2012/05/B/ST7/01162

Kierownik projektu: Prof. dr hab. inż. Adam  Liebert

Celem projektu jest opracowanie nowej, nieinwazyjnej metodologii oceny map utlenowania kory mózgowej, która może zostać zastosowana w eksperymentach neurofizjologicznych, jak również do oceny niedotlenienia tkanki mózgowej.

Główną hipotezą badawczą jest możliwość topograficznej oceny utlenowania kory mózgowej w trakcie eksperymentów neurofizjologicznych przy wykorzystaniu nowej metodologii bazującej na nowatorskich optoelektronicznych technikach pomiarowych w połączeniu z algorytmami przetwarzania wielokanałowych sygnałów pomiarowych. Metodologia ta zapewni możliwość pomiaru z wysoką rozdzielczością przestrzenną z możliwością dyskryminacji sygnałów pochodzących z mózgu i struktur zewnątrzmózgowych (np. skóra, kości, płyn mózgowo-rdzeniowy).

Realizacja projektu obejmuje główne zagadnienia badawcze:
• Wykorzystanie modulacji częstotliwościowej źródeł światła w celu dyskryminacji sygnałów detekowanych przy różnych odległościach źródło-detektor. W rezultacie takiego kodowania źródeł, możliwe będzie zwiększenie liczby punków pomiarowych dla różnych odległości źródło-detektor (w celu uzyskania map utlenowania na całej powierzchni głowy z dyskryminacją tkanek zewnątrzmózgowych i tkanek kory mózgowej). Modulacja pozwoli również na szybkie i jednoczesne zbieranie danych z wielu kanałów pomiarowych, bez konieczności wykorzystywania sekwencyjnych przełączników optycznych.
• Wykorzystanie źródeł światła o różnej długości fali świetlnej w połączeniu z wyżej wspomnianą modulacją, pozwoli na ilościową ocenę mierzonych zmian koncentracji hemoglobin utlenowanej i zredukowanej w tkance mózgowej.
• Wykorzystanie techniki lock-in (pomiar wartości skutecznej RMS modulowanych sygnałów), pozwoli na istotne zwiększ stosunku sygnału do szumu. W konsekwencji, umożliwi to zwiększenie użytecznych odległości pomiędzy źródłami i detektorami.
• Zastosowanie techniki przetwarzania sygnałów bazującej na filtrowaniu adaptacyjnym pozwoli na określenie map zmian stężeń hemoglobiny dla małych odległości emiter-detektor jako szumu pomiarowego i w konsekwencji zredukowanie zakłóceń w użytecznych mapach utlenowania kory mózgowej zarejestrowanych dla dużych odległości emiter-detektor.

Jako rezultat projektu, zostanie opracowana nowa metodologia i oprzyrządowanie do obrazowania ukrwienia kory mózgowej na całej powierzchni głowy badanej osoby, umożliwiająca:
• otwarcie nowych kierunków eksperymentów neurofizjologicznych, które mogą dotyczyć osób znajdujących się w ruchu (chodzących, biegających, wykonujących różne prace, itp.) czy niekwalifikujących się do badań w funkcjonalnym rezonansie magnetycznym
• ocenę utlenowania kory mózgowej u pacjentów z uszkodzeniami mózgu,
• ciągłą ocenę ukrwienia mózgu, np. w trakcie udarów,
• ocenę ukrwienia kory mózgowej poprzez badanie napływu i klirensu optycznego środka kontrastującego do mózgu, w analogii do pomiarów rezonansem magnetycznym z wykorzystaniem środków kontrastujących,
• opracowanie technik oceny połączeń wewnątrzmózgowych, w analogii do technik bazujących na pomiarach rezonansem magnetycznym.