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PROGRAMMA DI RICERCA 2005
italiano - english
Unità di Ricerca
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Classificazione scientifico-disciplinare
- Area scientifico disciplinare: Scienze fisiche
- Area scientifico disciplinare: Scienze biologiche
- Area scientifico disciplinare: Ingegneria industriale e dell'informazione
Classificazione brevettuale
- HUMAN NECESSITIES
- MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION (analysing biological material G01N, e.g. G01N33/48; obtaining records using waves other than optical waves, in general G03B42/00)
- MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- PHYSICS
- MEASURING (counting G06M); TESTING
- INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES (separating components of materials in general B01D, B01J, B03, B07; apparatus fully provided for in a single other subclass, see the relevant subclass e.g. B01L; measuring or testing processes other than immunoassay, involving enzymes or micro-organisms C12M, C12Q; investigation of foundation soil in situ E02D1/00; sensing humidity changes for compensating measurements of other variables or for compensating readings of instruments for variations in humidity, see G01D or the relevant subclass for the variable measured; testing or determining the properties of structures G01M; measuring or investigating electric or magnetic properties of materials G01R; systems or methods in general, using reception or emission of radiowaves or other waves and based on propagation effects, e.g. Doppler effect, propagation time, direction of propagation, G01S; determining sensivity, graininess, or density of photographic materials G03C5/02; testing component parts of nuclear reactors G21C17/00; [N: controlling or regulating non-electric variables G05D; measuring degree of ionisation of ionised gases, i.e. plasma H05H1/00A; testing electrographic developer properties G03G15/08H6])
- MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRA-RED, VISIBLE OR ULTRA-VIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY (light sources F21, H01J, H01K, H05B; investigating properties of materials by optical means G01N)
- MEASURING (counting G06M); TESTING
Classificazione geografica
- Regione: Lombardia
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Parole Chiave
SPETTROSCOPIA NEL VICINO INFRAROSSO; SPETTROSCOPIA RISOLTA NEL TEMPO; IMAGING OTTICO; OTTICA DEI TESSUTI; NEUROIMMAGINI FUNZIONALI; OSSIGENAZIONE; RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE; CONTRASTO BOLD; SISTEMA SOMATOSENSORIALESpettroscopia nel vicino infrarosso risolta nel tempo per il mapping funzionale non invasivo del cervello nell'uomo
Politecnico di MilanoAbstract
La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (functional near infrared spectroscopy, fNIRS) è una nuova tecnica non invasiva che utilizza luce diffusa per indagare le funzioni cerebrali nell'uomo. Il mappaggio funzionale del cervello dell'uomo (human brain mapping) con la tecnica fNIRS è un'attività promettente ma al tempo stesso una sfida. Il contenuto informativo di questa tecnica nasce infatti dalle deboli variazioni che avvengono nei parametri ottici delle aree cerebrali selettivamente attivate da stimoli specifici.Per contribuire al successo della tecnica fNIRS sono quindi necessari sia sistemi avanzati per la misura dei fotoni riemessi in maniera diffusa, sia accurati modelli fisici e algoritmi numerici per interpretare i dati relativi alla propagazione della luce in mezzi diffondenti.
Il progetto proposto aspira ad una maggiore comprensione della tecnica fNIRS sfruttando un approccio multidisciplinare basato sulla sinergia fra gruppi di ricerca di rinomata esperienza nei settori: i) fisica, fotonica, progettazione e sviluppo di strumentazione ottica avanzata per applicazioni cliniche biomedicali (UdR POLIMI); ii) ottica dei tessuti e teoria della propagazione della luce in mezzi diffondenti (UdR UNIFI); iii) impiego clinico della tecnica fNIRS con strumentazione in continua (NIRS-CW) e fisiopatologia del trasporto di ossigeno nei tessuti (UdR UNIAQ); iv) risonanza magnetica funzionale (functional magnetic resonance imaging, fMRI) e neurofisiologia >>>
Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Rinaldo CUBEDDU Politecnico di MILANOObiettivo del Programma di Ricerca
La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (functional near infrared spectroscopy, fNIRS) permette un'indagine non invasiva dei cambiamenti locali di concentrazione di ossiemoglobina O2Hb e deossiemoglobina HHb in seguito ad attivazione cerebrale.Negli ultimi 6-7 anni sono stati testati dei sistemi NIRS-CW multicanale a due lunghezze d'onda per fornire mappe spaziali dei cambiamenti dell'ossigenazione nelle aree corticali frontale, temporale, parietale e visiva in risposta a differenti stimoli. Attualmente le ditte giapponesi Hitachi e Shimadzu hanno sviluppato sistemi multicanale CW, ma soltanto i sistemi Hitachi sono disponibili in Europa. Sebbene siano disponibili dati interessanti ottenuti con strumenti multicanale CW, questo approccio non è adeguato per eseguire studi accurati sui cambiamenti focali che si verificano nella corteccia in risposta a stimolazione funzionale. Più recentemente diversi ricercatori (tra cui UdR POLIMI) hanno lavorato con sistemi "imaging" operanti nel dominio del tempo (NIRS-TR). Queste strumentazioni forniscono le concentrazioni assolute di O2Hb, HHb, il coefficiente di "scattering" tissutale ed il fattore differenziale di cammino ottico.
L'obiettivo principale del progetto è definire le potenzialità della tecnica NIRS-TR per il mappaggio funzionale del cervello nell'uomo. A tal fine verranno combinati strumentazione avanzata per ottica e fotonica, modelli fisici e algoritmi numerici per la descrizione della >>>
Durata
24 mesiBase di partenza scientifica nazionale o internazionale
I maggiori sviluppi nella comprensione delle funzioni cerebrali sono stati resi possibili dallo sviluppo di tecniche di neuroimmagini funzionali, quali tomografia ad emissione di positroni (PET) e risonanza magnetica funzionale (fMRI). In particolare la tecnica fMRI ha una risoluzione spaziale migliore della PET ed è meno invasiva [1]. Inoltre è stata impiegata per studiare l'attivazione di aree cerebrali in compiti motori e sensoriali [2]. Negli ultimi dodici anni sono state sviluppate diverse tecniche basate su un approccio fMRI. Una di queste sfrutta l'emoglobina deossigenata HHb come agente di contrasto endogeno intravascolare, in quanto le variazioni di concentrazione di HHb sono associate all'attività neuronale (contrasto BOLD, blood oxygen level dependent) [3-4]. La risposta di ossigenazione attesa in un'area corticale attivata consiste di un piccolo aumento iniziale di [HHb] che riflette la richiesta di ossigeno. Questa è seguita da un aumento compensatorio del flusso ematico cerebrale regionale che causa una riduzione netta di [HHb] in quanto il rifornimento di ossigeno eccede la richiesta [5].Studi recenti hanno combinato PET e fMRI con la tecnica di spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS), una nuova tecnica non invasiva che utilizza luce diffusa per indagare le funzioni cerebrali nell'uomo [6]. Tali studi hanno dimostrato che i cambiamenti di ossigenazione misurati con tecnica fNIRS corrispondono a variazioni dell'intensità del segnale >>>



