超膜光生物调节的高分辨率计算建模:光传播和热效应

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
• 医学物理 医学物理

背景情况:

• 跨膜光生物调节 (tPBM) 是一种新兴的非侵入性技术,使用光调节大脑活动.
• 对TPBM的治疗潜力越来越感兴趣,关键问题围绕光线透和组织加热.
• 现有的TPBM计算模型经常被简化,限制了准确的预测.

研究的目的:

• 在TPBM过程中以计算方式调查光线透和大脑温度升高.
• 为了评估不同功率密度和刺激持续时间对tPBM参数的影响.
• 评估TPBM参数与已确定的限值之间的安全性.

主要方法:

• 一个3D,高分辨率,解剖学上现实的头部模型被用于模拟.
• 模拟的目标是F3区域,波长为800nm的光,功率密度为10,100和1000mW/cm2.
• 分析了与ANSI安全极限相对的时间变量应用和温度增加.

主要成果:

• 皮层辐射是焦点,达到~1%的灰质;头皮吸收~65%.
• 大脑脊髓液 (CSF) 促成了光环效应,将光线延伸到皮层.
• 头皮温度升高至3.76°C,而大脑温度在1000mW/cm2时升高0.57°C.

结论:

• tPBM允许通过改变光源几何形状来控制空间配置.
• 1000mW/cm2的功率密度超过了头皮和大脑的安全限制.
• 灰色物质的光透可能超过10厘米,这与之前的一些发现相反.