密歇根大学研发便携式脑震荡光谱仪 使用红外光测量大脑代谢

　　近日，一种新的检测脑震荡的新方法问世，主要是是利用激光向大脑传递红外（IR）光脉冲，激光与大脑中的线粒体细胞色素C氧化酶（CCO）相互作用，其中，CCO是一种对大脑新陈代谢重要的线粒体细胞。众所周知，当细胞处于困境时，CCO会降低。密歇根大学副教授Ioulia Kovelman说，“测量CCO可以告诉我们大脑组织是否健康，是否正在代谢或‘正常进食’。”

　　SCISCCO设备使研究人员能够同时观察组织中的氧气和细胞代谢。这可能为医生提供一种快速、无创的方法来监测脑细胞的健康状况。由Joseph Xu/密歇根工程、通信和市场部提供。

　　为了无创地测量CCO和血氧合的变化，密歇根大学的研究人员开发了细胞色素C氧化酶（SCISCCO）系统的超连续红外光谱仪，它使用全纤维集成的超连续谱红外光谱仪同时测量CCO和神经代谢的传统血液氧合指标。除了提供有关大脑是否获得氧气的实时信息外，新设备还可以提供大脑细胞是否能够利用氧气的信息。通过可靠地测量脑代谢，SCISCCO系统可能会更快、更确定地诊断脑震荡。

　　研究人员使用750nm到900nm之间的波长来激发CCO。以前的实验都是用红外灯激发CCO分子，但通过这些实验，CCO发出的信号不是很明显。Mohammed Islam教授说：“血红蛋白可以告诉我们血氧水平的含量，它也对我们用来探测CCO的波长范围有反应，并且在人体组织中的含量要高10至20倍。我们需要一个来自CCO的更强的信号，以将其与人体内的血红蛋白和其他分子区分开，我们通过使用比灯亮近10倍的激光获得更强的响应。”

　　增加的亮度，以及在测量过程中抑制噪声的测量技术，允许在使用便携式设备进行认知注意测试时可靠地测量CCO。这种注意力测试通常用于脑震荡患者。

　　研究人员对25名受试者进行了一项初步研究，他们使用认知注意测试，结合血压和屏气方法等技术的原则性生理验证。通过确认CCO的近红外光谱，验证了SCISCCO体系的有效性。为了证明在体内的可行性，将人体受试者的氧化反应和CCO对急性缺血的反应（如血压测试）与文献中的数据进行比较。研究人员进一步证明，新装置对呼气困难时氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）的测量结果与先前报道的结果一致。

　　当人们完成注意力任务时，研究人员观察到额叶的充氧血流量增加，额叶是大脑能够参与的必不可少的部分。科维尔曼说：“随着含氧血流量的增加，我们还看到了大脑CCO氧化还原状态的变化，换句话说，随着氧气供应的增加，忙于处理这项任务的额叶神经元消耗的氧气也随之增加。这意味着我们的新方法可以有效地测量大脑的新陈代谢，这是大脑功能的指标。”

　　SCISCCO系统利用全光纤集成超连续光源作为一项关键的使能技术，具有成为一种实用、经济、便携、无创监测医疗设施中大脑和器官氧合和代谢的手段的潜力。SCISCCO系统的应用范围很广，从用于筛查脑震荡患者的新工具到在重症监护室使用以评估患者对治疗的器官反应。密歇根大学正在寻求专利保护，并寻求合作伙伴将这项技术推向市场。

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