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美国ISS Imagent™近红外人脑成像仪

简介︰

Imagent™ 通过平衡时间和空间分辨能力,提供人脑认知区域位置研究其主要通过两种主要技术得以实现:

1. 功能近红外光谱成像技术(fNIRS)是一种无创的大脑皮层功能活动检测手段。其通过探测吸收光信号的改变,

从而对应着判断脑补发生激励反应的区域。光信号的改变(时间范围大于100ms),是由于该位置的含氧和脱氧血红蛋白浓度的变化。

2. 时间相关光学信号 (EROS),通过检测弥散信号后续激励的散射改变。

这种变化(时间范围小于100ms)神经胶质和神经元或者隔膜光学性质形状的改变引起的。


脑部成像技术可以宽泛地分为两组:一组技术具有较好的空间分辨率(可达1-2mm),但是时间分辨率较差;如功能性磁共振成像(fMRI)和正电子体层成像技术(PET)。

第二组技术是具有优秀的时间分辨能力(一般ms级),单空间分辨能力有限;如事件相关脑电位技术和脑磁图描技术(MEG)。

Imagent™能够同时捕获满信号(血液动力学变化)和快信号变化(EROS)。

注意: 临床实验设备。受限美国联邦法律,ISS MetaOx™现阶段只作为临床研究使用。


产品概述和特点

Imagent™ 工作原理

Imagent的工作原理是使用近红外光探测大脑皮层表面。主要的组织吸收区横跨700nm-900nm区域,为氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb);在小范围内,水,脂肪和细胞色素氧化酶也会吸收一部分光。在这个波长范围内,光的渗透深度具有非常重要的意义。对于典型的头部组织(皮肤/头皮,骨头和皮质层),吸收系数μa = 0.1 cm-1 和散射系数 μs' = 8 cm-1,当探头距离测源为100px时,最大渗透深度可以估算出为37.5px。渗透深度将会随着测源和探测器的距离增大而加深,但是将会极大降低测试的信噪比。


Figure 1. 600-1100nm时,主要组织吸收能力.

Imagent™ 利用激光二极管发出690 nm 和830 nm光波长。通过光纤光路传输到人头上。一旦进入组织,近红外光虽然很微弱的被吸收,但是将会被组织的不均一性所极大的散射。

一小部分光将反射离开组织,通过光纤收集探测器输送到检测器,进行数据分析处理。光纤通过设计的头盔固定,适合成人和儿童等不同情况;对于特殊区域的研究,也可选用衬垫式传感器。

对于成人,可最多将128个光纤和多大60个探测器束(共3840通道)安置在成人脑袋上。

不同的模式(蒙太奇)刺激和收集光纤可选。


Figure 2. 通过 Imagent™光渗透入大脑组织

Imagent™利用频域技术将光源调制到高频(大约100MHz),通过测量探测信号三个参数:强度,调制深度和横穿组织时间(相位延迟)。其中三个参数中的任意两个参数结合,都能被用来改变生理学参数,从而通过指令改变参数,研究特别生理参数测量或减少生理干扰噪声和时间范围内的事件测量


技术参数


Imagent™配置

操作方式

  • 方法:频域

  • 调制频率 110 MHz

  • 采样时间:最小 15 ms

  • 光路通道数16;可升级到 480

测量参数: fNIRS

  • [O2Hb] 氧含血红蛋白改变

  • [HHb] 脱氧血红蛋白改变

  • [Hb总血红蛋白改变

测量参数: EROS

  • 信号强度

  • 信号相位延迟

光源

  • 光纤耦合激光二极管

  • 波长:690 nm  830 nm

  • 激光功率10 mW 

检测器

光电倍增管

传感器

可选光电倍增管室温或制冷

接口

可通过Talairach 认证Polemus脑部连接FastTrack 

前置放大甄别器

600 MHz带宽, TTL 输出

计算机和操作系统

Intel CPU, Windows 7 

电源

通用电源输入 110-240 V, 250 W


Imagent™应用

fNIRS

认知神经学

  • 听觉皮层

  • 运动皮层

  • 视觉皮层

  • 语言中心

生理学监测

  • 压力研究

  • 记忆老化

  • 人脑癫痫区域绘制

虚拟现实

大脑计算接口

EROS

认知神经学

  • 听觉皮层

  • 运动皮层

  • 视觉皮层

  • 语言中心


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