通过功能近红外光谱学检测大脑皮层中的血液动力学振荡:一项模拟研究

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 光学成像技术的成像

背景情况:

• 休息状态的大脑活动涉及血液动力学振荡,这对于理解大脑功能和功能障碍至关重要.
• 功能近红外光谱 (fNIRS) 是一种用于监测大脑血液动力学的非侵入性技术.
• 优化fNIRS参数对于最大限度地提高对这些振荡的灵敏度至关重要.

研究的目的:

• 为了最大限度地提高fNIRS对大脑静止状态振荡的敏感性.
• 为优化fNIRS操作参数 (光子计数率,测量长度,采样频率,源探测器距离) 制定指导方针.
• 为了比较时间域 (TD) 和连续波 (CW) fNIRS在检测和定位振荡方面的性能.

主要方法:

• 用同质和双层模型的扩散方程解决方案生成合成TD和CW fNIRS信号.
• 模拟氧和脱氧血红蛋白度的周期性扰动.
• 使用时间窗口和时间依赖的平均部分路径长度 (TMPP) 方法评估了TD fNIRS深度选择性.

主要成果:

• TD和CW fNIRS对振荡的敏感性随着光子计数率,测量长度,采样频率和源探测器距离 (SSD) 的增加而增加.
• 具有时间窗口的TD fNIRS即使在低光子计数率下也能检测和局部化振荡.
• TMPP方法从单个SSD的TD fNIRS数据中准确地检索出不同深度的血红蛋白变化.
• 典型SSD上的CW fNIRS对深层振荡有敏感性,可能会影响短分离通道回归.

结论:

• TD fNIRS可以在单个SSD上检测和深度定位血红蛋白振荡,作为多距离CW fNIRS的替代品.
• 为优化fNIRS研究中的实验协议提供了指导方针,以提高对大脑振荡的敏感性.