本文介绍了一种利用功能性近红外光谱技术（fNIRS）对人体脑血管反应性进行成像与测量的实验方案。fNIRS 是一种新兴的成像方法，可在特定刺激条件下检测大脑最外层皮层中血红蛋白成分浓度的变化。
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本文介绍了一种利用功能性近红外光谱技术（fNIRS）对人体脑血管反应性进行成像与测量的实验方案。fNIRS 是一种新兴的成像方法，可在特定刺激条件下检测大脑最外层皮层中血红蛋白成分浓度的变化。
脑血管反应性（CVR）是指脑内血管在化学或物理刺激下通过扩张或收缩来调节脑血流量的能力。脑微血管系统的反应程度取决于容量血管的完整性，主要由内皮细胞功能决定。因此，CVR 是反映脑微血管生理状态和整体健康状况的重要指标。目前已有可用于测量 CVR 的成像方法，但这些方法往往成本较高，且需要磁共振成像中心和技术专长。在本研究中，我们采用功能性近红外光谱（fNIRS）技术监测脑微血管系统中氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）的变化，以评估15名健康对照者（HC）在血管活性刺激（吸入5%二氧化碳或CO2）下的CVR。研究结果表明，该技术是一种有前景的成像手段，可提供一种无创、准确、便携且经济有效的方法，用于绘制皮层CVR图谱及相关微血管功能，适用于创伤性脑损伤或其他与脑微血管病变相关的疾病研究。
通过脑血管在不同生理条件下收缩或舒张的能力，可以评估大脑皮层的血管健康状况。测量脑血管反应性（CVR）有助于诊断和管理与脑微血管功能障碍相关的神经系统疾病，例如痴呆、创伤性脑损伤（TBI）以及衰老过程1,2,3,4。此外，CVR还可作为阿尔茨海默病5或TBI6,7,8,9,10等神经系统疾病的预测性指标和/或药效动力学生物标志物。目前已有成熟的成像方法用于研究人类和动物模型中的CVR。常用方法包括将功能磁共振成像（fMRI）与外源性或内源性刺激（如高碳酸血症11、屏气或乙酰唑胺2）相结合。Lu等12,13
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受试者的招募是在机构审查委员会批准的方案下进行的（ClinicalTrials.gov NCT01789164）。本方案中所述设备已通过本机构的伦理审批。
1. 准备高碳酸血症挑战实验所用材料（图2）
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采用高碳酸血症刺激对15名健康参与者进行了功能性近红外光谱（fNIRS）检测。排除标准包括创伤性脑损伤（TBI）病史、已存在的致残性神经或精神系统疾病，以及妊娠。参与者的平均年龄为37.7 ± 16岁（范围20–55岁），其中女性占20%。如一项类似的fMRI研究所示28，吸入5% CO 60秒2 伴随着呼气末二氧化碳（EtCO₂）的升高2 通过二氧化碳图法测量的压力。在本研究中，呼气末二氧化碳（EtCO₂）2 伴随有 HbO 的增加和 HbR 的减少（图4).
从生理学角度来看，氧合血红蛋白（HbO）与脱氧血红蛋白（HbR）的相位不同14。在代表一位受试者fNIRS信号的图4中，我们观察到HbR信号比HbO信号提前3.5秒（可通过每种信号的时间偏移进行精确测量）。在所有受试者的平均结果中，HbO信号在H.......
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我们能够使用fNIRS和CO₂刺激来测量脑血管反应性（CVR）。2 在15名健康志愿者中采用气体吸入技术。所测得的CVR值为获取的fNIRS信号与EtCO₂之间的相关性。2。挑战在于精确对齐时间上的 EtCO₂2 利用fNIRS信号进行追踪，即考虑血液从肺血管系统流动至心脏，再到达脑血管所需的时间。通道间的变异性较低（30%），在皮层中表现出一致的CVR值，与先前的fMRI结果相一致。12我们的数据显示，在健康对照组（HC）中，氧合信号的CVR个体间变异性最低，而使用HbO或HbR时则显著增加。在今后涉及健康对照组的组间差异研究中，我们推荐使用变异性最小的CVR值，即来自氧合信号的CVR值。
该技术的关键步骤与任何功能性近红外光谱（fNIRS）实验相同：将光源和光探测器放置在头部。连接松动可能导致实验过程中传感器移位，并在信号中产生伪迹。过多的伪迹会污染信号，干扰数据分析。
CVR 最常见于 通过两种不同.......
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作者声明无利益冲突。
作者实验室的工作得到了贝塞斯达的健康科学统一服务大学（USUHS）神经科学与再生医学中心（CNRM）、健康科学统一服务大学神经病学系军事临床神经科学卓越中心（MCNCoE）以及美国国立卫生研究院院内研究计划的资助。本文所表达的观点仅为作者个人观点，不代表美国陆军/海军/空军部门、国防部或美国政府的官方政策。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 蓝色袖带 | 22254 | Vacumed | |
| 二氧化碳-空气混合气体（规格：200） | R012000 2003 | Roberts Oxygen | |
| 隔膜（尺寸：中号，类型：螺旋型） | 602021-2608 | Hans Rudolph | |
| 道格拉斯气袋（容量：200升） | 500942 | Harvard Apparatus | |
| 气体输送管 | 1011-108 | Vacumed | |
| 气体采样管 | T4305 | QoSINA | |
| 疏水性过滤器 | 9906-00 | Philips Medical Systems | |
| 公鲁尔接头 | 11547 | QoSINA | |
| 口件（硅胶材质，型号 #9061） | 602076 | Hans Rudolph | |
| 鼻夹（泡沫塑料材质，型号 #9014） | 201413 | Hans Rudolph | |
| 三通阀（100% 塑料） | CR1207 | Hans Rudolph | |
| 二通非呼吸阀（内径：22 mm / 15 mm） | CR1480 | Hans Rudolph |
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