Name: מוחין זרימת דם מבוסס על המצב מנוחה קישוריות תפקודית של המוח האנושי באמצעות ספקטרוסקופיית מתאם אופטי לפזר (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-05-27T13:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 13 s
Description: למדו להעריך קישוריות תפקודית מבוססת זרימת דם במוח האנושי באמצעות ספקטרוסקופיית מתאם אופטי לפזר. פרוטוקול לא פולשני ונייד למעקב ליד המיטה ויישומים נוירולוגיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים רוצים להכיר בתמיכה הפיננסית מ אוהיו הגבול השלישי לרשת מחקר וחדשנות של אוהיו (אויבריין, 667750), והקרן הלאומית למדע הטבע של סין (No. 81771876).

הפרוטוקול אושר על ידי מועצת הסקירה המוסדית באוניברסיטת רייט סטייט, והסכמה מושכלת הושגה מכל משתתף לפני הניסוי.
1. הכנה לנושא
<ol><li>הכוח את מערכת FD-fNIRS ו-DCS כדי לחמם לפחות 10 דקות (ראה סעיפים 2 ו-3 לקבלת פרטים נוספים) לפני התחלת כל המידות של הנושא. דוגמה למדידת נושא עם כלי ה-DCS הקומפקטי מוצגת באיור 1.</li>
	<li>ראשית, להשתמש במדד קלטת כדי למדוד את המרחק בין nasion כדי inion על הראש של כל נושא (איור 2A).</li>
	<li>כאשר מדובר בנקודת ההתחלה, סמן את המיקום שהוא 10% מהמרחק ל-inion עם סמן דיו. זה מציין את הנקודה בין Fp1 ו Fp2 של EEG 10/20 מונטאז (איור 2A).</li>
	<li>באמצעות כובע EEG 10/20 (ראה טבלת חומרים), התאם את המכסה כך שהנקודה המסומנת היא בין Fp1 ו-Fp2.</li>
	<li>סמן את הנקודה בין Fp1 ו F7 (קליפת המוח השמאלית) ואת הנקודה בין Fp2 ו-F8 (קליפת הימין). זה מייצג את הגבולות בין קליפת המוח הקדמית מעולה לבין קליפת המוח הקדם חזיתית (DLFC) ובין הקליפה הפרנטאלית הנחותה (IFC), בהתאמה, עבור האונות השמאלית והימנית (איור 2A).</li>
	<li>באמצעות בדיקה תלת-ממדית, הציבו את הסיבים המרובים (MMF) בנקודות המסומנות לאחרונה (נקודות "S" באיור 2C) וחברו כל אחד למקור אור לייזר ננומטר 785 (איור 2ב, ג).</li>
	<li>הצב את הסיבים במצב יחיד (SMFs) 2.75 ס מ הרחק MMF. שני סיבים צריך להיות ממוקם על DLFC (מיקומים "DLFC, 1" ו "DLFC, 2") ואחד על IFC (מיקום "IFC"). מיקום ה-smf משוכפל בכל צד של קליפת המוח של שישה מטוסי smf (איור 2 ג).</li>
	<li>מניחים עוד SMF 1 ס מ מתחת MMF במיקום "Ds" בשני הצדדים של קליפת המוח (לאיתור זרימת הדם בקרקפת) ולחבר כל אחד smf מכונות ספירה יחיד פוטון בודד (איור 2c).</li>
</ol>p class = "jove_title" > 2. הגדרות וכיול של FD-fNIRS

<ol><li>כבה את כל הנוריות והפעל את מערכת FD-fNIRS כדי להתכונן לכיול. התראה: כאמצעי זהירות כללי, אל תביט ישירות במקורות האור ובפלטי הסיבים, שכן הדבר עלול לגרום לנזק בעיניים. השתמש בכרטיס סנסור IR (טבלת חומרים).</li>
	<li>להימנע מחשיפה מיותרת של גלאי כדי לפנות לרמות אור כדי לשמור על פעולה ללא רעש ולמנוע נזק גלאי.</li>
	<li>חמם את מקורות האור והגלאים על-ידי מפעיל את המערכת ומאפשר לו לפעול למשך לפחות 10 דקות (רצוי, 20 דקות מינימום ו-1 h מקסימום עבור דיוק ויציבות מיטביים) עם האור דולק, אפנון, ומתח הגלאי.</li>
	<li>הפעל תוכנת רכישת נתונים מבוססת GUI. כוונן את הגלאי כדי להשיג אות אופטימלי עם החיישן מחובר ומאובטח פנטום כיול (polydiמתיל siloxane מבוסס על מאפיינים אופטיים ידועים, ראה טבלת חומרים) על ידי לחיצה על כפתור "auto-הטיה". , אם אזהרת מתח היתר מהבהבת. הנמך את הרווח</li>
	<li>לאחר התאמת הגלאי כדי לקבל את האות המקסימלי, נתק אחד מסיבי המקור מהגלאי וודא שהזרם הישיר (DC) הוא פחות מ-20 ספירות לכל תקופת מדידה עבור סיבי המקור המתאימים. אם הוא גדול יותר מהערך הזה, ייתכן שאור חדר מופרז דולף לתוך הגלאי45. אם זה המקרה, המערכת צריכה להיות מופעלת, אז כל האור העודף בחדר צריך להיות חסום/הוסר ושלבים 2.4 – 2.5 חוזר על עצמו.</li>
	<li>בדוק את רמת האות המתאימה מכל מקור וגלאי. המערכת מגדירה את זה כמו מעל 100 ומתחת 1,500 ספירות לכל מחזור המדידה.</li>
	<li>בצע כיול על-ידי לחיצה על כפתור "כיול" ב-GUI. המערכת תיקח מדידות ויחיל גורמי כיול כדי למדוד בצורה נכונה את המאפיינים האופטיים של הפאנטום הידוע. גורמי כיול אלה נשמרים ומוחלים באופן אוטומטי על המדידות הvivo.</li>
	<li>רשום את נתוני הכיול, שיספקו רישום של ביצועי המערכת בפנטום רגיל.</li>
</ol>3. הגדרות DCS
התראה: כאמצעי זהירות כללי, אל תביטו במקורות האור וביציאות הסיבים ישירות כדי למנוע פגיעה פוטנציאלית בעין. השתמש בכרטיס החיישן של IR (ראה טבלת חומרים).
<ol><li>להימנע מחשיפה מיותרת של הגלאים (כלומר, אור החדר) כדי להשיג נתונים גולמיים מדויקים עבור עקומות המתאם האוטומטי ולמנוע נזק לגלאים.</li>
	<li>לחמם את מקורות האור DCS לייזר ו SPCM (ראה טבלה של חומרים) על ידי החלפת אותם "על" מיקום ולאפשר להם לרוץ לפחות 10 דקות (רצוי, 20 דקות מינימום ו-1 h מקסימום עבור דיוק ויציבות אופטימלית).</li>
	<li>הפעל תוכנת DC לרכישת נתונים מבוססי GUI, המציגה את ספירות הפוטון עבור כל גלאי וערכי זרימת דם בזמן אמת כמותי למחצה. להתאים את מיקום סיבים, זווית (פנים סיבים צריך להיות בניצב על פני השטח של העור), ואת העיתוי לרכישת נתונים כדי לקבל אות של לפחות 5,000 ספירות/s (עבור אות מספקת יחס הרעש) ומתחת 1,000,000 ספירות/s (כדי למנוע גלאי נזק) (איור 3A).</li>
	<li>ודא מספיק רמות הפוטון (משלב 3.3) מכל גלאי על-ידי בדיקת רמת הפוטון ברמה וכמעט בזמן אמת עקומות אוטומטיות מתאם אוטומטי המוצג על הצג.</li>
	<li>אמת מגע מספיק של סיבים ללא דליפת אור סביבתי על-ידי בדיקת חיתוך-y של עקומת המתאם האוטומטי המוצגת בצג. הערך האופטימלי הוא ~ 1.5 ללא שימוש של מקטפולטורים (איור 3B).</li>
	<li>ודא כי בדיקה ומדידות אינם נוטים לפריטים התנועה על ידי הידוק הלהקה אלסטי כך הוא הדוק מספיק כדי להתנגד תנועה אך רופף מספיק כדי למנוע אי נוחות לנושא. המשתמש צריך גם לבדוק את עקומות המתאם האוטומטי על הצג במקביל כך עקומת המתאם האוטומטי נרקב 1 עבור זמן מתאם ארוך יותר (τ > 10 ms) (איור 3c).</li>
</ol>4. איסוף נתונים
<ol><li>הנחה את הנושא למזעור כל התנועות במהלך המדידה של 8 דקות.</li>
	<li>כבו את האורות וודאו שהנושא יושב במצב נוח בעיניים עצומות.</li>
	<li>ביצוע מדידות FD-fNIRS בסיסית באמצעות הצבת הבדיקה האופטית של מערכת FD-fNIRS על המצח הסמוך לגשוש DCS. לאחר מכן, לחץ על כפתור "לרכוש" ב-GUI הרכישה FD-fNIRS. נתונים אלה יספקו מאפיינים אופטיים סטטיים, פרמטרי קליטה ופרמטרי פיזור (μa, μs) שישמשו לקוונפיקציה של הפרמטר האופטי הדינאמי, cbfi17,20.</li>
	<li>לאחר השלמת מדידות FD-fNIRS, התחל ברכישת נתונים במדידות DCS אופטיות על-ידי לחיצה על לחצן ' הפעל ' ב-GUI של רכישת נתוני DCS. איסוף נתונים עבור סך של 8 דקות עם זמן שילוב מרבי של 2 (פחות מועדף, בהתאם ליחס אות לרעש עבור כל נושא).</li>
	<li>במידת הצורך, חזור על הניסוי בתוך 1 שעות של הניסוי הראשוני או חזור על הניסוי בזמן דומה ביום כדי להפחית וריאציות חיצוניות כגון עייפות, ממריצים או טמפרטורה.</li>
</ol>5. ניתוח נתונים
<ol><li>עבור נתוני FD-fnirs, חלץ את מאפייני הקליטה והפיזור האופטיים (μa, μs) המעובדים על-ידי שיטת השיפוע46,47,48,49,50,51, 52,52,53.</li>
	<li>עבור DCS, מאחר שלאחר עיבוד נדרש, יבא את נתוני המתאם האוטומטי מתוך כל אחד משמונת הערוצים אל תוכנת ניתוח הנתונים.</li>
	<li>Cbf-כימות הפרמטרים הקשורים מפורט בסקירות האחרונות6,27,54. בקצרה, מן העוצמה המנורמלת מתאם אוטומטי (g2 [r, τ]), לחלץ את הפונקציה המנורמלת מנורמל שדה חשמלי מתאם אוטומטי (g1 [r, τ]) באמצעות הקשר הזירט: g2 (r, τ) = 1 + β | g 1 (r, τ) | 2. שתיים. הערה: β הוא קבוע, פרופורציונאלית למספר המצבים המרחביים6,17,27,55,56, נע בין 0 ל-1, ומתקבל על ידי התאמת הפונקציה (מנורמל) שדה חשמלי המתאם האוטומטי g1.</li>
	<li>כדי להשיג פרמטר הקשור לזרימת הדם (αDB) מתוך התאמה, השתמש בפתרון האנליטי עבור g16,27,54 והתאם את הנתונים למודל או לקצב הדעיכה: משוואה אחת הערה: במשוואה לעיל, ko הוא מספר גל האור במדיום, α הוא גורם בפרופורציה לשבר בנפח דם רקמות, ו DB הוא מקדם בראוניאן יעיל. αDB ניתן להגדיר כמדד זרימת הדם (bfi)6,54 או cbfi17. כאן, משתמשים ב-CBFi.</li>
	<li>התאם את המודל באמצעות הפרמטרים האופטיים שהתקבלו מ-FD-fNIRS. הפרמטרים העיקריים להתאמה הם CBFi ו β. הערה: איור 3A מציג נתונים מייצגים המספיק לניתוח. נתוני DCS נמחקים אם (1) פונקציית המתאם האוטומטי היא נמוכה באופן משמעותי כי 1.5 (β < 0.5) (כלומר, במקרה של 3B איור, כאשר הפונקציה היא ~ 1.2, β < 0.2, בשל דליפת אור החדר) או אם (2) עקומת המתאם האוטומטי לא להירקב 1 עבור זמן מתאם ארוך יותר (τ > 10 אלפיות הראשונה) (כלומר, במקרה של 3b איור, שם התנועה החפץ, ראש או תנועה בדיקה, מוביל נתונים שמיש).</li>
	<li>Detrend התוצאות כימות באמצעות התאמה פולינום הסדר השני כדי להסיר את הסחף איטי (איור 4A).</li>
	<li>השתמשו בפילטר השני של באטרסוורת ' עם להקה של 0.009 – 0.080 Hz כדי להסיר את כל תדרי המוח הבלתי רצויים כגון גלימאייר (איור 4a).</li>
	<li>השתמש ברגרסיה ליניארית כדי להשיג את הרסילים מכל ערוץ כנגד מדידת המרחק הקצר כדי להסיר את אותות הקרקפת השטחית בכל צד של קליפת המוח (איור 4B).</li>
	<li>חשב את מקדם המתאם של פירסון בין כל זוג ערוצים כדי לזהות את הקישוריות הפונקציונלית של מצב המנוחה בין אזורי המוח (איור 5).</li>
	<li>הפוך את ערך המתאם לערך z באמצעות המרת פישר Z ובצע מבחן tכדי לקבל את ערך ה-p (איור 5). השתמש בקצב גילוי שווא (רוזוולט) עבור תיקון של השוואות מרובות.</li>
</ol>

המחברים לא מצהירים על אינטרסים פיננסיים מתחרים.

כדי לקבוע אם CBF כפי שנמדד על-ידי DCS זיהה במדויק את RSFC, שני אזורים של המוח עם מאפייני RSFC ידועים נבדקו. קישוריות פונקציונלית בין אזורי dlfc ובין dlfc ו-IFC מניחים שקיימים57,58,59. קישוריות בין שני אתרים בתוך DLFC שמאל וימין נבחרה, מכיוון שהקישוריות הפנים-אזורית גבוהה בדרך כלל. כמו כן, הקישוריות בין ה-IFC ל-DLFC נבחרה, כאשר הקישוריות הבין-אזורית ידועה כחלשה יותר.
טכניקת DCS הראתה קישוריות גבוהה בתו...

כאשר המוח נמצא במצב מנוחה, הוא ממחיש סנכרון גבוה של פעילות ספונטנית באזורים הקשורים פונקציונלית, אשר ניתן למקם קרוב בסמיכות או ממרחק. אזורי הסינכרון האלה ידועים כרשתות פונקציונליות1,2,3,4,5,6,7,8,9. תופעה זו נחשפה לראשונה על ידי דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) מחקר באמצעות האותות התלויים ברמת חמצן בדם (מודגש) המציינים רמות חמצן של דם מוחין5,10, ידוע גם בשם המצב מנוחה קישוריות פונקציונלית (rsfc). חריגות RSFC היו שייכות עם הפרעות במוח כגון אוטיזם11, אלצהיימר12, ודיכאון13. לכן, RSFC הוא כלי רב ערך עבור לימוד חולים עם הפרעות שיש להם בעיות performaning הערכות מבוססות משימה. עם זאת, חולים רבים, כגון ילדים אוטיסטים צעירים, הם מועמדים עניים להערכה על ידי fMRI, כפי שהוא מחייב נותר עדיין בתוך שטח סגור לתקופות ממושכות של זמן14,15. הדמיה אופטית היא מהירה ולביש; לפיכך, הוא מתאים לרוב המטופלים, במיוחד האוכלוסייה ילדים16,17,18,19,20,21,22,23,24. ניצול יתרונות אלה, ספקטרוסקופיית כמעט אינפרא אדום פונקציונלי (fnirs), אשר יכול לכמת ריכוז המוגלובין והפרמטרים של רוויית החמצן במוח, משמש למדוד rsfc בבני אדם (כולל אוכלוסיית ילדים4,8,25 וחולים עם אוטיזם11).
אופטי מתאם ספקטרוסקופיית (DCS), טכניקה אופטית חדשה יחסית, יכול לכמת זרימת דם מוחין, שהוא פרמטר חשוב המשייך אספקת חמצן עם חילוף חומרים6,17,26,27,28,29. חדות הזרימה האופטית בכמת על ידי DCS הוכח שיש רגישות גבוהה יותר במוח בהשוואה לניגודיות חמצון30. כך, ניצול פרמטרים הנגזר DCS CBF להערכת RSFC הוא יתרון.
DCS הוא רגיש להעברת כדוריות הדם. כאשר מפזרים פוטונים פיזור של כדוריות הדם הנעות, זה גורם לעוצמת האור המזוהה להשתנות לאורך זמן. DCS מודד מתאם זמן מבוסס על תפקוד אוטומטי ושיעור הדעיכה שלה תלויים בפרמטרים האופטיים ובזרימת הדם. ערכים אלה משמשים בסופו של דבר להשגת מדד זרימת הדם המוחית (CBFi). עם כדוריות דם נעות מהיר יותר, הפונקציה מיתאם אוטומטית מהירה יותר. לכן, מידע על תנועה עמוק מתחת למשטח הרקמה יכול להיות נגזר (למשל, במוח) ממדידות של תנודות אור לאורך זמן27,31,32,33,34,35. DCS היא טכניקה המשלימה את ה-fnirs הידוע באופן נרחב המודד חמצן17,36. מאז השני fNIRS ו DCS הם אופטי המוח טכניקות הדמיה עם רזולוציה הרקתית הגבוהה בטווח של אלפיות שניה, הדמיה אופטית מערכת ההדמיה הם הרבה פחות רגיש לפריטים התנועה מאשר fMRI. הם גם השתמשו בהצלחה לדימות מוחי פונקציונלי באוכלוסיות ילדים, כולל תינוקות צעירים מאוד16. בעבר, מדידות זרימת דם שטחית שימשו להערכת RSFC במחקרים טרום קליניים בעכברים37. כאן, הפרמטרים של זרימת הדם משמשים לכמת rsfc בתשעה מבוגרים בריאים כהוכחה של קונספט מחקר38,39.
במחקר זה, מערכת מסחרית FD-fNIRS ומערכת DCS מותאמת אישית משמש (ראה טבלת חומרים). בקרי התחום שנבנו בתוך הבית מורכב 2 785 ננומטר, 100 mW, אורך קוהרנטיות ארוך לייזרים גל הנמצאים ביחד למחבר FC ושמונה מכונות ספירה יחיד פוטון (SPCM) מחובר אוטומטי-correlator. ממשק משתמש גרפי של תוכנה מותאמת אישית (GUI) נעשה גם במיוחד עבור מערכת זו כדי להציג ולשמור את ספירות פוטון, מתאם אוטומטי עקומות, זרימת הדם למחצה כמותי של כל ערוץ SPCM בזמן אמת. החלקים במערכת זו משמשים בדרך כלל עבור DCS16,17,31,32,40,42,43,44, ואת התוצאות שהתקבלו גם אומתו ב-house ומשמש במחקר האחרונות39.

<table><tbody><tr><td>בדיקה מודפסת בתלת מימד</td><td>בתוך הבית</td><td>N/A</td><td>מודפסת בתלת מימד בדיקת PLA (Craftbot, Craft unique)</td></tr> <tr><td>785nm, 100mW, CW, FC מצמד לייזר</td><td>CrystaLaser</td><td>DL785-100-S</td><td>רכיב DCS (מקור אור)</td></tr> <tr><td>מתאם אוטומטי</td><td>Correlator.com</td> רכיב <td>Flex05-8ch</td><td>DCS (פלט g2 עקומת למחשב)</td></tr> <tr><td>ממשק משתמש גרפי לרכישת נתונים</td><td></td><td>ממשק משתמש פנימי N/A</td><td>מקודד ב-LabVIEW כדי להפעיל את מערכת DCS</td></tr><tr><td>תוכנת ניתוח נתונים</td><td>In-House</td><td>N/A</td><td>קוד Matlab המשמש להשגת תוצאות RSFC</td></tr><tr><td>מכסה אלקטרודה</td><td>EEG OpenBCI</td><td>N/A</td><td>EEG כובע רשת עם 10/20 מצבים</td></tr><tr><td>סטנדרטיים אופטיקה OZ</td><td>סיבים מרובי מצבים</td><td>QMMJ-3,2.5-IRVIS-600/630-3PCBK-3</td><td>רכיב DCS (סיב מקור)</td></tr> <tr><td>פנטום כיול Oxiplex</td><td>ISS</td><td>75019, 75020</td><td>סט של 2 PDMS </td></tr><tr><td>בדיקת שריר פנטום Oxiplex</td><td>ISS</td><td>86010</td><td>בדיקת שריר 4 ערוצים</td></tr><tr><td>Oxiplex Oximeter</td><td>ISS</td><td>95205</td><td>FD-fNIRS (690nm, 830nm)</td></tr> <tr><td>מד כוח</td><td>Thorlabs</td><td>PM100D</td><td>מתאם כוח אור לייזר</td></tr><tr><td>כרטיס חיישן</td><td>Thorlabs</td><td>F-IRC1-S</td><td>לייזר IR קרן צופה סיבים</td></tr> במצב <tr><td>יחיד</td><td>OZ אופטיקה</td><td>SMJ-3S2.5-780-5/125-3PCBK-3</td><td>DCS רכיב (סיב גלאי)</td></tr><tr><td>מכונת ספירת פוטון יחיד</td><td>Excelitas</td><td>SPMC-NIR-1x2-FC</td><td>DCS רכיב (גלאי)</td></tr></tbody></table>

מוחין זרימת דם מבוסס על המצב מנוחה קישוריות תפקודית של המוח האנושי באמצעות ספקטרוסקופיית מתאם אופטי לפזר

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functional Connectivity of the Human Brain using Optical Diffuse Correlation Spectroscopy

כדי להשיג הבנה מקיפה של המוח האנושי, הניצול של זרימת הדם המוחית (CBF) כמקור של ניגודיות רצוי משום שהוא פרמטר הומודינמי מפתח הקשור לאספקת חמצן מוחין. מצב מנוחה של תנודות בתדר נמוך המבוסס על ניגודיות חמצון הוכחו לספק מערכת יחסים בין אזורים המחוברים באופן פונקציונלי. הפרוטוקול המוצג משתמש בספקטרוסקופיית מתאם אופטי מפוזר (DCS) כדי להעריך את הקישוריות הפונקציונלית המבוססת על זרימת הדם (RSFC) במוח האנושי. תוצאות RSFC המבוסס על הקליפה הקדמית האנושית עולה כי RSFC הפנים-אזוריות הוא גבוה יותר באופן משמעותי בתוך שמאל וימין לעומת RSFC הבין אזורי בשתי מערבולות. פרוטוקול זה צריך להיות עניין של חוקרים אשר מעסיקים טכניקות הדמיה רב מודאליות כדי ללמוד את תפקוד המוח האנושי, במיוחד בקרב ילדים.

הכדאיות של שימוש ב-DCS למדידת קישוריות פונקציונלית בוצעה בהצלחה39. הקישוריות הפונקציונלית של מצב המנוחה במצבה הקדמי של תשעה נושאים נמדדה. התוצאות (ממוצע ± SD) הצביעו על מתאם גבוה יותר באזור הפנים-אזורי של שמאל (0.64 ± 0.25) וזכות (0.62 ± 0.23) מערבולות, לעומת האזור הבין-אזורי של שמאל (0.32 ± 0.32), (0.34 ± 0.27) וזכות (0.34 ± 0.29), (0.34 ± 0.26) מסדר. (איור 5). ניתוח כוח עם כוח של 0.8 ורמת המובהקות של 0.05 בוצע גם, אשר הביא כוח של 0.82 עם גודל מדגם של שמונה (מתחת למס...

פרוטוקול זה מדגים כיצד למדוד במנוחה קישוריות המצב התפקודי בקליפה הקדם חזיתית האנושית באמצעות מותאם אישית מעשה לפזר מתאם ספקטרוסקופיה. הדוח גם דן בהיבטים מעשיים של הניסוי, כמו גם בשלבים מפורטים לניתוח הנתונים.

To obtain a comprehensive understanding of the human brain, utilization of cerebral blood flow (CBF) as a source of contrast is desired because it is a ...

פרוטוקול זה משתמש בבדיקות אופטיות משתנות כדי להעריך את זרימת הדם במוח במהלך מצב המנוחה. יתרון חשוב של טכניקה זו הוא ניידותה. מה שהופך אותו מתאים היטב לניטור ליד המיטה.הבדיקה הלבושה מאפשרת מדידות קישוריות תפקודית של מצב מנוחה שיש להשיג בסביבות טבעיות של הנבדקים הן עבור יישומים אבחוניים והן עבור יישומים טיפוליים. פרוטוקול זה משתמש בבדיקות אופטיות לבישות כדי להעריך את זרימת הדם במוח במהלך מדידות הקישוריות התפקודית של מצב המנוחה. הדגמת ההליך עם צ'ין פון תהיה בן ריינהרט, סטודנט לתואר שני מהמעבדה שלי.לפחות 10 דקות לפני תחילת הניתוח, להפעיל את FD-fNIRS ו DCS עם אפנון אור ומתח גלאי. השתמשו בקלטת מדידה כדי למדוד את המרחק בין ההתרסה לבין ההתכה על ראשו של הנבדק. באמצעות nasion כנקודת ההתחלה, השתמש בסמן דיו כדי לייעד את המיקום שהוא 10% מהמרחק להיכנס.מקם כובע EEG 10/20 על ראשו של הנבדק כך שהנקודה המסומנת היא בין Fp1 ל- Fp2. סמן את הנקודה בין Fp1 ו- F7 בקליפת המוח השמאלית ואת הנקודה בין Fp2 ו- F8 בקליפת המוח הימנית כדי להפוך את הגבולות בין קליפת המוח הקדם-מצחית המעולה לבין קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית-מצחית ובין קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית-מצחית לבין קליפת המוח הקדם-מצחית הנחותה עבור ההמיספרות השמאלית והימין, בהתאמה. באמצעות בדיקה המודפסת בתלת-ממד, חבר את הסיבים הרב-מצביים למקור אור הלייזר של 785 ננומטר.לאחר מכן הנח סיבים חד-מצביים נוספים בסנטימטר אחד מתחת לסיבים מרובי המצבים במיקום Ds משני צידי קליפת המוח וחבר כל אחד מהסיבים במצב יחיד למכונות בודדות לספירת פוטון יחיד. מניחים את הסיבים במצב יחיד במרחק של 2.75 ס"מ מהסיבים הרב-מצביים וממקמים סיב אחד על קליפת המוח הקדם-מצחית הגבית השמאלית והימין וסיבים אחד על קליפת המוח הקדם-מצחית הנחותה. והנח את הסיבים הרב-מצביים בנקודות המסומנות לאחרונה.כדי להכין את מערכת ה- FD-fNIRS לכיול, כבה את כל התאורות ופתח את תוכנת רכישת הנתונים של ממשק המשתמש הגרפי. לחץ על לחצן ההטיה האוטומטית כדי לכוונן את רווח הגלאי כדי להשיג אות אופטימלי עם החיישן מחובר ומאובטח לפנטום כיול. אם אזהרת מתח-יתר מהבהבת, הנך את הרווח.לאחר האות המרבי הושג, לנתק את אחד מסיבי המקור, כך דליפת אור הרקע ניתן למדוד על ידי הגלאי. וודא שהזרם הישיר הוא פחות מ-20 ספירות לתקופת מדידה עבור סיבי המקור המתאימים. לאחר מכן, אמת את רמת האות המתאימה בכל מקור וגלאי ולחץ על כיול.המערכת תנקוט מדידות ותחיל גורמי כיול כדי למדוד כראוי את המאפיינים האופטיים של הפנטום הידוע. לאחר מכן רשום את נתוני הכיול, אשר יספק תיעוד של ביצועי המערכת על פנטום סטנדרטי. כדי להגדיר את DCS, לחמם את מקורות אור לייזר המערכת ואת מכונות ספירת פוטון יחיד לפחות 10 דקות.בתוכנת רכישת מערכת ממשק המשתמש הגרפית, אמת את הקשר של כל סיב על-ידי בדיקת ממשק המשתמש הגרפי כדי להשיג לפחות 5,000 ספירות לשניה ומתחת ל- 1, 000, 000 ספירות לשנייה. כדי לוודא את רמות ספירת הפוטונים מספיק מתקבלות מכל גלאי, בדוק את רמת ספירת הפוטונים ואת עקומות התיקון האוטומטי הקרובות בזמן אמת. כדי לאמת מגע סיבים מספיק ללא כל דליפת אור הסביבה, בדוק את y-intercept של עקומת התיקון האוטומטי.הערך האופטימלי הוא כ-1.5 ללא שימוש בקיטובים. כדי לוודא כי החללית ומדידות אינם נוטים חפצים תנועה להדק את הלהקה אלסטית, כך שהוא חזק מספיק כדי להתנגד לתנועה אבל רופף מספיק כדי למנוע כל אי נוחות לנושא. לאחר מכן בדוק את עקומות התיקון האוטומטי כך עקומת התיקון האוטומטי נרקב לאחד עבור זמני מתאם ארוכים יותר.לאחר מכן ודא כי הנושא יושב בתנוחה נוחה בעיניים עצומות. מניחים את הבדיקה האופטית של מערכת FD-fNIRS על המצח הסמוך לגשוש DCS ולחצו על 'רכוש' בתוכנת הרכישה FD-fNIRS. נתונים אלה יספקו תכונות אופטיות סטטיות, פרמטרי ספיגה ופרמטרים מפוזרים שישמש לכימות הפרמטר האופטי הדינמי.כאשר כל הציוד מוכן, הורה לנושא למזער את כל התנועות במהלך המדידה ולכבות את האורות. לאחר השלמת מדידות FD-fNIRS, לחץ על הפעל בממשק רכישת הנתונים של DCS ואאסוף נתונים למשך שמונה דקות בסך הכל עם זמן אינטגרציה מרבי של שתי שניות. בניתוח מייצג זה נמדדה קישוריות תפקודית של מצב מנוחה בקליפת המוח הקדם-מצחית בתשעה נושאים.מתאם גבוה יותר נצפה באזור הבין-אזורי של קליפות המוח השמאלית והימין מאשר נמדד באזור הבין-אזורי של קליפות המוח השמאלית והימין. יתר על כן, ניתוח T-test המשווה את החיבורים הבין-אזוריים והבין-אזוריים של מצב המנוחה התפקודי של שני הקורטיות חשף הבדל משמעותי בין ערכים אלה. חשוב לוודא כי הפרמטרים DCS נמצאים בטווחים המקובלים כמו כישלון לבצע כראוי שלבים אלה עלול לגרום לרכישת נתונים שאינם שמיש.ספקטרוסקופיית מתאם מפוזרת יכולה לספק מדידה לא פולשנית של זרימת הדם. מה שהופך אותו לכלי שימושי לחקר הקישוריות התפקודית של המוח המנוחה או הפעיל על הגירויים השונים. מדידות לא פולשניות של זרימת הדם שימושיות להערכת טיפולים וטיפולים למחלות נוירולוגיות.בעת ביצוע הליך זה, הקפד תמיד לעקוב אחר הנחיות בטיחות הלייזר המתאימות.

cerebral-blood-flow-based-resting-state-functional-connectivity-human

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

אנחנו בשילוב אמצעי ספקטרוסקופיה תדר תחום קרוב אינפרא האדום של חמצון המוגלובין מוחות עם אמצעים מפוזרים מתאם ספקטרוסקופיה של מדד זרימת דם במוח כדי להעריך מדד חילוף חומרים של חמצן. בדקנו את התועלת של אמצעי זה ככלי מיון מיטה כדי להעריך את הבריאות והתפתחות המוח של התינוק.

מדידה אופטית לא פולשנית של מטבוליזם ופרמטרים המודינמיים במוח אצל תינוקות

בסרטון זה אנו מדגימים את טכניקת ספקטרוסקופיית המתאם המפוזר למדידת זרימת דם מוחית במודל עכברי של פגיעה מוחית טראומטית קלה.

ספקטרוסקופיית מתאם מפוזרת להערכת זרימת דם מוחית במודל עכבר

מקור: Hage, B. D. et. al., אולטרסאונד דופלר טרנס-גולגולתי פונקציונלי לניטור זרימת הדם במוח. J. Vis. exp. (2021)} } סרטון זה מדגים את השימוש באולטרסאונד דופלר כפונקציונאלי כלי הדמיה למדידת מהירות זרימת הדם במוח, או CBFV בזמן אמת. הוא מדגיש כיצד שינויים בתדירות בעורק המוח האמצעי במהלך משימות כמו עצירת נשימה חושפים שינויים ב-CBFV, ומציעים תובנות לגבי פעילות המוח ודינמיקה של כלי הדם.

הדמיה תפקודית של זרימת הדם במוח באמצעות אולטרסאונד דופלר טרנס-גולגולתי

מקור: Nishidate, I.,  et al. הערכה סימולטנית של המודינמיקה מוחית ותכונות פיזור האור של מוח החולדה  in vivo באמצעות הדמיית רפלקציה מפוזרת מולטי-ספקטרלית. J. Vis. Exp. (2017)סרטון זה מדגים את השימוש בהדמיית רפלקציה מפוזרת מולטי-ספקטרלית כדי לנתח את זרימת הדם המוחית, רמות החמצן ושינויים במבנה הרקמה בחולדה מורדמת, ומספק תובנות לגבי המודינמיקה והמורפולוגיה של המוח בתנאים משתנים.

הדמיית רפלקציה מפוזרת מולטי-ספקטרלית של זרימת הדם במוח של חולדה ומבנה הרקמות

מקור: Menezes Forti, R. et al. ניטור בזמן אמת של חולים נוירו-קריטיים עם ספקטרוסקופיות אופטיות מפוזרות. J. Vis. Exp. (2020)סרטון זה מדגים את השימוש בספקטרוסקופיה של מתאם מפוזר (DCS) למדידת זרימת דם מוחית בבני אדם. הוא מתאר את השלבים להכנת המערכת, כיול הגשושית, מיקומה על מצחו של המשתתף, רכישת נתוני אור מפוזרים וניתוח תנודות עוצמה כדי לפרש את דינמיקת זרימת הדם במוח.

ספקטרוסקופיה של מתאם מפוזר למדידת זרימת דם מוחית בנבדק אנושי

ההערכה סימולטני של ההמודינמיקה מוחות תכונות פיזור האור של רקמת מוח in vivo עכברוש מודגמת באמצעות מערכת הדמית החזרת multispectral דיפוזי קונבנציונלית.

הערכה סימולטנית של המודינמיקה מוחית ופיזור תכונות אור של<em&gt; In vivo</em&gt; מוח עכברוש באמצעות הדמית החזרה המפוזרת Multispectral

מוצג כאן פרוטוקול לניטור לא פולשני של המודינמיקה מוחית של חולים נוירוקריטיים בזמן אמת וליד המיטה באמצעות אופטיקה מפוזרת. באופן ספציפי, הפרוטוקול המוצע משתמש במערכות אופטיות היברידיות מפוזרות כדי לזהות ולהציג מידע בזמן אמת על חמצון מוחי, זרימת דם מוחית ומטבוליזם מוחי.

ניטור בזמן אמת של חולים נוירוקריטיים באמצעות ספקטרוסקופיה אופטית מפוזרת

אנו מציגים שיטה לאיסוף סימולטני של אותות fMRI ו-fNIRS מאותם נבדקים עם כיסוי fNIRS של כל הראש. הפרוטוקול נבדק עם שלושה צעירים וניתן להתאים אותו לאיסוף נתונים עבור מחקרים התפתחותיים ואוכלוסיות קליניות.

איסוף נתונים סימולטני של מדידות fMRI ו-fNIRS באמצעות מערך Optode של ראש שלם וערוצים למרחקים קצרים

מחקר זה שילב דימות תהודה מגנטית - תמונות תיוג ספין עורקי כדי לגזור אטלס זרימת דם מוחית (CBF) עבור אזורים תפקודיים מוחיים. השוואת אטלסים טיפוסיים של איסכמיה מוחית בריאה וכרונית CBF חשפה הבדלים משמעותיים בהתפלגות CBF אזורית, המאפשרת הערכות מהירות ולא פולשניות של CBF תפקודי כדי לסייע באבחון והערכת טיפולים.

בנייה ויישום של אטלס זרימת דם מוחי מבוסס אזור תפקודי מוחי באמצעות הדמיית תהודה מגנטית - תיוג ספין עורקי

מחקר זה השתמש בספקטרוסקופיה פונקציונלית של אינפרא אדום קרוב (fNIRS) כדי למדוד את פעילות קליפת המוח הקדם-מצחית במהלך רצף אסאנה יוגה בעיצוב בלוק של 23 דקות עם 27 מבוגרים. קישוריות מצב מנוחה תועדה לפני ואחרי האימון. הממצאים מדגישים את היעילות של fNIRS במחקר מבוסס תנועה ומספקים תובנות נוירולוגיות לגבי ההשפעות של אסאנות יוגה.

קישוריות במצב מנוחה והדמיה מוחית של פעילות קליפת המוח הקדם-מצחית במהלך תרגול אסאנה של יוגה בעיצוב בלוקים באמצעות fNIRS

למדו להעריך קישוריות תפקודית מבוססת זרימת דם במוח האנושי באמצעות ספקטרוסקופיית מתאם אופטי לפזר. פרוטוקול לא פולשני ונייד למעקב ליד המיטה ויישומים נוירולוגיים.

מוחין זרימת דם מבוסס על המצב מנוחה קישוריות תפקודית של המוח האנושי באמצעות ספקטרוסקופיית מתאם אופטי לפזר

גלה סרטונים נוספים