01

研究背景

大腦血流調節對維持正常的大腦功能和組織活力至關重要。在高碳酸血癥過程中測量CBF可得出腦血管反應性(CVR)， CVR的定義是動脈血二氧化碳壓力單位變化中CBF的變化百分比。這種CVR的測量顯示了腦血管在高碳酸血癥反應中擴張的能力，是一個成熟的生物標志物，用于誘發腦血流動力學反應和評估腦血管功能。
 

02

研究方法
 

2.1、實驗被試

實驗一中，被試為年齡范圍為23-55歲的3女5男健康被試。
 

實驗二中，被試為實驗一中八位被試中的2，3和5號，于另一天回來做額外測量。此外，還有一位新被試，于是實驗二中共有4名被試。
 

2.2、實驗材料

無
 

2.3、實驗流程

受試者呼吸醫療空氣時5分鐘正常碳酸基線，吸入摻有5%二氧化碳的醫療空氣時3分鐘高碳酸血癥，以及吸入醫療空氣后5分鐘的正常碳酸恢復。在實驗過程中，氣體混合物被從氣罐運送到一個可變體積的儲氣罐(以允許循環呼吸)，然后通過面罩運送至受試者。使用氣體流量控制器保持空氣流量在10L/min。
 

實驗一：光學探針被放置在受試者前額的右側。探頭由兩個源光纖對的線性陣列和兩個探測器光纖束圍繞兩個源之間的中線對稱組成。這種安排允許兩個單距離測量在35毫米，兩個單斜率測量25和35毫米，和一個雙斜率測量與兩個25毫米和兩個35毫米的距離。近紅外數據采樣率9.93Hz。
 

實驗二：光學探針被放置在與實驗一探針所感知的前額區域大致相同的位置。該光學探頭有兩個雙斜率布置，橫向間距為10毫米：一只直接接觸頭皮，另一只接觸一個5mm厚的層，該層由散射像置于纖維與頭皮之間。
 

2.4 數據采集和處理

FD-NIRS數據是用商業儀器采集的(Imagent, ISS, Inc.， Champaign, IL)，工作波長為690和830 nm，調制頻率為140.625MHz。
 

檢測并去除原始SDI和SDϕ數據中的運動偽影。直觀地檢測出類步進運動偽影(特征時間< 1 s的信號中的任何快速瞬態步進變化)，并通過在該步改變后的信號中添加偏移量來校正它們。然后我們應用了一種基于離散小波的運動偽影校正方法來去除信號中的任何尖波。
 

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研究結果

對于兩個個體SD測量值的比較，對所有受試者進行配對t檢驗，結果顯示，兩個個體SD測量值的log2[CVRSDI/CVRSDφ]之間沒有顯著差異(p>0.1)。另一方面，在對SS數據進行類似配對t檢驗時，兩個體SS測量值的log2[CVRSSI/CVRSSφ]存在顯著差異(p<0.05)。
 

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實驗結論

FD-NIRS測量的CVR與理論模擬使用兩層介質比使用均勻介質預測的大腦Sc吸收變化的敏感性更一致。結果表明，雙層模型比均勻模型更能準確地預測實驗數據。我們的結果表明，在存在較薄的腦外組織層(小于8-13 mm)的情況下，比其下方的大腦組織散射更大，斜率強度測量(SSI, DSI)可能比斜率相位測量對大腦更敏感。

Sensitivity of frequency-domain optical measurements to brain hemodynamics: simulations and human study of cerebral blood flow during hypercapnia

DOI：10.1364/BOE.412766