Imagent功能性脑成像系统

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Overview of Imagent

Imagent为人脑表面区域相关的认知学研究提供了时间与空间分辨率之间的平衡,主要通过以下两个技术来实现:

  1. 功能性近红外光谱技术 (fNIRS):这项技术探测了外界刺激下光学信号的吸收是如何做出相应改变的,并且提供了改变发生区域的图纸。光学信号的改变 (时间尺度 > 100 ms)是由含氧和脱氧血红蛋白浓度的局部变化而造成的。

  2. 事件相关光学信号 (EROS):这项技术探测了外界刺激下扩散信号的散射部分是如何改变的。这样的变化 (时间尺度 < 100 ms) 是由神经胶质细胞与神经元形状,以及/或者细胞膜光学性质发生的改变所造成的。

大脑成像技术可以被大体上分为两组。一组拥有较好的空间分辨率 (上至1 - 2 mm) ,但是其时间分辨率较差,例如说功能磁共振成像 (fMRI) 和正电子发射断层成像 (PET)。第二组则拥有出色的时间分辨率 (微秒量级),但是只能提供有限的空间信息。这一组包括了事件相关电位 (ERP) 和脑磁图技术 (MEG)。Imagent既能够捕捉低速信号 (血流动力学) 和又可以获取快速信号 (EROS) 。

警告:这是研究性器械,被联邦 (或美国) 法律限制为用于研究。ISS Imagent目前只能被用于科研。

Imagent的关键特征

测量振幅和平均运输时间的改变

测量振幅和平均运输时间的改变

上至50 Hz的快速测量

上至50 Hz的快速测量

可用于广泛的研究

可用于广泛的研究

Imagent的应用

fNIRS

认知神经科学

  • 听觉皮层
  • 运动皮层
  • 视觉皮层
  • 语言中枢

生理学监测

  • 压力研究
  • 衰老中的工作记忆
  • 绘制大脑中的癫痫区域

虚拟现实

脑机接口

EROS

认知神经科学

  • 听觉皮层
  • 运动皮层
  • 视觉皮层
  • 语言中枢

Imagent是如何运作的

Imagent的工作原理是基于近红外光在皮质表面探测中的应用。跨越700 nm至900 nm波长范围的主要组织吸收体是含氧血红蛋白 (HbO2) 和脱氧血红蛋白 (Hb);在更小的尺度中,水、脂肪和细胞色素氧化酶都对光的部分吸收有帮助。在这个波长范围内,光在组织中的穿透深度相当显著。对于一个典型的头部组织 (皮肤/头皮,头骨和皮质层),其吸收系数为μa = 0.1 cm-1和散射系数为μs' = 8 cm-1,那么当探测器被放置在距光源4 cm处,最大光学穿透力可估算为1.5 cm左右。通过增加光源和探测器之间的距离,穿透深度可以被增加,尽管最后测量的信噪比会变差。

Main Tissue Absorbers Wavelengths
图1. 600 - 1100 nm范围内的主要组织吸收体

Imagent采用在690 nm和830 nm处发射的激光二极管。光被位于头部的光纤传递。近红外光进入组织后,虽然被微弱地吸收了,但它还是会被组织均匀地高度散射。一部分光离开组织,由收集光纤将其收集并带回该单元中的光探测器进行数据处理。光纤被一个头套所固定,大人和小孩都可以使用它;对于特定区域的研究,有垫片传感器可供使用。一个成年人的头部可以放置高达128根光纤和高达60个探测器束 (总共3,840个光学通道)。可以使用不同的激发图样 (蒙太奇) 和收集光纤。

Light penetration in brain tissue
图2. 使用Imagent实现光在脑组织中的穿透

Imagent采用频域技术,但在高频处 (100 MHz的量级) 对光源进行调制,并且测量了被探测信号的三个参数:强度、调制深度和穿过组织所需的时间 (相位延迟)。结合这三个测量量中的任意两个都可以被用作提供生理参数的变化,该选择取决于要测量的特定参数、减少生理噪声的需要和将要测量事件的时间尺度。

Product Specifications for Imagent

操作
  • 方法:频域
  • 调制频率 110 MHz
  • 样本时间:最小15 ms
  • 光学通道的数量:16至960
fNIRS测量参数
  • O2Hb氧合血红蛋白的改变
  • HHb脱氧血红蛋白的改变
  • Hb血红蛋白总量的改变
EROS测量参数
  • 信号强度
  • 信号相位延迟
光源
  • 纤维耦合激光二极管
  • 波长:690 nm和830 nm
  • 激光功率:平均10 mW
光探测器
  • 光电倍增管
光极
  • 激发的成对纤维,直径为400 µm
  • 一系列纤维束,直径为3 mm
接口
  • 可通过用于alairach脑坐标配准技术的Polhemus对接到FastTrack
前置放大器鉴频器
  • 600 MHz带宽,TTL输出
计算机和操作系统
  • 因特尔类型CPU,Windows 11操作系统
电源要求
  • 通用电源输入:110 - 240 V, 250 W
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Imagent的产品配件

产品资源