基于脑血流的静息态脑功能连接性光学漫相关光谱研究

本方案利用可变光学探头评估静息状态下的脑血流量。该技术的一个重要优势是其便携性，使其非常适用于床旁监测。

可穿戴探头能够用于在受试者的自然环境中获取静息态功能连接数据，适用于诊断和治疗应用。本方案采用可穿戴光学探头，在静息态功能连接测量期间评估脑血流。由本实验室的研究生 Ben Rinehart 演示该操作流程，示范者为 Chien Poon。

在开始分析前至少10分钟，启动FD-fNIRS和DCS设备，并设置光源调制和探测器电压。使用卷尺测量受试者头部鼻根点与枕外隆突之间的距离。以鼻根点为起点，用记号笔标记出距鼻根点向枕外隆突方向10%距离的位置。

将 EEG 10/20 帽戴在受试者头部，使标记点位于 Fp1 与 Fp2 之间。在左侧皮层标记 Fp1 与 F7 之间的点，在右侧皮层标记 Fp2 与 F8 之间的点，以此分别确定左、右半球的背外侧前额叶皮层与上侧前额叶皮层之间、以及背外侧前额叶皮层与下侧前额叶皮层之间的边界。使用 3D 打印探头，将多模光纤连接至 785 纳米激光光源。

然后在皮层两侧的 Ds 位置，将另一根单模光纤置于多模光纤下方一厘米处，并将每根单模光纤连接到独立的单光子计数装置。将单模光纤放置在距离多模光纤 2.75 厘米的位置，分别置于左右背外侧前额叶皮层各一根，另一根置于腹侧前额叶皮层。并将多模光纤置于新标记的点位上。

为准备FD-fNIRS系统的校准，请关闭所有光源并打开图形用户界面的数据采集软件。点击自动偏置按钮，调整探测器增益，使传感器连接并固定在校准模型上时获得最佳信号。如果出现过压警告闪烁，请降低增益。

获得最大信号后，断开其中一根光源光纤，以便探测器测量背景光泄漏。并确认相应光源光纤的直流信号在每次测量周期内低于20个计数。接下来，检查每根光源和探测器的信号读数是否正常，然后点击校准。

该系统将进行测量，并应用校准因子以准确测量已知模体的光学特性。然后记录校准数据，以提供系统在标准模体上性能的记录。为设置动态光散射（DCS）系统，需预热系统激光光源和单光子计数装置至少10分钟。

在图形用户界面系统采集软件中，通过检查图形用户界面来确认每根光纤的接触情况，以确保每秒计数至少达到 5,000 次，但不超过每秒 1,000,000 次。为验证每个探测器是否获得了足够的光子计数水平，请检查光子计数水平以及近实时的自相关曲线。为确认光纤接触充分且无环境光泄漏，请检查自相关曲线的 y 轴截距。

最佳值在不使用偏振器的情况下约为1.5。为确认探头和测量结果不易受运动伪影影响，请收紧弹性绑带，使其足够紧以抵抗运动，但又足够松以避免给受试者带来任何不适。然后检查自相关曲线，确保自相关曲线在较长的相关时间下衰减至1。

然后确认受试者处于舒适坐姿且双眼闭合。将FD-fNIRS系统的光学探头放置在前额，紧邻DCS探头，并在FD-fNIRS采集软件中点击“Acquire”。该数据将提供用于动态光学参数定量分析的静态光学特性、吸收参数和散射参数。

当所有设备准备就绪后，指导受试者在测量过程中尽量减少任何动作，并关闭灯光。完成 FD-fNIRS 测量后，在 DCS 数据采集界面中点击“运行”，以最长 2 秒的积分时间连续采集数据，总时长为 8 分钟。在本项代表性分析中，对九名受试者前额叶皮层的静息态功能连接进行了测量。

在左侧和右侧皮层的皮层内区域观察到的相关性高于在左侧和右侧皮层的皮层间区域测得的相关性。此外，对两侧皮层的皮层间与皮层内静息态功能连接性进行T检验分析，结果显示这些数值之间存在显著差异。必须验证直流电刺激（DCS）参数是否处于可接受范围内，因为未能充分执行这些步骤可能导致获得无法使用的数据。

扩散相关光谱可以提供一种无创的血流测量方法，使其成为研究静息或活动大脑在各种刺激下功能连接性的有用工具。无创的血流测量对于评估神经系统疾病的治疗和疗法具有重要意义。

进行此操作时，务必始终遵循适当的激光安全指南。