Biomedische ingenieurs aan de Universiteit van Californië, Davis, hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het meten van de bloedstroom in de menselijke hersenen, die kunnen worden gebruikt bij patiënten met een beroerte of traumatisch hersenletsel, bijvoorbeeld. De nieuwe techniek, gebaseerd op conventionele digitale cameratechnologie, aanzienlijk goedkoper en robuuster kunnen zijn dan eerdere methoden.

Het werk wordt beschreven in een artikel dat op 26 april in het tijdschrift is gepubliceerd optiek .

"Onze opzet is veelbelovend, en de kosten moeten lager zijn, " zei Wenjun Zhou, een postdoctoraal onderzoeker die samenwerkt met Vivek Srinivasan, universitair hoofddocent aan de UC Davis Department of Biomedical Engineering.

Als je een licht in een troebele oplossing schijnt, lichte deeltjes, of fotonen, zal in verschillende richtingen worden verspreid. Een experimentele techniek genaamd diffuse correlatiespectroscopie, of DCS, gebruikt in wezen deze benadering om in iemands schedel te kijken. Laserlicht wordt op het hoofd geschenen; als fotonen van de laser door de schedel en hersenen gaan, ze worden verspreid door bloed en weefsel. Een detector elders op het hoofd geplaatst, waar de fotonen weer naar buiten komen, pikt de lichtschommelingen op als gevolg van de bloedbeweging. Deze schommelingen geven informatie over de bloedstroom.

Het lichtsignaal is erg zwak, en hoe verder het door de schedel en het hersenweefsel gaat, hoe zwakker het wordt. Dus DCS vereist een aantal zeer gevoelige, dure enkele foton-tellende detectoren. Het versterken van het licht dat naar binnen gaat, kan de huid van de patiënt verbranden.

Interferentie om signaal te versterken

Zhou en Srinivasan pakten het anders aan, gebaseerd op het feit dat overlappende lichtgolven elkaar versterken of opheffen, als overlappende rimpelingen op een vijver.

Ze splitsen eerst de lichtstraal in "sample" en "referentie" paden. De monsterstraal gaat in het hoofd van de patiënt en een andere, sterker, referentiestraal wordt zo gerouteerd dat deze opnieuw verbinding maakt met de monsterstraal voordat hij naar de detector gaat. Dit versterkt het signaal, wat betekent dat in plaats van ongeveer 20 fotonen-tellende detectoren nodig te hebben die elk een paar duizend dollar kosten, de onderzoekers konden een enkele op CMOS gebaseerde digitale camerachip gebruiken voor een fractie van de prijs.

"Het sterke referentielicht versterkt het zwakkere signaal van het monster, ' zei Zhou.

Ze noemen de methode interferometrische diffuse golfspectroscopie, of iDWS. Een bijkomend voordeel is dat ze de kamerverlichting niet hoeven uit te doen tijdens het meten met iDWS, zei Zhou. Eventueel, ze kunnen zelfs buiten de hersenbloedstroom volgen, onder fel zonlicht.

Tot dusver, het team heeft hun apparaat getest door hersenopnamen te maken van vrijwilligers in het laboratorium. Ze werken samen met Dr. Bruce Lyeth en Dr. Lara Zimmermann in de afdeling Neurologische Chirurgie van UC Davis om de technologie te valideren en aan te passen voor eventueel gebruik in neurokritische zorg. UC Davis heeft een voorlopig patent aangevraagd op de technologie.