Flusso sanguigno cerebrale misurato con metodo luminoso non invasivo / Brain blood flow measured with non-invasive light method
Flusso sanguigno cerebrale misurato con metodo luminoso non invasivo. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questo tipo di applicazione. / Brain blood flow measured with non-invasive light method. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Il fiDWS promette di essere più economico della tecnologia esistente e potrebbe essere utilizzato per la valutazione delle lesioni cerebrali o nella ricerca neuroscientifica / fiDWS promises to be cheaper than existing technology and could be used for assessing brain injuries, or in neuroscience research
Questa è l'affermazione degli ingegneri biomedici e dei neurologi dell'Università della California, Davis, la cui scoperta è stata utilizzata per rilevare l'attivazione cerebrale.
Denominato spettroscopia interferometrica funzionale ad onde diffuse (fiDWS), il nuovo metodo potrebbe essere utilizzato per la valutazione delle lesioni cerebrali o nella ricerca neuroscientifica. Il lavoro è pubblicato 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 ad una frazione del costo", ha affermato Vivek Srinivasan, professore associato di ingegneria biomedica presso l'UC Davis e autore principale dello studio.
Il cervello umano costituisce il 2% del peso corporeo, ma riceve dal 15% al 20% del flusso sanguigno dal cuore. Misurare il flusso sanguigno cerebrale è importante per diagnosticare gli ictus e per prevedere danni secondari in caso di emorragie subaracnoidee o traumi cranici.
I medici che forniscono terapia intensiva neurologica vorrebbero anche monitorare il recupero del paziente mediante imaging del flusso sanguigno cerebrale e dell'ossigenazione. Questo può essere fatto con tecnologie esistenti come la risonanza magnetica o la TAC, ma è costoso e non può essere applicato in modo continuativo od al letto del paziente.
Si dice che il nuovo metodo sfrutti il fatto che la luce nel vicino infrarosso può penetrare attraverso i tessuti corporei. Se un laser nel vicino infrarosso viene puntato sulla fronte di qualcuno, la luce verrà diffusa più volte dai tessuti, comprese le cellule del sangue. Rilevando il segnale di fluttuazione della luce che torna indietro dal cranio e dal cuoio capelluto, si possono ottenere informazioni sul flusso sanguigno all'interno del cervello. Questo segnale è tangibile ma estremamente debole.
Secondo l'UC Davis, Srinivasan ed il ricercatore post-dottorato Wenjun Zhou hanno superato questo problema utilizzando l'interferometria, che sfrutta la capacità delle onde luminose di sovrapporsi, rafforzarsi od annullarsi a vicenda. In particolare, attraverso l'interferometria, un'onda luminosa intensa può amplificare un'onda luminosa debole aumentandone l'energia rilevata.
Per prima cosa, hanno suddiviso il raggio laser in percorsi "campione" e "riferimento". Il raggio campione entra nella testa del paziente ed il raggio di riferimento viene instradato in modo da riconnettersi con il raggio campione prima di raggiungere il rilevatore. Attraverso l'interferometria, il raggio di riferimento più potente amplifica il debole segnale campione. Ciò ha permesso al gruppo di misurare l'uscita con il tipo di chip di rilevamento della luce presente nelle fotocamere digitali, invece che con i rilevatori a conteggio di fotoni. Hanno quindi utilizzato un software per calcolare un indice di flusso sanguigno per diverse aree del cervello.
Srinivasan e Zhou hanno collaborato con la Dott.ssa Lara Zimmerman, il Dott. Ryan Martin e il Dott. Bruce Lyeth del Dipartimento di Neurochirurgia dell'Università della California, Davis, per testare la tecnologia. Hanno scoperto che con questa nuova tecnologia potevano misurare il flusso sanguigno più rapidamente ed ad una profondità maggiore rispetto all'attuale tecnologia basata sulla luce. Potevano misurare il flusso sanguigno cerebrale pulsante e potevano anche rilevare variazioni 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.
ENGLISH
fiDWS promises to be cheaper than existing technology and could be used for assessing brain injuries, or in neuroscience research
This is the claim of biomedical engineers and neurologists at the University of California, Davis, whose advance has been used to detect brain activation.
Infrared and AI combine for new brain tumour blood test
Dubbed functional interferometric diffusing wave spectroscopy (fiDWS) the new method could be used for assessing brain injuries, or in neuroscience research. The work is published in Science Advances.
"Now we can assess how well the brain regulates blood flow, and even detect brain activation noninvasively in adult humans, using principles similar to functional magnetic resonance imaging (fMRI), but at a fraction of the cost," said Vivek Srinivasan, adjunct associate professor of biomedical engineering at UC Davis and senior author on the study.
The human brain makes up two per cent of human body weight but takes 15 per cent to 20 per cent of blood flow from the heart. Measuring cerebral blood flow is important for diagnosing strokes, and for predicting secondary damage in subarachnoid hemorrhages or traumatic brain injuries.
Doctors who provide neurological intensive care would also like to monitor a patient's recovery by imaging brain blood flow and oxygenation. This can be done with existing technology such as such as MRI or CT scanners, but it is expensive and cannot be applied continuously or at the bedside.
The new method is said to take advantage of the fact that near-infrared light can penetrate through body tissues. If a near-infrared laser is shone on someone's forehead, the light will be scattered many times by tissue, including blood cells. By picking up the fluctuation signal of the light that finds its way back out of the skull and scalp, information can be gained about blood flow inside the brain. That signal is tangible but extremely weak.
According to UC Davis, Srinivasan and postdoctoral researcher Wenjun Zhou overcame that problem by making use of interferometry, which exploits the ability of light waves to superimpose, reinforce or cancel one another. In particular, through interferometry, a strong light wave can boost a weak light wave by increasing its detected energy.
They first split the laser beam into ‘sample’ and ‘reference’ paths. The sample beam goes into the patient's head and the reference beam is routed so that it reconnects with the sample beam before going to the detector. Through interferometry, the stronger reference beam boosts the weak sample signal. This allowed the team to measure the output with the type of light-detecting chip found in digital cameras, instead of photon counting detectors. They then use software to calculate a blood flow index for different locations in the brain.
Srinivasan and Zhou worked with Dr. Lara Zimmerman, Dr. Ryan Martin and Dr. Bruce Lyeth at the UC Davis Department of Neurological Surgery to test the technology. They found that with this new technology, they could measure blood flow more rapidly and deeper below the surface than with current light-based technology. They could measure pulsating cerebral blood flow and could also detect changes when volunteers were given a mild increase in carbon dioxide.
When volunteers were given a simple mathematics problem, the researchers were able to measure activation of the prefrontal cortex through the forehead.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/brain-blood-flow-measured-with-non-invasive-light-method?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic
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