Biomedicinska ingenjörer vid University of California, Davis, har utvecklat en ny teknik för att mäta blodflödet i den mänskliga hjärnan, som kan användas till patienter med stroke eller traumatisk hjärnskada, till exempel. Den nya tekniken, baserad på konventionell digitalkamerateknik, kan vara betydligt billigare och mer robust än tidigare metoder.

Arbetet beskrivs i en artikel som publicerades den 26 april i tidskriften Optica .

"Vår upplägg är mycket lovande, och kostnaden borde vara lägre, sa Wenjun Zhou, en postdoktor som arbetar med Vivek Srinivasan, docent vid UC Davis Institutionen för biomedicinsk teknik.

Om du lyser in i en grumlig lösning, lätta partiklar, eller fotoner, kommer att spridas åt olika håll. En experimentell teknik som kallas diffus korrelationsspektroskopi, eller DCS, använder i huvudsak detta tillvägagångssätt för att titta in i någons skalle. Laserljus lyser på huvudet; när fotoner från lasern passerar genom skallen och hjärnan, de är utspridda av blod och vävnad. En detektor placerad någon annanstans på huvudet, där fotonerna tar sig ut igen, fångar upp ljussvängningarna på grund av blodrörelser. Dessa fluktuationer ger information om blodflödet.

Ljussignalen är mycket svag, och ju längre den passerar genom skallen och hjärnvävnaden, desto svagare blir det. Så DCS kräver ett antal mycket känsliga, dyra detektorer för enstaka fotonräkning. Att öka ljuset som går in riskerar att bränna patientens hud.

Störningar för att förstärka signalen

Zhou och Srinivasan tog ett annat tillvägagångssätt, baserat på det faktum att överlappande ljusvågor kommer att förstärka eller eliminera varandra, som överlappande krusningar på en damm.

De delade först ljusstrålen i "prov" och "referens" banor. Provstrålen går in i patientens huvud och en annan, starkare, referensstrålen dirigeras så att den återansluter till provstrålen innan den går till detektorn. Detta förstärker signalen, vilket innebär att istället för att behöva cirka 20 fotonräknande detektorer som kostar några tusen dollar styck, forskarna kunde använda ett enda CMOS-baserat digitalkamerachip för en bråkdel av priset.

"Det starka referensljuset förstärker den svagare signalen från provet, " sa Zhou.

De kallar metoden interferometrisk diffuserande vågspektroskopi, eller iDWS. En ytterligare fördel är att de inte behöver släcka rumsbelysningen när de gör mätningar med iDWS, sa Zhou. Så småningom, de kanske till och med kan övervaka hjärnans blodflöde utomhus, under starkt solljus.

Än så länge, teamet har testat sin enhet genom att göra hjärninspelningar från frivilliga i laboratoriet. De arbetar med Dr. Bruce Lyeth och Dr. Lara Zimmermann på UC Davis Department of Neurological Surgery för att validera och anpassa tekniken för eventuell användning inom neurokritisk vård. UC Davis har ansökt om ett provisoriskt patent på tekniken.