与激光记录大脑活动

加州理工学院的教授,与南加州大学的研究人员合作,首次展示了人脑成像的新技术使用激光和超声波声波。

技术,称为光声计算机断层扫描,或协议,开发了音),布伦医学工程和电气工程教授,作为成像的方法组织和器官。以前版本的协议技术已经被证明能够成像老鼠的身体的内部结构;协议也能够检测肿瘤在人类乳房,使其成为可能的替代乳房x光检查。

现在,王已经进一步改进技术,使其准确和敏感,所以它甚至可以检测到分钟的量的变化血穿越很小的血管以及氧化水平的血液。自血流量增加特定的大脑区域在认知tasks-blood流动会增加视觉皮层,而你正在看电影,例子设备显示血药浓度和氧化的变化可以帮助研究人员和医务人员监视大脑活动。这就是所谓的功能成像。

“在乳腺成像你只是想看到血管,因为他们可以揭示肿瘤的存在(肿瘤分泌的化学物质刺激血管形成)”王说。“但功能成像的大脑活动的变化只是几个百分点基准信号的变化。这是超过一个数量级难以衡量。”

以前,这种只有进行成像功能性核磁共振成像(fMRI)机器,使用无线电波和磁场比地球的100000倍磁场监测血氧水平。机器工作得很好,是一个成熟的技术,但他们有一些缺点。首先,他们是非常昂贵的,花费高达几百万美元。另一个缺点是,强烈的磁场由机器需要特别的预防措施,如含铁的物品,例如一些医疗工具,以及外科植入物,可以把伟大的机力。”An MRI machine also requires the patient to be placed inside a narrow tube while they are being imaged, which can be uncomfortable for people with claustrophobia.

相比之下,王的技术更简单,便宜,和紧凑,不需要病人被放置在机器内部。

它的工作原理是使用脉冲激光的头。随着光线通过头皮和颅骨,分散在大脑和消化吸收携氧血红蛋白分子在病人的红细胞。血红蛋白分子的能量接收的光使他们超声振动。这些振动通过组织和返回的数组1024微型超声波传感器放置在外面。这些传感器的数据然后组装的计算机算法的3 d地图在整个大脑血流量和氧合。

测试技术在人类,王与乔纳森•吕桑凯克医学院临床神经外科助理教授和南加州大学Neurorestoration中心副主任;丹尼J王,南加州大学神经影像学和信息学研究所教授;临床神经外科教授和查尔斯·刘,南加州大学凯克医学院和主任Neurorestoration中心。

严重创伤性脑损伤后,一些患者接受得到hemicraniectomy,拯救生命的过程,大部分头骨被控制压力由于脑肿胀。刘和吕桑与许多这样的病人在唐尼的牧场洛杉矶朋友国家康复中心,加利福尼亚,刘作为首席创新和研究。康复后急性损伤,但在颅骨重建手术,选择患者参与本研究确定的成像技术是如何工作的。

“我们仍然需要克服一个障碍是头骨,”王说。“这是一个声透镜,但它是一个坏家伙,所以它会扭曲我们的信号衰减。这就像通过一个波浪窗外看,”他说。“但他们有一个病人有hemicraniectomies人口。他们已经错失了一个头骨的一部分,所以我们可以形象。”

“神经影像中心开发新的治疗模式,这演示是一个非常重要的一步开发一个有效的新工具来补充当前方法如mri技术,“吕桑说。

刘表示同意,并补充称,“许多功能恢复的最令人兴奋的治疗方法包括神经调节策略不能在核磁共振环境学习,和我们期待使用这种新技术,以便更好地理解和完善我们的治疗方法。许多参与者在这个研究可能最终需要新的治疗方法,这是一个了不起的方式来帮助开发一个工具来最终受益。”

图像一个病人,该研究小组刮胡子头部(Wang说,他们正试图消除步)的激光可以照亮他们的头皮。病人然后躺在桌子上他们头一碗歇息的部分包含激光源,超声波传感器,和水。水作为“中介”,听觉上耦合传感器表面的头皮和允许他们接信号有效,王说。是类似于凝胶放在皮肤当病人被超声波。

展望未来,王说研究需要重点解决的问题所造成的头发和头骨。他说有可能避免剃须病人如果光纤可以交付使用激光脉冲头皮上的毛囊之间。他也希望最终使用技术对患者完整的头骨。

“我们需要一种方法来应对造成的失真头骨,”他说,并补充说这种纠正“镜头”很可能是一个更强大的数据处理算法,可以弥补组装一个图像失真。

有一篇描述技术,题为“大规模并行功能的光声计算机断层扫描人类的大脑”,出现在5月31日出版的《华尔街日报》自然生物医学工程。