nouvelle méthode découlent de l'élimination de la nécessité pour l'anatomie la tête du sujet spécifique et évitant ainsi la nécessité d'une IRM sujet spécifique afin d'améliorer l'interprétation anatomique des images de tomographie optique diffuse de l'activation du cerveau.

Non Invasives Des Mesures Optiques De CBV, STO (2), CBF Index Et RCMRO (2) Dans Les Cerveaux Humains Des Nouveau-nés Prématurés Dans Les Six Premières Semaines De Vie

Human Brain Mapping. Mar, 2010  |  Pubmed ID: 19650140

Avec les causes de lésions cérébrales périnatales non encore élucidées et le rôle probable de l'instabilité hémodynamique dans leur étiologie, la surveillance de chevet de l'hémodynamie cérébrale néonatale avec les valeurs normales en fonction de l'âge sont nécessaires. Dans cette étude, nous avons combiné le domaine des fréquences presque quantitatif spectroscopie infrarouge (NIRS FD-) mesures de l'oxygénation des tissus cérébraux (STO (2)) et le volume sanguin cérébral (CBV) avec diffusion spectroscopie de corrélation (DCS) des mesures d'un indice du débit sanguin cérébral ( CBF (ix)) pour tester la validité de la relation CBV-CBF chez les prématurés et d'estimer le taux métabolique cérébrale d'oxygène (rCMRO (2)) avec ou sans la CBF (ix) la mesure. Nous avons mesuré 11 nouveau-nés prématurés (28-34 semaines d'âge gestationnel) sans problèmes connus neurologiques, une fois par semaine à partir de un à six semaines d'âge. En neuf patients, les vitesses sanguins cérébraux à partir de l'artère cérébrale moyenne ont été recueillies par Doppler transcrânien (DTC) et comparés avec les valeurs DCS. Les résultats montrent une diminution constante de la STO (2) au cours des six premières semaines de vie tout en CBV reste stable, et une augmentation constante de la CBF (ix). rCMRO (2) estimée à partir de FD-NIRS reste constante, mais montre une large variabilité interindividuelle. rCMRO (2) calculé à partir de FD-SPIR et DCS combiné a augmenté de 40% au cours des six premières semaines de vie à la variabilité interindividuelle réduite. Les valeurs TCD et DCS sont positivement corrélés. En conclusion, FD-SPIR combinés avec DCS propose une méthode de chevet coffre-fort et quantitative pour évaluer CBV, StO (2), CBF, et rCMRO (2) dans le cerveau prématuré, ce qui facilite le suivi individuel et la comparaison entre les patients. Une écurie CBV-CBF relation peut ne pas être valable pour les nouveau-nés prématurés.

À Deux Photons à Haute Résolution De Mesure De La Pression Partielle D'oxygène Dans Le Système Vasculaire Cérébral Et De Tissus

Nature Methods. Sep, 2010  |  Pubmed ID: 20693997

Les mesures de la pression partielle d'oxygène (pO (2)) avec une résolution temporelle et spatiale en trois dimensions est cruciale pour la compréhension de l'apport d'oxygène et la consommation dans le cerveau normal et pathologique. Parmi les méthodes existantes de mesure pO (2), trempe la phosphorescence est parfaitement adapté à la tâche. Cependant, les tentatives précédentes de la phosphorescence deux avec la microscopie à balayage laser à deux photons ont été confrontés à des difficultés importantes en raison de très faibles absorption à deux photons des sections de sondes classiques phosphorescents. Ici, nous rapportons à notre connaissance la première fois en pratique in vivo à deux photons à haute résolution pO (2) des mesures dans les petits rongeurs des microvaisseaux corticaux et le tissu, rendue possible en combinant un système d'imagerie optimisé avec une nano-sonde à deux photons-enhanced phosphorescente. Procédé comporte une profondeur de mesure jusqu'à 250 micromètre, inférieur à la seconde résolution temporelle et nécessite concentration de la sonde basse. Les propriétés de la sonde a permis de directe à haute résolution de mesure de extravasculaire corticale (tissus) pO (2), l'ouverture de nombreuses possibilités pour des études fonctionnelles du cerveau métaboliques.

Corticales Profondeur Spécifiques Microvasculaires Différences De Dilatation Laminaire Sous-tend L'oxygénation Du Sang Fonction Du Niveau Du Signal IRM Fonctionnelle

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Aug, 2010  |  Pubmed ID: 20696904

Les changements dans l'activité neuronale sont accompagnés par la libération de médiateurs vaso-actifs qui provoquent la dilatation et la constriction microscopique de la microvascularisation cérébrale et se manifestent dans macroscopiques de sang oxygénation niveau (BOLD) IRM fonctionnelle (IRMf) des signaux. Nous avons utilisé la microscopie à deux photons pour mesurer les diamètres des artérioles et des capillaires simples à différentes profondeurs dans le cortex somatosensoriel primaire chez le rat. Ces mesures ont été comparées avec les corticales profondeur résolus changements de signaux IRMf. Nos résultats démontrent microscopiques un gradient spatial de l'apparition de dilatation et les périodes de pointe compatibles avec les «amont» de propagation de la vasodilatation vers la surface corticale le long des artérioles de plongée et "aval" de propagation en locaux lits capillaires. La réponse observée BOLD exposé le plus rapide apparition dans les couches profondes, et la "baisse initiale" a été plus prononcée dans la couche I. Les résultats actuels indiquent que le début de la réponse BOLD et la baisse initiale dépend de la profondeur corticale et peut être expliqué, au moins en partie, par le gradient spatial de retards dans la dilatation microvasculaire, une réponse rapide étant dans les couches profondes et la réponse la plus retardée dans le lit de la couche capillaire I.

Durée De Vie Basé Sur Le Multiplexage Tomographique

Journal of Biomedical Optics. Jul-Aug, 2010  |  Pubmed ID: 20799813

Dans le proche infrarouge (NIR) tomographie par fluorescence de fluorophores multiples a déjà été limité par la bande passante du NIR régime spectrale et le spectre d'émission large de fluorophores la plupart des NIR. Nous décrivons dans la tomographie in vivo de trois fluorophores spectralement qui se chevauchent en utilisant la fluorescence durée de vie basé sur la séparation. Dans le domaine temporel des images sont acquises en utilisant un voltage-dépendants, l'intensification de charge-coupled device (CCD) en géométrie de transmission en espace libre de 750 nm de Ti: saphir excitation laser. Composants à vie sont aptes de la partie asymptotique de la courbe de décroissance de la fluorescence et reconstruit séparément avec un modèle de vie ajustée sur l'avant. Nous utilisons ce système pour tester l'aptitude de la durée de vie in vivo de multiplexage de fluorophores disponibles dans le commerce, et de démontrer la durée de vie de multiplexage dans les mélanges de solutions et chez la souris nude. Tous les fluorophores testés présentent désintègre presque monoexponentielles, à l'étroit dans les distributions de durée de vie in vivo appropriés pour le multiplexage à vie. La séparation quantitative des deux fluorophores avec la durée de vie de 1,1 et 1,37 ns est démontrée pour des concentrations relatives de 1:5. Enfin, nous démontrons l'imagerie tomographique de deux et trois fluorophores chez la souris nude avec des fluorophores qui localisent à des systèmes d'organes distincts. Cette technique devrait être largement applicable à d'imagerie multiples fluorophores NIR en 3-D.

Spontanées De Basse Fréquence Oscillations Dans Les Vaisseaux Cérébraux: Applications Dans La Maladie De L'artère Carotide Et Accident Vasculaire Cérébral Ischémique

Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases : the Official Journal of National Stroke Association. Nov-Dec, 2010  |  Pubmed ID: 20864356

L'étiologie derrière et signification physiologique des oscillations spontanées dans le spectre à basse fréquence dans les vaisseaux à la fois systémiques et cérébrales restent inconnus. Des études expérimentales ont proposé que les oscillations spontanées dans la circulation sanguine cérébrale reflètent l'autorégulation cérébrale altérée (CA). L'analyse de CA par la mesure des oscillations spontanées dans le spectre à basse fréquence dans les vaisseaux cérébraux pourrait être un outil utile pour évaluer le risque et d'enquêter sur différentes stratégies de traitement dans la maladie de l'artère carotide (CAD) et d'AVC. Nous avons examiné les études explorant les oscillations spontanées dans le spectre à basse fréquence chez les patients atteints de coronaropathie et d'AVC ischémique, des conditions connues pour impliquer une déficience CA. Plusieurs études ont signalé des changements dans les oscillations après CAD et les AVC après la chirurgie et au fil du temps par rapport à des témoins sains. Déphasage dans le domaine fréquentiel et les coefficients de corrélation dans le domaine temporel sont les paramètres les plus fréquemment utilisés pour l'analyse des oscillations spontanées dans les vaisseaux systémiques et cérébrales. À l'heure actuelle, il n'existe aucune norme d'or pour l'analyse des oscillations spontanées dans le spectre à basse fréquence, et des modèles simplistes de CA n'ont pas réussi à prédire ou d'expliquer les changements oscillation spontanée trouvés dans la CAO et des études d'AVC. Spectroscopie proche infrarouge est suggéré comme un outil complémentaire avenir pour évaluer les changements qui affectent le système cortical artérielle.

Compositionnelle-avant-guidée Algorithme De Reconstruction D'image Pour L'imagerie Multimodale

Biomedical Optics Express. 2010  |  Pubmed ID: 21258460

Le développement de méthodes efficaces d'imagerie multi-modalité nécessite généralement un modèle efficace de l'information de fusion, en particulier lorsque l'on combine les images structurelles avec une modalité d'imagerie complémentaire qui fournit des informations fonctionnelles. Nous proposons une méthode basée sur la composition d'image de segmentation pour X-ray tomosynthèse mammaire numérique (DBT) et une reconstruction de l'image structurelle-avant-guidée pour un TCD combiné et tomographie optique diffuse (DOT) système d'imagerie du sein. En utilisant les images 3D à partir de 31 TCD cliniquement sains mesurées seins, nous créons une relation empirique entre les intensités des rayons X pour les tissus adipeux et fibroglandulaire. Nous utilisons cette relation pour ensuite segment de 58 autres en bonne santé images TCD sein de 29 sujets dans les cartes de composition de différents types de tissus. Pour chaque sein, nous construisons un graphe pondéré dans l'espace de composition et de construire une matrice de régularisation d'intégrer les prieurs structurelles dans une reconstitution des éléments finis à base de points d'image. Utilisez des prieurs de composition nous permet de fusionner l'anatomie des tissus en images optiques avec moins de restriction que lorsque vous utilisez une segmentation binaire. Cela nous permet de récupérer le contraste de l'image capturée par le DOT, mais pas par DBT. Nous montrons qu'il est possible d'affiner la force des a priori structurelles en changeant un paramètre de régularisation unique. En estimant les propriétés optiques pour les tissus adipeux et fibroglandulaire en utilisant l'algorithme proposé, nous avons trouvé les résultats sont comparables ou supérieurs à ceux estimés avec des experts-segmentations, mais n'implique pas la sélection manuelle fastidieuse des régions d'intérêt.

Reposant Connectivité état Fonctionnel De Toute La Tête Avec La Spectroscopie Proche Infrarouge

Biomedical Optics Express. 2010  |  Pubmed ID: 21258470

Connectivité état de repos pour objectif d'identifier les fluctuations spontanées cérébrales hémodynamiques qui reflètent l'activité neuronale au repos. Dans cette étude, nous avons étudié la corrélation spatio-temporelle des signaux de concentration d'hémoglobine sur toute la tête pendant l'état de repos. En choisissant une paire source-détecteur comme une graine, nous avons calculé la valeur de corrélation entre son évolution dans le temps et l'évolution dans le temps de tous les autres combinaisons source-détecteur, et les projette sur une carte topographique. Dans tous les sujets, nous avons trouvé de solides interactions spatiales en accord avec l'IRMf précédente et les résultats NIRS. De fortes corrélations entre les deux hémisphères opposés ont été observés à la fois pour sensori-moteur et le cortex visuel. Corrélations dans le cortex préfrontal sont plus hétérogène et dépendant du contraste hémodynamique. HBT fourni robustes, des cartes bien définis, ce qui suggère que ce contraste peut être utilisé pour mieux localiser la connectivité fonctionnelle. Les effets de la physiologie systémique globale ont également été étudiés, en particulier de faibles oscillations de fréquence de la pression artérielle qui donnent lieu à de vastes régions de forte corrélation et l'interprétation induire en erreur des résultats. Ces résultats confirment la faisabilité de l'utilisation de la connectivité fonctionnelle avec les méthodes optiques pendant l'état de repos, et de valider son utilisation pour étudier les interactions corticales dans toute la tête.

Simulation De Monte Carlo De La Sensibilité Spatiale Résolution Et La Profondeur De Deux Dimensions D'imagerie Optique Du Cerveau

Journal of Biomedical Optics. Jan-Feb, 2011  |  Pubmed ID: 21280912

Absorption ou à base de fluorescence à deux dimensions (2-D) d'imagerie optique est largement utilisé dans l'imagerie cérébrale fonctionnelle. L'image est une somme pondérée du signal réel à partir du tissu à des profondeurs différentes. Cette fonction de pondération est définie comme «sensibilité en profondeur." Caractériser la sensibilité de profondeur et la résolution spatiale est important de mieux interpréter les données d'imagerie fonctionnelle. Toutefois, en raison de diffusion de la lumière et l'absorption dans les tissus biologiques, notre connaissance de ceux-ci est incomplète. Nous utilisons des simulations de Monte Carlo pour effectuer une étude systématique de la résolution spatiale et la sensibilité de profondeur pour le 2-D méthodes d'imagerie optique avec des configurations habituellement rencontrées dans l'imagerie cérébrale fonctionnelle. Nous avons trouvé ce qui suit: (i) la résolution spatiale est inférieure à 200 um pour NA ≤ 0,2 ou de la profondeur du plan focal ≤ 300 um. (Ii) Plus de 97% du signal provient des 500 meilleurs um du tissu. (Iii) Pour les colonnes activées avec la taille latérale plus grande que la résolution spatiale, en changeant aperature numérique (NA) et la profondeur du plan focal n'affecte pas la sensibilité de profondeur. (Iv) Pour les petits ou les colonnes soit de grandes colonnes couvertes par les navires de surface, l'augmentation de NA et / ou la profondeur du plan focal peut améliorer la sensibilité à la profondeur des couches plus profondes. Nos résultats fournissent des indications précieuses pour l'optimisation des systèmes d'imagerie optique et l'interprétation des données.

Tomographie Par Cohérence Optique Pour L'étude Quantitative De Physiologie Cérébrovasculaire

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Jun, 2011  |  Pubmed ID: 21364599

Doppler tomographie par cohérence optique (DOCT) et les PTOM sont angiographie de nouvelles méthodes pour enquêter sur la physiologie cérébrale. Dans le cortex des rongeurs, les flux de DOCT affiche caractéristiques du débit sanguin cérébral, y compris la conservation le long des segments non divergente vasculaires et à des points de ramification. En outre, les valeurs de débit DOCT corrélation avec les valeurs d'hydrogène dégagement d'écoulement lorsque les deux sont mesurées simultanément. Ces données valident DOCT comme méthode non invasive quantitative pour mesurer la perfusion tissulaire sur une plage physiologique.

Récupération Améliorée De La Réponse Hémodynamique En Imagerie Optique Diffuse Utilisation Des Séparations Optode Courtes Et L'État De L'espace De Modélisation

NeuroImage. Jun, 2011  |  Pubmed ID: 21385616

Diffuse d'imagerie optique (DOI) permet la récupération de la réponse hémodynamique associée à l'activité cérébrale évoquée. Le signal est contaminé par des interférences physiologique systémique qui se produit dans les couches superficielles de la tête ainsi que dans le tissu cérébral. La géométrie rétro-réflexion de la mesure rend le signal DOI fortement contaminés par des interférences systémiques survenant dans les couches superficielles. Un développement récent a été l'utilisation de signaux de la petite source-détecteur de séparation (1cm) optodes comme régresseurs. Depuis ces mesures supplémentaires sont surtout sensibles aux couches superficielles de l'homme adulte, ils aident à éliminer le présent interférences systémiques dans les mesures de séparation plus (3 cm). Encouragé par ces résultats, nous avons développé une procédure d'estimation dynamique pour éliminer les interférences à l'aide mondiale séparations optode petites et d'estimer simultanément la réponse hémodynamique. L'algorithme a été testé par la récupération d'une simulation de la réponse hémodynamique synthétique ajoutée sur les données de base acquises DOI à partir de 6 sujets humains au repos. La performance de l'algorithme a été quantifiée par le Pearson R (2) coefficient et l'erreur quadratique moyenne (MSE) entre le récupéré et les réponses simulées hémodynamiques. Notre estimateur dynamique a également été comparé avec un estimateur statique et la méthode traditionnelle de filtrage adaptatif. Nous avons observé une amélioration significative (bilatéral test t apparié, p <0,05) dans les deux HbO et la récupération HbR l'aide de notre filtre de Kalman estimateur dynamique par rapport à la traditionnelle filtre adaptatif, l'estimateur statique et la technique GLM standard.

Évaluation De La Fréquence De Domaine Multi-distance De La Méthode Pour évaluer Les Propriétés Optiques Du Cerveau: Simulations Monte Carlo De Nouveau-né à L'âge Adulte

Biomedical Optics Express. 2011  |  Pubmed ID: 21412461

Le spectroscopie dans le proche infrarouge (NIR) dans le domaine fréquentiel à plusieurs distances (FD-MD) permet Procédé pour l'estimation de propriétés optiques dans un tissu biologique en utilisant la phase et l'intensité de la lumière modulée à différentes radiofréquence source-détecteur séparations. Dans cette étude, nous avons évalué la précision de cette méthode pour récupérer le coefficient d'absorption du cerveau à des âges différents. Mesures synthétiques ont été générés par des simulations de Monte Carlo en imagerie par résonance magnétique (IRM) des modèles basés sur la tête hétérogènes pour quatre âges: nouveau-né, 6 et 12 mois, les nourrissons et les adultes. Pour chaque âge, nous avons déterminé l'ensemble optimal de la source-détecteur séparations et estimé les erreurs correspondantes. Erreurs proviennent de différentes origines: méthodologiques (FD-MD) et anatomiques (courbure, taille de la tête et la contamination par les tissus extra-cérébraux). Nous avons constaté que l'absorption optique du cerveau pourraient être récupérées avec une erreur entre 8-24% des nouveau-nés et les nourrissons, tandis que l'erreur est passé à 19-44% chez les adultes de plus de toutes les distances source-détecteur. La contribution dominante à l'erreur a été jugée la courbure tête des nouveau-nés et les nourrissons, et les tissus extra-cérébrales chez les adultes.

Multiphysics Neuron Modèle De Dynamique Du Volume Cellulaire

IEEE Transactions on Bio-medical Engineering. Oct, 2011  |  Pubmed ID: 21659016

Même si la dynamique du volume cellulaire a été liée à l'apoptose des cellules et intrinsèques des signaux optiques, il n'ya pas de modèle quantitatif pour décrire la dynamique de volume neuronales sur l'échelle de la milliseconde. Cette étude présente un modèle multiphysique neurone, où le volume de la cellule est un variant dans le temps variables et multiples principes physiques sont combinés pour construire des équations régissant. En utilisant ce modèle, nous avons analysé les réponses neuronales de volume lors de l'excitation, qui a élucidé la variété de signaux optiques observées expérimentalement dans la littérature. Plusieurs conditions physiologiques ont été examinés afin de déterminer leur effet sur le modèle de la réponse du volume. En outre, nous avons analysé les réponses de volume sur une échelle de temps plus long avec une stimulation répétitive pour étudier les caractéristiques de gonflement cellulaire lente. Cette analyse multi-échelle du modèle multiphysique fournira non seulement une élucidation roman quantitative des questions importantes liées physiologiquement avec la dynamique du volume cellulaire, mais aussi une chance pour d'autres études, telles que la possibilité intéressante de déduire le solde des flux d'ions à partir des changements de volume du plateau.

Laser Speckle Imaging Dans Le Domaine Des Fréquences Spatiales

Biomedical Optics Express. Jun, 2011  |  Pubmed ID: 21698018

Laser Speckle Imaging (LSI) modèles des images d'interférence produites par addition cohérente de la lumière laser diffusée à cartographier la perfusion tissulaire sous-sol. Cependant, l'effet de l'allongement des photons de longueur de trajet est généralement inconnue et pose une limitation à la quantification absolue. Dans ce travail, LSI est intégré à l'espace dans le domaine fréquentiel d'imagerie (SFDI) de supprimer la diffusion multiple et les effets d'absorption. La première, la profondeur sensible speckle contraste est représenté sur la fantômes en séparant une source profonde (4 mm) à partir d'une source peu profonde (2 mm) du chatoiement de contraste en utilisant une haute fréquence spatiale d'éclairement (0,24 mm (-1)). Nous développons un modèle adapté SFD diffusion de corrélation et de montrer que à haute fréquence (0,24 mm (-1)) d'éclairage, de doubler les résultats de contraste d'absorption dans seulement une variation de 1% en chatoiement de contraste par rapport au changement de 25% en utilisant un plan non modulée (0 mm ( -1)) d'éclairage. Changement d'absorption similaire est imité l'imagerie in vivo d'une occlusion du doigt et la relative speckle changement de contraste de base est de 10% à 0,26 mm (-1) contre 60% à 0 mm (-1) au cours d'une occlusion doigt. Ces résultats soulignent l'importance de la longueur du chemin et les propriétés optiques dans la détermination de speckle contraste. Ils fournissent une approche intégrée pour la cartographie simultanée du débit sanguin (speckle contraste) et de l'oxygénation (propriétés optiques) qui peut être utilisé pour informer le métabolisme des tissus.

En Raison De Intravasculaire Diffusion Multiple Séquentiel, Spectroscopie De Corrélation De Diffuse Des Tissus Mesure Principalement Un Mouvement Relatif De Red Cell Sang Dans Les Vaisseaux

Biomedical Optics Express. Jul, 2011  |  Pubmed ID: 21750779

Nous suggérons que les diffuses spectroscopie de corrélation (DCS) des mesures de débit sanguin dans les tissus principalement sonde par rapport globules rouges (RBC) le mouvement, en raison de la survenue de multiples événements de diffusion séquentielles dans les vaisseaux sanguins. L'ampleur de RBC cisaillement induite par la diffusion est connu de mettre en corrélation avec la vitesse d'écoulement, ce qui explique les rapports précédents de l'échelle linéaire de la DCS "indice de la circulation sanguine" avec la perfusion tissulaire observée en dépit de la diffusion comme l'auto-corrélation décroissance. En outre, par la modélisation RBC déplacement carré moyen en utilisant une formulation qui capte le passage de balistique au mouvement diffusif, nous améliorons l'ajustement aux données expérimentales et de récupérer les coefficients de diffusion efficaces et les échelles de temps de la vitesse de corrélation dans la fourchette prévue de précédentes études de rhéologie du sang.

"Dépassement" De O ₂ Est Nécessaire Pour Maintenir L'oxygénation Des Tissus De Base Au Emplacements Distales Des Vaisseaux Sanguins

The Journal of Neuroscience : the Official Journal of the Society for Neuroscience. Sep, 2011  |  Pubmed ID: 21940458

L'imagerie in vivo de l'oxygénation tissulaire cérébrale est important dans la définition de la physiologie saine et départs pathologiques associés à la maladie cérébrale. Nous avons utilisé une méthode de microscopie récemment mis au point à deux photons, basé sur un roman de nano-sonde phosphorescente, à l'oxygénation des tissus chez le rat l'image cortex sensoriel primaire en réponse à la stimulation sensorielle. Nos mesures ont montré qu'un stimulus-évoqué augmentation dans les tissus pO ₂ dépendait du niveau de base pO ₂. En particulier, pendant la stimulation soutenue, l'état d'équilibre pO ₂ à faible base endroits restés à la ligne de base, malgré l'ampleur pO ₂ augmente ailleurs. Contrairement à l'état stationnaire, où pO ₂ jamais diminué en dessous de la ligne de base, une diminution transitoire a eu lieu au cours de la "baisse initiale» et «undershoot poststimulus." Ces résultats suggèrent que l'augmentation de l'oxygénation du sang au cours de la réponse hémodynamique, qui a été perçu comme un paradoxe, peut servir à empêcher une baisse de l'oxygénation des tissus soutenue à des endroits qui sont éloignés des sources d'alimentation vasculaires.

Combiné Optique Et X-ray Imaging Sein Tomosynthèse

Radiology. Jan, 2011  |  Pubmed ID: 21062924

Pour explorer les propriétés optiques et physiologiques des seins normaux et des lésions portant l'aide d'un combiné tomosynthèse optique et numérique du sein du système d'imagerie (TCD).

La Tension En Oxygène Microvasculaire Et Les Mesures De Débit Dans Le Cortex Cérébral Des Rongeurs Pendant Conditions De Base Et L'activation Fonctionnelle

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Apr, 2011  |  Pubmed ID: 21179069

Mesure la livraison d'oxygène et le métabolisme cérébral est importante pour l'interprétation microscopique macroscopiques par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) de données et l'identification des changements pathologiques associés à la maladie accident vasculaire cérébral, maladie d'Alzheimer, et des lésions cérébrales. Ici, nous présentons des mesures simultanées, microscopiques du débit sanguin cérébral (CBF) et la pression partielle d'oxygène (pO (2)) dans les microvaisseaux corticaux de rats anesthésiés dans des conditions de référence et pendant la stimulation somatosensorielle. L'utilisation d'un système d'imagerie sur mesure, nous avons mesuré avec CBF-Fourier de domaine tomographie par cohérence optique (OCT), et vasculaires pO (2) avec la microscopie confocale à vie de phosphorescence. Le débit sanguin cérébral et de la pO (2) des mesures sur de longues distances affichées hétérogénéité insolubles avec l'IRMf et la tomographie par émission de positons. Les mesures de base indiquent O (2) l'extraction des artérioles pie-mère et l'homogénéité de monter veinule pO (2), malgré de grandes variations dans les flux de microvaisseaux. D'extraction d'oxygène est liée linéairement à circuler dans l'ordre croissant des veinules, ce qui suggère que l'écoulement dans les veinules ascendantes correspond étroitement à la demande en oxygène du territoire drainé. Pression partielle d'oxygène et par rapport transitoires CBF pendant la stimulation somatosensorielle indiquent en outre artériolaire O (2) l'extraction et de suggérer que les artérioles de contribuer à la réponse au niveau du sang en oxygène dépend IRMf. Comprendre O (2) l'offre à un niveau microscopique donnera une meilleure idée de la fonction cérébrale et les mécanismes sous-jacents de neuropathologies différentes.

Examen Des Effets De Voisinage Phonologique Densité à L'aide Spectroscopie Dans Le Proche Infrarouge

Human Brain Mapping. Sep, 2011  |  Pubmed ID: 20690126

La densité phonologique désigne le nombre de mots qui peuvent être générés par le remplacement d'un phonème d'un mot cible avec une autre phonème dans la même position. Bien que la nature précise de l'effet de la densité de voisinage phonologique n'est pas fermement établie, de nombreux comportements études psycholinguistiques ont montré que la reconnaissance visuelle des mots individuels est influencée par le nombre et le type de voisins, les mots ont. Cette étude a exploré les corrélats neurocomportementaux de la densité du quartier phonologique chez les lecteurs qualifiés de l'anglais en utilisant la spectroscopie proche infrarouge. Sur la base d'une tâche de décision lexicale, nos résultats ont montré que les mots avec beaucoup de voisins phonologiques (par exemple, fruits) ont été reconnus plus lentement que les mots avec les voisins phonologiques peu (ex.: preuve), et que les mots avec beaucoup de voisins a suscité des changements beaucoup plus importants dans l'oxygénation du sang dans la gauche que dans l'hémisphère droit du cerveau, en particulier dans les zones BA 22/39/40. Dans les études précédentes, ces régions du cerveau ont été impliqués dans fine traitement phonologique chez les lecteurs de l'anglais. Les présents résultats fournissent la première démonstration que BA domaines 22/39/40 sont également sensibles aux effets de la densité phonologiques.

La Saturation En Oxygène D'hémoglobine Est Un Biomarqueur: Le Problème Et Une Solution

Philosophical Transactions. Series A, Mathematical, Physical, and Engineering Sciences. Nov, 2011  |  Pubmed ID: 22006898

Mesures de spectroscopie dans le proche infrarouge de la saturation en oxygène d'hémoglobine sont souvent utilisés comme un indicateur de l'apport d'oxygène suffisant pour évaluer la sensibilité des blessures et des dommages aux tissus. Ils ont également souvent été utilisée comme mesure de substitution de métabolisme de l'oxygène. Malheureusement, ces mesures ont généralement échoué à fournir des indicateurs robustes de blessures et de métabolisme. Dans cet article, nous examinons d'abord lorsque la saturation oxygène de l'hémoglobine ne fonctionne pas comme un indicateur fiable, et ensuite en détail quand et pourquoi il ne parvient pas pour évaluer les lésions cérébrales et le cancer du sein. Enfin, nous discutons de la solution pour obtenir des mesures plus énergiques de la lésion tissulaire et le cancer en combinant les mesures de saturation en oxygène avec des mesures du débit sanguin et le volume d'estimer plus précisément métabolisme de l'oxygène.

Microscopie à Deux Photons De La Corticale NADH Changements D'intensité De Fluorescence: Correction Contamination De La Réponse Hémodynamique

Journal of Biomedical Optics. Oct, 2011  |  Pubmed ID: 22029350

Quantification des nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) des changements lors de l'activation fonctionnelle du cerveau et les conditions pathologiques offre un regard critique dans le métabolisme du cerveau. Parmi les différentes modalités d'imagerie, microscopie à deux photons à balayage laser (TPLSM) devient un outil important pour les mesures cellulaire résolution de changements NADH associés à des changements métaboliques cellulaires. Toutefois, le NADH émission de fluorescence est fortement absorbée par l'hémoglobine. En conséquence, des mesures in vivo sont sensiblement affectés par les paramètres hémodynamiques associés à des manipulations physiologiques et physiopathologiques. Nous modélisons NADH excitation et d'émission de fluorescence en imagerie TPLSM basée sur des cartes précises de microvascularisation cérébrale. Les effets de l'absorption optique et l'hémoglobine de diffusion optique des globules rouges, les changements du volume sanguin et la saturation oxygène de l'hémoglobine, la taille des navires, et l'emplacement par rapport à l'emplacement d'imagerie sont explorées. Une technique simple pour corriger les changements mesurés d'intensité de fluorescence de NADH est fourni, avec l'utilisation d'une mesure en parallèle d'un fluorophore physiologiquement inerte. Le modèle est appliqué à des mesures de NADH TPLSM changements d'intensité de fluorescence dans le cortex somatosensoriel chez le rat pendant une légère hypoxie et hyperoxie. L'approche générale de l'algorithme de correction peut être étendue à d'autres mesures TPLSM, où les changements dans les propriétés optiques du tissu confondent mesures physiologiques, tels que la détection de la dynamique de calcium.

Quantification De La Contribution Corticale à L'Signal SPIR Sur Le Cortex Moteur Utilisant Simultanées SPIR-IRMf Mesures

NeuroImage. Oct, 2011  |  Pubmed ID: 22036999

Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) mesure la réponse fonctionnelle hémodynamique se produisant à la surface du cortex. Grandes nervures piales sont situés au-dessus de la surface du cortex cérébral. Après activation, ces veines présentent des changements d'oxygénation, mais leur volume reste sans doute constant. La géométrie rétro-réflexion de la mesure SPIR rend le signal très sensible à ces veines superficielles piales. En tant que telle, le signal mesuré SPIR contient contributions à la fois la région corticale ainsi que le système vasculaire piale. Dans ce travail, la contribution corticale au signal NIRS a été étudiée en utilisant (1) Les simulations de Monte Carlo sur une géométrie réaliste construite à partir de l'IRM anatomique et vasculaire et (2) multimodales SPIR-GRAS enregistrements pendant la stimulation du moteur. Un bon accord a été trouvé entre les simulations et l'analyse de modélisation de mesures in vivo. Nos résultats suggèrent que la contribution corticale à la variation du signal désoxyhémoglobine (ΔHbR) est égale à 16-22% de la contribution corticale à la variation du signal d'hémoglobine totale (ΔHbT). De même, la contribution corticale de la variation du signal oxyhémoglobine (ΔHbO) est égale à 73-79% de l'apport corticale au signal ΔHbT. Ces résultats suggèrent que ΔHbT est beaucoup moins sensible à la contamination veine pial et donc, il est probable que le signal ΔHbT fournit une spécificité meilleure spatiale et doit être utilisé à la place de ΔHbO ou ΔHbR à cartographier l'activité cérébrale avec NIRS. Bien que différents stimuli se traduira par différentes contributions des veines piales, nos doigts résultats taraudeuses faire apparaître l'importance de considérer la contribution pial.

Correction Du Mouvement Pour La Phase Résolue Imagerie Dynamique Tomographie Par Cohérence Optique De Cortex Cérébral Des Rongeurs

Optics Express. Oct, 2011  |  Pubmed ID: 22108978

Mouvements cardiaques et respiratoires chez les animaux sont la principale source de dégradation de la qualité d'image dans les études d'imagerie dynamique, en particulier lors de l'utilisation de phase résolu modalités d'imagerie telles que domaine spectral tomographie par cohérence optique (SD-OCT), dont la phase du signal est très sensible aux mouvements de l'échantillon. Cette étude démontre une méthode avec laquelle pour compenser les artefacts de mouvement en dynamique SD-OCT imagerie du cortex cérébral des rongeurs. Nous avons observé que les mouvements respiratoires et cardiaques causée principalement, respectivement, en vrac l'image des changements (BISS) et les fluctuations de phase mondiales (GPF). Un algorithme de corrélation croisée de correction basé sur la maximisation changement a été efficace en BISS suppression, tandis que GPF ont été significativement réduites par la suppression axiales et latérales des variations de phase mondiales. En outre, un algorithme non-origine centrée sur la correction GPF a été examiné. Plusieurs combinaisons de ces algorithmes ont été testés à trouver une approche optimisée que la stabilité d'image améliorée de 0,5 à 0,8 en termes de corrélation croisée sur 4 s de l'imagerie dynamique, et le bruit de phase réduit par deux ordres de grandeur dans ~ voxels 8%.

L'utilité De La Spectroscopie Proche Infrarouge Dans La Régression De Bruit à Basse Fréquence Physiologique à Partir De Données Fonctionnelles D'imagerie Par Résonance Magnétique

NeuroImage. Nov, 2011  |  Pubmed ID: 22119653

Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) signaux ont été corrélés à de repos à l'état-BOLD en IRMf données à travers tout le volume cérébral, en particulier à des fréquences inférieures 0.1Hz. Bien que les origines physiologiques de cette corrélation restent floues, son existence peut avoir une application pratique pour réduire au minimum le bruit de fond physiologique en caractères gras IRMf enregistrements. Nous avons effectué simultanément, au repos à l'état IRMf et 28 canaux NIRS dans sept sujets adultes afin d'évaluer l'utilité de signaux NIRS dans la régression du bruit physiologique à partir des données IRMf. On calcule la variance de l'erreur résiduelle dans un modèle général linéaire du signal de référence IRMf, et la réduction de cette variance réalisée en incluant signaux NIRS dans le modèle. En outre, nous avons introduit une séquence de simulation des fonctions de réponse hémodynamique (HRF) dans les données de repos à l'état d'IRMf de chaque sujet afin de quantifier l'efficacité des signaux NIRS dans l'optimisation de la récupération de cette HRF. A titre de comparaison, ces calculs ont également été effectuées à l'aide d'une impulsion et le modèle RETROICOR respiration. Nos résultats montrent que l'utilisation de canaux de NIRS 10 ou plus peut réduire la variance de l'erreur résiduelle par autant que 36% en moyenne dans l'ensemble du cortex. Cependant le même nombre de filtrage passe-bas régresseurs bruit blanc est représenté pour produire une réduction de 19%. Le modèle RETROICOR obtenu une réduction de la variance de 6,4%. Notre simulation a montré que le FRH erreur quadratique moyenne (MSE) entre le récupéré et HRF véritables est réduit de 21% en moyenne lorsque les canaux 10 NIRS sont appliquées et en introduisant un décalage dans le temps optimisé entre les SPIR et des séries chronologiques IRMf, une NIRS simples canal peut offrir une réduction EQM moyenne de 14%. Le modèle RETROICOR n'a pas fourni un changement significatif dans MSE. Par chacun des indicateurs calculés, d'enregistrement SPIR se révèle être un avantage important pour la régression de bruit à basse fréquence à partir de données physiologiques IRMf.

Frontières De L'imagerie Optique Du Débit Sanguin Cérébral Et Du Métabolisme

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Jan, 2012  |  Pubmed ID: 22252238

Dans l'imagerie optique in vivo du débit sanguin cérébral (CBF) et le métabolisme n'existait pas il ya 50 ans. Si le point de fluorescence optique et des mesures d'absorption du métabolisme cellulaire et le taux d'hémoglobine avait déjà été introduite d'ici là, des mesures ponctuelles de la circulation sanguine est apparu seulement 40 ans. L'avènement des appareils photo numériques a progressé de manière significative à deux dimensions d'imagerie optique du neuronaux, métaboliques, vasculaires signaux, et hémodynamiques. Plus récemment, des sources laser de pointe ont permis à une variété de nouvelles en trois dimensions des approches d'imagerie à haute résolution spatiale. Ensemble, comme nous le verrons ici, ces méthodes sont d'une enquête permettant de multiples facettes de la réglementation locale de la CBF et le métabolisme avec une résolution spatiale et temporelle sans précédent. Grâce à la combinaison multimodale de ces techniques optiques avec des méthodes génétiques codant pour des protéines journaliste optique et d'actionneurs, l'avenir est prometteur pour résoudre les mystères de couplage neurovasculaire et neurométaboliques et de les traduire en utility.Journal clinique du débit sanguin cérébral et la publication anticipée du métabolisme en ligne, 18 janvier 2012; doi: 10.1038/jcbfm.2011.195.

Corticale De Livraison D'épandage D'oxygène Dépression Impairs Et Métabolisme Chez La Souris

Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism : Official Journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Feb, 2012  |  Pubmed ID: 22008729

Dépression corticale propagation (CDD) est associée à une hypoperfusion sévère chez la souris. Utilisation de mini-invasive d'imagerie multimodale optique, nous montrons que la réduction du débit graves pendant et après l'épandage dépression sont associés à une forte baisse du taux métabolique cérébrale d'oxygène. Parallèlement désaturation hémoglobine sévère suggère que le métabolisme de l'oxygène devient au moins en partie l'offre limitée, et la diminution du volume sanguin cortical implique que le mécanisme de vasoconstriction. À l'appui de l'apport d'oxygène à la demande de discordance, corticale nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) fluorescence augmente lors de l'épandage de dépression pendant au moins 5 minutes, en particulier l'écart de artérioles parenchymateuses. Cependant, la modélisation de la livraison d'oxygène aux tissus montre que le taux métabolique cérébrale d'oxygène descend de plus que prévu par une alimentation purement limitée du modèle, ce qui soulève la possibilité d'une réduction simultanée de la demande en oxygène au cours de la dépression se propager. Surtout, une dépression subséquente propagation déclenché dans les 15 minutes évoque une augmentation du débit monophasique superposée sur la base oligemic, qui diffère nettement de la réponse à la dépression précédente propagation déclenché dans le cortex naïve. Au total, ces données suggèrent que la CDD est associé à longue durée d'oxygène inadéquation offre-demande liée à une vasoconstriction sévère chez la souris.

Localisation Court Séparation Des Canaux Impact Sur Les Performances De La Régression Short Channel Dans SPIR

NeuroImage. Feb, 2012  |  Pubmed ID: 21945793

Spectroscopie proche infrarouge (NIRS) permet la récupération des corticales changements oxy-et la désoxyhémoglobine associés avec l'activité cérébrale évoquée. SPIR est une mesure rétro-réflexion qui le rend très sensible aux couches superficielles de la tête, c'est à dire la peau et le crâne, où les interférences systémique ne se produit. En conséquence, le signal NIRS est fortement contaminée par des interférences systémiques d'origine superficielle. Une approche récente pour surmonter ce problème a été l'utilisation d'autres courts optodes séparation à la source-détecteur comme régresseurs. Étant donné que ces mesures supplémentaires sont surtout sensibles aux couches superficielles de l'homme adulte, ils peuvent être utilisés pour enlever le présent interférences systémiques dans les mesures de séparation plus, l'amélioration de la récupération de la fonction de réponse hémodynamique corticale (HRF). Une question qui reste à répondre est de savoir si ou non une mesure de séparation est nécessaire à court à proximité de chaque canal de séparation SPIR longtemps. Ici, nous montrons que l'ingérence systémique se produisant dans les couches superficielles de la tête humaine est inhomogène sur la surface du cuir chevelu. En conséquence, l'amélioration obtenue en utilisant un optode courte séparation diminue à mesure que la distance relative entre le court et la mesure à long est augmenté. Données de SPIR a été acquise le 6 sujets humains à la fois au repos et au cours d'une tâche motrice composé de tapotement des doigts. L'effet de la distance entre le court et le long chenal a d'abord été quantifiée par la récupération d'une réponse hémodynamique synthétique ajoutée sur les données de repos de l'État. L'effet a également été observée dans les données fonctionnelles recueillies au cours de la tâche tapotement des doigts. Ensemble, ces résultats suggèrent que la mesure de séparation à court doit être située aussi près que 1,5 cm de la chaîne standard de NIRS dans le but de fournir une amélioration qui est d'une utilité pratique. Dans ce cas, l'amélioration de contraste sur bruit (CNR) par rapport à un modèle standard linéaire général (GLM) procédure sans utiliser optode petite séparation atteint 50% pour HBO et 100% pour HbR. Utilisation de séparations petites situées plus loin que 2 cm de distance conduit à des améliorations modérées ou négligeable seulement.

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