Работа описана в статье, опубликованной 26 апреля в журнале Optica.«Наша установка очень многообещающая, и ее стоимость должна быть ниже», — сказал Вэньцзюнь Чжоу, научный сотрудник, работающий с Вивеком Сринивасаном, доцентом кафедры биомедицинской инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе.Если вы направите свет в мутный раствор, частицы света или фотоны будут рассеиваться в разных направлениях. Экспериментальная техника, называемая диффузной корреляционной спектроскопией, или DCS, по сути, использует этот подход, чтобы заглянуть внутрь чьего-то черепа.
На голову светят лазерный луч; когда фотоны от лазера проходят через череп и мозг, они рассеиваются кровью и тканями. Детектор, размещенный в другом месте на голове, где фотоны снова выходят, улавливает колебания света из-за движения крови. Эти колебания предоставляют информацию о кровотоке.
Световой сигнал очень слабый, и чем дальше он проходит через череп и ткани мозга, тем слабее он становится. Таким образом, DCS требует ряда очень чувствительных и дорогих детекторов счета одиночных фотонов. Повышение освещенности может привести к ожогам кожи пациента.
Помехи для усиления сигналаЧжоу и Шринивасан использовали другой подход, основанный на том факте, что перекрывающиеся световые волны будут усиливать или нейтрализовать друг друга, как перекрывающаяся рябь на пруду.Сначала они разделяют световой луч на «пробный» и «эталонный» пути.
Луч пробы проходит в голову пациента, а другой, более сильный, эталонный пучок направляется так, чтобы он повторно соединялся с пучком пробы перед тем, как попасть в детектор. Это усиливает сигнал, а это означает, что вместо примерно 20 детекторов для подсчета фотонов, каждый из которых стоит несколько тысяч долларов, исследователи могут использовать один чип цифровой камеры на основе КМОП за небольшую плату.
«Яркий эталонный свет усиливает более слабый сигнал от образца», — сказал Чжоу.Они называют метод интерферометрической спектроскопией диффузных волн или iDWS.
По словам Чжоу, дополнительным преимуществом является то, что им не нужно выключать свет в комнате при проведении измерений с помощью iDWS. В конце концов, они могут даже контролировать кровоток в головном мозге на открытом воздухе при ярком солнечном свете.На данный момент команда проверила свое устройство, сделав записи мозга добровольцев в лаборатории.
Они работают с доктором Брюсом Лайтом и доктором Ларой Циммерманн в отделении неврологической хирургии Калифорнийского университета в Дэвисе, чтобы проверить и адаптировать технологию для последующего использования в нейрокритической помощи. Калифорнийский университет в Дэвисе подал заявку на предварительный патент на эту технологию.