Гибридный iNIRS из ICTER разделил кровоток по времени пролёта фотонов у двух добровольцев

Исследователи, связанные с Международным центром трансляционных исследований глаза (ICTER) при Институте физической химии Польской академии наук, создали гибридную систему интерферометрической спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (hybrid iNIRS) с перестраиваемым источником. По данным открытой статьи на nature.com, опубликованной в Scientific Reports, её испытали на предплечье и лбу двух здоровых добровольцев nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Авторы, Marcin Marzejon и Dawid Borycki, объединили кодирование времени пролёта (TOF) с многопятнистой гетеродинной детекцией на камере nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Длина волны лазера составляла около 780 нм nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Зачем объединили два подхода

Обычный iNIRS разделяет сигналы по времени, которое свет проводит в ткани. Но одномодовый сбор ограничивает число фотонов, а одноканальная схема требует высокой аналоговой полосы и частоты оцифровки nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Непрерывный параллельный интерферометрический NIRS (CW-πNIRS) собирает больше фотонов за счёт пространственного мультиплексирования на матрицах камер. При этом он теряет информацию о TOF и ограничен скоростью считывания камеры nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Гибридная платформа призвана сохранить контраст по TOF и повысить детектирование фотонов nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Задача важна, потому что оптическое измерение кровотока на лбу даёт смешанный сигнал. Часть его приходит от кровообращения в коже головы, часть — от более глубоких тканей, и трудно понять, что наблюдаемое изменение говорит о кровоснабжении мозга nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Скорость развёртки и результаты in vivo

Эксперименты на жидких фантомах показали соотношение между скоростью развёртки и декорреляцией спеклов. В контролируемых условиях частоты развёртки от 10 кГц были достаточны, чтобы опередить декорреляцию и сохранить контраст по TOF nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. In vivo требовались более высокие частоты, как правило 50–100 кГц, чтобы поспевать за более быстрой физиологической динамикой nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Измерения на предплечье и лбу показали кровоток с разрешением по глубине при манжетной окклюзии nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. На лбу для ограничения кровообращения в коже головы использовали повязку. При её затягивании поздно приходящий свет реагировал слабее, что указывает на больший вклад глубоких тканей nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗. Авторы также сообщают, что должным образом обработанный сигнал камеры воспроизводит отклик кровотока, наблюдаемый в iNIRS для поздно приходящих фотонов nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.

Работа представляет собой демонстрацию на двух здоровых добровольцах. Авторы заявляют, что подход преодолевает и нехватку фотонов, и предел электронной полосы и даёт масштабируемую аппаратную основу для измерения гемодинамики in vivo nature.comnature.comnature.comОткрыть источник ↗.