ผลการถ่ายภาพด้วยแสงในสมองจาก oximetry สมองในภูมิภาคและการถ่ายภาพความร้อน

บริษัท Suyzeko ได้ทำการวิจัยผลิตภัณฑ์ใหม่ เครื่อง photobiomodulation สมอง บริษัท ของเราใช้เวลามากกว่า 1 ปีในการค้นคว้าผลิตภัณฑ์และเราเชิญศาสตราจารย์ให้ทำวิจัยให้เรา ดูบทความต่อไปนี้สำหรับรายละเอียด

หน่วยวิจัยสำหรับการแพทย์เลเซอร์เสริมและบูรณาการหน่วยวิจัยของวิศวกรรมชีวการแพทย์ในการดมยาสลบและการแพทย์ผู้ป่วยหนักและศูนย์วิจัย TCM GRAZ, Medical University of Graz, Auenbruggerplatz 39, EG19, 8036 GRAZ, ออสเตรีย, ออสเตรีย, ออสเตรีย

ได้รับ: 4 มกราคม 2019 / ยอมรับ: 15 มกราคม 2019 / เผยแพร่: 16 มกราคม 2019

เชิงนามธรรม:

มีการแนะนำอุปกรณ์ชิ้นใหม่สำหรับ LED (ไดโอดเปล่งแสง) photobiomodulation ผลลัพธ์เบื้องต้นจากความอิ่มตัวของออกซิเจนในสมองในภูมิภาคและจากความร้อนจะแสดงก่อนระหว่างและหลังการกระตุ้น ขั้นตอนนี้นำเสนอวิธีใหม่ในการหาปริมาณผลกระทบทางชีวภาพของวิธีการรักษาที่เป็นนวัตกรรมที่เป็นไปได้ อย่างไรก็ตามการวัดเพิ่มเติมเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

คำสำคัญ:

Photobiomodulation; สมอง; การกระตุ้น LED (ไดโอดเปล่งแสง); การบำบัดด้วยแสง; ความยาวคลื่น; จังหวะ; ภาวะสมองเสื่อม; โรคทางจิต; ความอิ่มตัวของออกซิเจนในสมองในภูมิภาค การถ่ายภาพความร้อน หมวกกันน็อก LED

การถ่ายภาพสมอง (PBM) ที่มีสีแดงถึงอินฟราเรด (NIR) ไดโอดเปล่งแสง (LED) อาจเป็นการบำบัดที่เป็นนวัตกรรมสำหรับความผิดปกติทางระบบประสาทและจิตวิทยาที่หลากหลาย [1] แสงสีแดง/NIR สามารถกระตุ้นโซ่ทางเดินหายใจไมโตคอนเดรียลคอมเพล็กซ์ IV (cytochrome C oxidase) และเพิ่ม ATP (adenosintriphosphate) การสังเคราะห์ [1,2,3] นอกจากนี้การดูดซับแสงโดยช่องไอออนนำไปสู่การปลดปล่อย Ca2+ และการเปิดใช้งานปัจจัยการถอดความและการแสดงออกของยีน [1] การรักษาด้วยสมอง PBM สามารถปรับปรุงความสามารถในการเผาผลาญของเซลล์ประสาทและสามารถกระตุ้นการตอบสนองต้านการอักเสบต่อต้าน apoptotic และสารต้านอนุมูลอิสระเช่นเดียวกับ neurogenesis และ synaptogenesis [1] ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่า PBM อาจเพิ่มขึ้นตัวอย่างเช่นการทำงานของสมองส่วนหน้าของผู้สูงอายุในลักษณะที่ปลอดภัยและคุ้มค่า [4]
บทความนี้แนะนำอุปกรณ์ LED ชิ้นใหม่ (รูปที่ 1) สำหรับการถ่ายภาพด้วยแสงในสมองรวมถึงผลลัพธ์เบื้องต้นจากการวัดสเปกโทรสโกปีใกล้เคียงและการถ่ายภาพความร้อน

รูปที่ 1 การวัดครั้งแรกด้วยหมวกกันน็อก LED (Light Emitting Diode) หมวกกันน็อกโฟโตไบโอโมดอเรนต์ (ต้นแบบจาก Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, China) ที่ศูนย์วิจัย TCM ที่มหาวิทยาลัย Medical of Graz, ออสเตรีย, ยุโรปดำเนินการเมื่อวันที่ 25 ธันวาคม 2018 .

การทดลองขั้นพื้นฐานและทางคลินิกครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพสมองได้เสร็จสิ้นแล้ว อย่างไรก็ตามในปัจจุบันยังคงขาดอุปกรณ์ที่มีประโยชน์สำหรับขั้นตอนการรักษา [1,2,3,4,5,6,7,8] Suyzeko (Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, China) พัฒนาต้นแบบของอุปกรณ์ที่เป็นนวัตกรรม ที่ศูนย์วิจัย TCM (การแพทย์แผนจีน) (ประธาน: Gerhard Litscher) ของ Medical University of Graz การวัดการทดสอบครั้งแรกได้ดำเนินการกับการก่อสร้างนี้ (รูปที่ 1) ข้อมูลเบื้องต้นของการวัดนักบินนี้จะถูกนำเสนอที่นี่

ปัจจุบันอุปกรณ์ขึ้นอยู่กับ LED อินฟราเรดโดยใช้ความยาวคลื่น 810 นาโนเมตร ความยาวคลื่นนี้ได้รับการพิสูจน์เมื่อเร็ว ๆ นี้ (2018) เป็นหนึ่งในสิ่งที่ดีที่สุดสำหรับการกระตุ้นด้วยเลเซอร์/แสง transcranial [9] ผลลัพธ์ได้รับการยืนยันโดยการวัดที่ดำเนินการโดยทีมวิจัยของเรา [5,6,7,8,10]

สำหรับหมวกกันน็อกกระตุ้นใหม่ทั้งหมด 256 LED ที่มีความยาวคลื่น 810 นาโนเมตรถูกนำมาใช้ (รูปที่ 2) การตรวจสอบได้ดำเนินการกับไฟ LED ทั้งหมด (n = 256) ในโหมดแอคทีฟ (60 MW; LED หนึ่ง LED; 24 mW/cm2; ~ 15 W หมวกทั้งหมด) ระยะเวลาของการกระตุ้นคือ 15 นาที รูปที่ 2 ยังแสดงการส่งแสงสำหรับกะโหลกศีรษะของมนุษย์ (ด้านล่างและด้านขวา) สำหรับการคำนวณเพิ่มเติมสำหรับปัจจัยการส่งข้อมูลดูสิ่งพิมพ์ก่อนหน้านี้ [6,7,8,9,10,11]

รูปที่ 2 หมวกกันน็อกจาก Suyzeko (เซินเจิ้น, จีน) สำหรับการบำบัดด้วยแสงในสมองที่เป็นไปได้ (3 มกราคม 2019)

การวัดการเปลี่ยนแปลงของความอิ่มตัวของออกซิเจนในสมองในภูมิภาค (RSO2) ได้ดำเนินการโดยใช้ InvOS 5100C oximeter (Somanetics Corp. , Troy, MI, USA) ใกล้กับอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีเป็นวิธีที่ไม่รุกล้ำสำหรับการวัด RSO2through กะโหลกศีรษะที่ไม่บุบสลายซึ่งได้รับการใช้งานอย่างประสบความสำเร็จในการวิจัยทางการแพทย์ขั้นพื้นฐานและข้อบ่งชี้ทางคลินิกเป็นเวลาหลายปี [6] แสงใกล้อินฟราเรด (730 และ 805 นาโนเมตร) ถูกปล่อยออกมาผ่านผิวหนังและหลังจากผ่านเนื้อเยื่อชนิดต่าง ๆ (ผิวหนังและกระดูก) แสงที่ส่งคืนจะถูกตรวจพบในระยะทางสองระยะทางจากแหล่งกำเนิดแสง (3 และ 4 ซม.) ขึ้นอยู่กับหลักการนี้การดูดซึมสเปกตรัมของเลือดในโครงสร้างที่ลึกกว่า (2–4 ซม.) สามารถกำหนดและกำหนดเป็น RSO2 [5,12] เซ็นเซอร์ถูกนำไปใช้ในพื้นที่ด้านหน้าทางด้านขวาและด้านซ้ายของสมองของอาสาสมัครที่มีสุขภาพดี (ดูรูปที่ 1) เพื่อลดอิทธิพลของแสงภายนอกหัวในพื้นที่นี้ถูกปกคลุมด้วยแถบยืดหยุ่นในระหว่างขั้นตอนการบันทึกและการกระตุ้น หลังจากเวลาพัก 20 นาทีการกระตุ้น LED ก็เปิดอยู่ ผลลัพธ์ของสามส่วน (ก่อน (20 นาที) ระหว่าง (15 นาที) และหลังจากการกระตุ้น (20 นาที)) จะถูกระบุในรูปที่ 3 หมายเหตุการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญใน RSO2 (ด้านซ้ายและขวา) ในระหว่างและแม้กระทั่งหลัง transcranial การกระตุ้น LED การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 3 ผลลัพธ์ของการวัดนักบินครั้งแรกด้วยหมวกกันน็อกการกระตุ้น LED จาก Suyzeko (เซินเจิ้น, จีน) สังเกตการเพิ่มขึ้นของความอิ่มตัวของออกซิเจนในสมองในภูมิภาคระหว่างและหลังการกระตุ้นทางด้านซ้ายและขวา

รูปที่ 4 ผลลัพธ์จากการถ่ายภาพความร้อนของการวัดนักบินครั้งแรกโดยใช้หมวกกันน็อกกระตุ้นใหม่ สังเกตการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิบนหมวกกันน็อก (แถวบน; A ก่อนหน้า b ระหว่างและ c หลังจากการกระตุ้น) บนหน้าผาก (แถวกลาง; d - f) และบนคาง (แถวล่าง; g - i)

การรักษาด้วย PBM ได้รับการพัฒนามานานกว่า 50 ปีแล้ว อย่างไรก็ตามยังไม่มีข้อตกลงร่วมกันเกี่ยวกับพารามิเตอร์และโปรโตคอลสำหรับการใช้งานทางคลินิก ทีมวิจัยบางคนแนะนำให้ใช้ความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่า 100 mW/cm2 และความหนาแน่นของพลังงาน 4 ถึง 10 J/cm2 [11] กลุ่มอื่น ๆ แนะนำให้มากถึง 50 J/cm2 ที่พื้นผิวเนื้อเยื่อ [11] พารามิเตอร์เช่นความยาวคลื่นพลังงานความคล่องแคล่วพลังงานการฉายรังสีโหมดชีพจรระยะเวลาการรักษาและอัตราการทำซ้ำสามารถใช้ในช่วงกว้าง ผลลัพธ์เบื้องต้นของเราในปัจจุบันแสดงให้เห็นถึงการตอบสนองที่ชัดเจนของสมอง RSO2 ที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้น LED อย่างไรก็ตามจะต้องมีการกล่าวถึงว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและผลกระทบเหล่านี้จะต้องนำมาพิจารณาในการศึกษาเพิ่มเติมในรายละเอียด นอกจากนี้ยังมีข้อเท็จจริงที่ว่าการศึกษาที่ไม่มีประสิทธิภาพในเซลล์ที่มีกิจกรรมไมโตคอนเดรียสูงดูเหมือนจะเกิดขึ้นบ่อยกว่าการใช้ยาเกินกว่าที่จะลดลง [11] ดังนั้นการศึกษาทางคลินิกที่เกี่ยวข้องกับปริมาณการกระตุ้นที่ดีที่สุดจึงเป็นสิ่งจำเป็น

Transcranial PBM ปรากฏว่ามีแนวโน้มที่จะรักษาโรคทางจิตที่แตกต่างกัน Pitzschke และคณะ [13] นอกจากนี้ยังวัดการแพร่กระจายของแสงในพื้นที่ต่าง ๆ ของโรคพาร์กินสัน (PD)-เนื้อเยื่อสมองส่วนลึกที่เกี่ยวข้องในระหว่างการส่องสว่าง transcranial และ transsphenoidal (ที่ 671 และ 808 nm) ของหัวซากศพและพารามิเตอร์แสงแบบจำลองของเนื้อเยื่อสมองมนุษย์มนุษย์ การจำลองคาร์โล การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะส่องสว่างเนื้อเยื่อสมองลึก transcranially และ transsphenoidally สิ่งนี้เปิดตัวเลือกการรักษาสำหรับผู้ประสบภัย PD หรือโรคสมองอื่น ๆ ที่จำเป็นต้องใช้การรักษาด้วยแสง [13]

มีการตรวจสอบหลายประการเกี่ยวกับผลข้างเคียงที่เป็นไปได้สำหรับ LED PBM ตัวอย่างเช่น Moro และคณะ สำรวจผลกระทบของการใช้งานในระยะยาวนานถึง 12 สัปดาห์ของ PBM (670 nm) ในลิง macaque ที่ไร้เดียงสา พวกเขาไม่พบพื้นฐานทางเนื้อเยื่อวิทยาสำหรับข้อกังวลด้านความปลอดภัยทางชีวภาพที่สำคัญใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ PBM ที่ส่งโดยวิธีการในกะโหลกศีรษะ [14] Hennessy และ Hamblin ยังชี้ให้เห็นถึงความปลอดภัยที่จัดตั้งขึ้นแล้วและการขาดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์จาก Transcranial PBM [2]

ผลลัพธ์เบื้องต้นมีแนวโน้มมาก อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องมีงานวิจัยเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถใช้งานได้เช่น PBM รูปแบบใหม่นี้เป็นวิธีการรักษา นักวิจัยหลายคนเชื่อว่า PBM ที่มี LED และ/หรือเลเซอร์สำหรับความผิดปกติของสมองจะกลายเป็นหนึ่งในแอพพลิเคชั่นทางการแพทย์ที่สำคัญที่สุดของการรักษาด้วยแสงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าและหลายทศวรรษที่ผ่านมา [3]

เงินทุน
งานวิจัยนี้ไม่ได้รับเงินทุนภายนอก
กิตติกรรมประกาศ
ผู้เขียนขอขอบคุณ Shenzhen Guangyang Zhongkang Technology Limited, Shenzhen, China สำหรับอุปกรณ์ LED ใหม่และเซ็นเซอร์ NIRS นอกจากนี้เขายังต้องการขอบคุณ Daniela Litscher, MSC PhD สำหรับความช่วยเหลือที่มีค่าของเธอในการบันทึกข้อมูล งานวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์วิจัย TCM Graz ได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยกระทรวงวิทยาศาสตร์การวิจัยและเศรษฐกิจของรัฐบาลออสเตรียออสเตรีย
ผลประโยชน์ทับซ้อน

ผู้เขียนประกาศว่าไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์

การอ้างอิง
Salehpour, F .; Mahmoudi, J .; Kamari, F .; Sadigh-Eteghad, S. ; Rasta, SH; Hamblin, Mr Brain Photobiomodulation Therapy: การทบทวนการเล่าเรื่อง โมล Neurobiol 2018, 55, 6601–6636 [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hennessy, M.; Hamblin, Mr Photobiomodulation และสมอง: กระบวนทัศน์ใหม่ J. Opt. 2017, 19, 013003. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Hamblin, Mr Shining Light บนหัว: photobiomodulation สำหรับความผิดปกติของสมอง BBA Clin 2016, 6, 113–124 [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
ชาน, เป็น; Lee, TL; Yeung, MK; Hamblin, Mr Photobiomodulation ช่วยเพิ่มฟังก์ชั่นการรับรู้ด้านหน้าของผู้สูงอายุ int. J. Geriatr จิตเวชศาสตร์ 2018 [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, G. Transcranial Laser Stimulation Research-A หมวกกันน็อกใหม่และข้อมูลแรกจากสเปคโทรสใกล้เคียง Medicines 2018, 5, 97. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, G.; Litscher, D. ด้านวิทยาศาสตร์ของการแพทย์เลเซอร์นวัตกรรม ในการฝังเข็มด้วยเลเซอร์และยาเลเซอร์นวัตกรรม Bahr, F. , Litscher, G. , Eds .; Bahr & Fuechtenbusch: มิวนิค, เยอรมนี, 2018; บทที่ 3; pp. 13–77 [Google Scholar]
Litscher, D. ; Litscher, G. การรักษาด้วยเลเซอร์และโรคหลอดเลือดสมอง: ปริมาณของข้อกำหนดด้านระเบียบวิธีในการพิจารณาเลเซอร์สีเหลือง int. J. Photoenergy 2013, 2013, 575798. [Google Scholar] [CrossRef]
Litscher, D. ; Litscher, G. Laser Therapy และภาวะสมองเสื่อม: การวิเคราะห์ฐานข้อมูลและแง่มุมในอนาคตเกี่ยวกับระบบ LED int. J. Photoenergy 2014, 2014, 268354. [Google Scholar] [CrossRef]
Wang, P.; Li, T. ความยาวคลื่นใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ระดับต่ำ transcranial? J. Biophotonics 2018, E201800173 [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; ขั้นต่ำ, L.; Passegger, CA; Litscher, D. ; Li, M.; วัง, ม.; Ghaffari-Tabrizi-Wizsy, N.; Stelzer, I .; Feigl, G.; Gaischek, I .; et al. เลเซอร์สีเหลืองสีแดงและอินฟราเรดและการกระตุ้น LED: การเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์ของหลอดเลือดในรูปแบบตัวอ่อนเจี๊ยบ รวม Med. int. 2015, 2, 80–89 [Google Scholar] [CrossRef]
Zein, R .; Selting, W .; Hamblin, MR Review ของพารามิเตอร์แสงและประสิทธิภาพของ photobiomodulation: ขับรถไปสู่ความซับซ้อน J. Biomed เลือก. 2018, 23, 120901. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Litscher, G.; Schwarz, G. transcranial cerebral oximetry; Pabst Science Publisher: Lengerich, Germany, 1997. [Google Scholar]
Pitzschke, A .; Lovisa, b .; Seydoux, O .; Zellweger, M .; Pfleiderer, M .; Tardy, Y .; Wagnières, G. Red และ Nir Light Dosimetry ในสมองลึกของมนุษย์ ฟิสิกส์ Med. Biol 2015, 60, 2921–2937 [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
Moro, C.; Torres, N .; Arvanitakis, K .; Cullen, K .; Chabrol, C .; Agay, D. ; Darlot, F.; Benabid, Al; Mitrofanis, J. ไม่มีหลักฐานความเป็นพิษหลังจาก photobiomodulation ระยะยาวในบิชอพที่ไม่ใช่มนุษย์ปกติ ประสบการณ์ สมอง res 2017, 235, 3081–3092 [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]