روشی جدید برای نظارت بر جریان خون در مغز

خون کل بدن ما را هدایت می کند و به ویژه برای عملکرد مغز مهم است. هنگامی که کمبود اکسیژن و در نتیجه کمبود خون مناسب وجود دارد، مرگ سلول های عصبی رخ می دهد - آنگاه ما از سکته مغزی صحبت می کنیم. این بیماری سالانه حدود 70000 نفر را در لهستان تحت تاثیر قرار می دهد.

به همین دلیل است که نظارت بر جریان خون مغزی در پیشگیری و درمان بیماری ضروری است. مغز و اعصاب روش های موثر زیادی برای انجام این کار می داند، اما بسیاری از آنها نقاط ضعف خود را دارند. اکنون تیمی از دانشمندان علوم اعصاب به رهبری محققان ICTER تکنیکی را توسعه داده اند که می تواند نظارت بر جریان خون مغزی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

در مقاله ای با عنوان «طیف نگاری تداخل سنجی نزدیک به مادون قرمز با موج پیوسته (CW πNIRS) با دوربین دو بعدی سریع» توسط سعید سمایی شرح داده شده است. کلادیا نواکا؛ آنا گرگا؛ زانا پاستوزاک; داوید بوریکی، که در مجله Biomedical Optics Express منتشر شد.

چگونه جریان خون مغزی را کنترل کنیم؟

جریان خون مغزی (CBF) از حدود 15 درصد برون ده قلبی برای رساندن مواد ضروری (اکسیژن و گلوکز) به مغز و از بین بردن مواد غیر ضروری (محصولات متابولیسم) استفاده می کند. هر گونه انحراف از هنجار می تواند باعث اختلال عملکرد مغزی موقت و بیماری های محرک غیرقابل برگشت شود که بیماری آلزایمر در خط مقدم قرار دارد. به همین دلیل است که نظارت غیرتهاجمی CBF بسیار مهم است - ما چندین ابزار عملی برای انجام این کار داریم.

اولین موردی که به ذهن می رسد تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) است که احتمالاً پرکاربردترین آزمایش تشخیصی در جهان است که در اینجا نیز به خوبی جواب می دهد. این اجازه می دهد تا تغییرات موضعی در خون رسانی مغز و نوسانات مرتبط در فعالیت عصبی در داخل بدن را نظارت کند. این تکنیک تصاویری با وضوح بالا ارائه می دهد، اما برای مثال، برای کودکان بسیار گران و دشوار است. اینجاست که روش های نوری به کمک می آیند.

اکسیژن رسانی مغز را می توان با استفاده از طیف نگاری عملکردی مادون قرمز نزدیک (fNIRS) ارزیابی کرد. این تکنیک امکان اندازه گیری غیرتهاجمی اکسیژن رسانی منطقه ای مغز را با استفاده از جذب انتخابی تابش امواج الکترومغناطیسی در محدوده 660-940 نانومتر توسط کروموفورها در بدن انسان فراهم می کند. اغلب به عنوان ابزاری برای کمک به نظارت بر وضعیت بیمار، از جمله در حین جراحی مغز و اعصاب، استفاده می شود.

از سوی دیگر، جریان خون را می توان به طور مداوم توسط طیف سنجی همبستگی منتشر (DCS) بررسی کرد. پیشرفته ترین تغییرات آنها بر اساس لیزرهای موج پیوسته (CW) است که از اندازه گیری مطلق جلوگیری می کند. طیف‌ نگاری مادون قرمز نزدیک به تداخل سنجی (iNIRS) می‌تواند در اینجا کمک کند.

با این حال، مطالعات قبلی نشان داده اند که این روش برای تشخیص تغییرات فوری در جریان خون که به فعالیت عصبی تبدیل می شود بسیار کند است. این به این دلیل است که یک سیستم تک کاناله است که شدت تنها حالت تک حالت نور جمع آوری شده از نمونه را اندازه گیری می کند.

πNIRS ابتکاری

تیمی از محققان در ICTER تصمیم گرفتند iNIRS را با تکیه بر طیف‌ نگاری تداخل سنجی نزدیک به فروسرخ موازی (πNIRS) برای تشخیص چند کاناله جریان خون مغزی اصلاح کنند. برای رسیدن به این هدف، لازم بود سیستم تشخیص iNIRS تغییر یابد. در πNIRS، سیگنال های نوری جمع آوری شده با یک دوربین دو بعدی CMOS که با نرخ فریم فوق سریع (~ 1 مگاهرتز) کار می کند، ضبط می شود.

هر پیکسل در توالی تصویر ضبط شده به طور موثر به یک کانال تشخیص فردی تبدیل می شود. با این رویکرد، می توان داده های مشابه با iNIRS را به دست آورد، اما بسیار سریعتر - حتی با دستورات بزرگی!

چنین پیشرفتی به نوبه خود به حساسیت بیشتر سیستم و دقت تشخیص خود منجر می شود. تشخیص تغییرات سریع در جریان خون مربوط به فعال شدن نورون ها، به عنوان مثال، در پاسخ به یک محرک خارجی یا داروی تجویز شده امکان پذیر است. این راه حل می تواند برای تشخیص اختلالات عصبی مرتبط با CBF و ارزیابی اثربخشی رویکردهای درمانی، به عنوان مثال، برای بیماری های عصبی مفید باشد.

داوید بوریکی از ICTER می گوید: این پروژه سیستم های سریع و غیر تهاجمی را برای نظارت بر خون مغزی انسان در داخل بدن بهبود می بخشد. نظارت مداوم و غیر تهاجمی جریان خون می تواند به درمان بیماری های مهم مغزی کمک کند. علاوه بر این، تشخیص سریع جریان خون مغزی، ما را به ایجاد یک رابط غیرتهاجمی مغز و کامپیوتر (BCI) نزدیک‌تر می‌کند که می‌تواند به افراد دارای معلولیت کمک کند. در نهایت، پروژه ما سنت توسعه لهستانی در اپتیک انتشار را تقویت خواهد کرد.

آزمایش‌ها تأیید کرده‌اند که تکنیک مورد استفاده به طور مؤثری فعالیت قشر پیشانی مغز را در داخل بدن کنترل می‌کند. علاوه بر این، به لطف توسعه فناوری LiDAR و تصویربرداری حجمی فوق سریع از چشم، می توان آن را بیشتر بهبود بخشید و هزینه دوربین های CMOS را کاهش داد. بنابراین، تکنیک πNIRS می‌تواند جریان خون مغزی و تغییرات جذب را از بیش از یک مکان فضایی کنترل کند.

داده‌های به‌دست‌آمده با تکنیک πNIRS می‌تواند برای تشخیص اختلالات گردش خون مغزی استفاده شود، که ارزیابی وضعیت بیمار را تسهیل می‌کند و امکان پیش‌بینی نتایج اولیه و طولانی‌مدت درمان را فراهم می‌کند.

 برای مشاهده منبع کلیک کنید.