Tecno

Misurazione del flusso sanguigno cerebrale e dell’attività con la luce

Un metodo non invasivo per misurare il flusso sanguigno cerebrale con la luce è stato sviluppato da ingegneri biomedici e neurologi presso l’UC Davis e utilizzato per rilevare l’attivazione cerebrale. Il nuovo metodo, la spettroscopia a onde di diffusione interferometrica funzionale, o fiDWS, promette di essere più economico della tecnologia esistente e potrebbe essere utilizzato per valutare le lesioni cerebrali o nella ricerca neuroscientifica.
CREDITO LetPub

Un nuovo metodo non invasivo per misurare il flusso sanguigno cerebrale con la luce è stato sviluppato da ingegneri biomedici e neurologi dell’Università della California, Davis, e utilizzato per rilevare l’attivazione cerebrale. Il nuovo metodo, la spettroscopia a onde di diffusione interferometrica funzionale, o fiDWS, promette di essere più economico della tecnologia esistente e potrebbe essere utilizzato per valutare le lesioni cerebrali o nella ricerca neuroscientifica. Il lavoro è pubblicato il 12 maggio su Science Advances .

“Ora possiamo valutare quanto bene il cervello regola il flusso sanguigno e persino rilevare l’attivazione cerebrale in modo non invasivo negli esseri umani adulti, utilizzando principi simili alla risonanza magnetica funzionale (fMRI), ma a una frazione del costo”, ha detto Vivek Srinivasan, associato aggiunto professore di ingegneria biomedica alla UC Davis e autore senior dello studio.

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Il cervello umano costituisce il 2% del nostro peso corporeo, ma prende dal 15% al ??20% del flusso sanguigno dal cuore. La misurazione del flusso sanguigno cerebrale è importante per diagnosticare gli ictus e per prevedere il danno secondario nelle emorragie subaracnoidee o nelle lesioni cerebrali traumatiche. I medici che forniscono cure neurologiche intensive vorrebbero anche monitorare il recupero di un paziente mediante imaging del flusso sanguigno cerebrale e dell’ossigenazione.

La tecnologia esistente è costosa e non può essere applicata continuamente o al capezzale. Ad esempio, le attuali tecniche per visualizzare il flusso sanguigno cerebrale richiedono costosi scanner per risonanza magnetica o tomografia computerizzata. Esistono tecnologie basate sulla luce, come la spettroscopia nel vicino infrarosso, ma hanno anche svantaggi in termini di precisione.

Il nuovo metodo sfrutta il fatto che la luce del vicino infrarosso può penetrare attraverso i tessuti del corpo. Se fai brillare un laser nel vicino infrarosso sulla fronte di qualcuno, la luce verrà diffusa molte volte dai tessuti, comprese le cellule del sangue. Raccogliendo il segnale di fluttuazione della luce che trova la via del ritorno dal cranio e dal cuoio capelluto, è possibile ottenere informazioni sul flusso sanguigno all’interno del cervello.

Naturalmente, quel segnale è estremamente debole. Srinivasan e il ricercatore post-dottorato Wenjun Zhou hanno superato questo problema facendo uso dell’interferometria: la capacità delle onde luminose di sovrapporsi, rafforzarsi o annullarsi a vicenda. In particolare, attraverso l’interferometria, un’onda luminosa forte può amplificare un’onda luminosa debole aumentando la sua energia rilevata.

Attivazione della corteccia prefrontale

Per prima cosa hanno suddiviso il raggio laser in percorsi “campione” e “riferimento”. Il raggio del campione entra nella testa del paziente e il raggio di riferimento viene instradato in modo che si ricolleghi al raggio del campione prima di andare al rivelatore. Attraverso l’interferometria, il raggio di riferimento più forte aumenta il segnale debole del campione. Ciò ha consentito al team di misurare l’output con il tipo di chip di rilevamento della luce che si trova nelle fotocamere digitali, invece di costosi rilevatori di conteggio di fotoni. Quindi usano il software per calcolare un indice di flusso sanguigno per diverse posizioni nel cervello.

Srinivasan e Zhou hanno lavorato con la dottoressa Lara Zimmerman, il dottor Ryan Martin e il dottor Bruce Lyeth presso il Dipartimento di Chirurgia Neurologica della UC Davis per testare la tecnologia. Hanno scoperto che con questa nuova tecnologia potevano misurare il flusso sanguigno più rapidamente e più in profondità sotto la superficie rispetto all’attuale tecnologia basata sulla luce. Potevano misurare il flusso sanguigno cerebrale pulsante e potevano anche rilevare i cambiamenti quando ai volontari veniva somministrato un lieve aumento di anidride carbonica.

Quando ai volontari è stato assegnato un semplice problema di matematica, i ricercatori sono stati in grado di misurare l’attivazione della corteccia prefrontale attraverso la fronte.

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