用于人类大脑扩散光学断层成像的超高密度成像阵列可以提高分辨率,信号对噪声和信息解码

科学领域:

• 神经成像是一种神经成像.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 光学物理学的光学物理学

背景情况:

• 功能磁共振成像 (fMRI) 是用于非侵入性脑图的关键工具.
• 功能近红外光谱 (fNIRS) 和高密度扩散光学断层扫描 (HD-DOT) 提供便携式替代方案,测量血液氧化变化.
• 当前的HD-DOT提供了比fNIRS更高的分辨率,但与fMRI相比仍然有限.

研究的目的:

• 为了研究减少光间距离对HD-DOT图像质量的影响.
• 开发和评估具有增强空间分辨率和解码能力的超高密度DOT系统.
• 为了比较新的HD-DOT系统与fMRI和以前的HD-DOT系统的性能.

主要方法:

• 进行了模拟,以确定HD-DOT的最佳间隔间距.
• 构建了一个超高密度的DOT系统,具有6.5mm的光间距离和140dB的动态范围.
• 通过成像刺激唤起的大脑活动和解码参与者的视觉刺激位置来评估系统的性能,并与fMRI进行比较.

主要成果:

• 模拟表明,6.5毫米的光间距离优化了图像质量和噪音分辨率的权衡.
• 超高密度的DOT系统实现了比以前的HD-DOT系统高30-50%的空间分辨率.
• 与之前的HD-DOT相比,新系统对视觉刺激位置的解码在脑后皮层中是19-35%更准确的.

结论:

• 将光间距离缩小到6.5mm显著提高了HD-DOT的性能.
• 开发的超高密度DOT系统提供了高分辨率,非侵入性脑成像,性能与fMRI相提并论.
• 这项技术为大脑绘图和解码应用提供了一个有前途的,便携式替代方案.