Transcranial photobiomodulation is an optical method for non-invasive brain stimulation. The method projects red and near-infrared light through the scalp within 600-1100 nm and low energy within the 1-20 J/cm2 range. Recent studies have been optimistic about replacing this method with pharmacotherapy and invasive brain stimulation. However, concerns and ambiguities exist regarding the light penetration depth and possible thermal side effects. While the literature survey indicates that the skin temperature rises after experimental optical brain stimulation, inadequate evidence supports a safe increase in temperature or the amount of light penetration in the cortex. Therefore, we aimed to conduct a comprehensive study on the heat transfer of near-infrared stimulation for the human brain. Our research considers the transcranial photobiomodulation over the human brain model by projecting 810 nm light with 100 mW/cm2 power density to evaluate its thermal and optical effects using bioheat transfer and radiative transfer equation. Our results confirm that the near-infrared light spectrum has a small incremental impact on temperature and approximately penetrates 1 cm, reaching the cortex. A time-variant study of the heat transfer was also carried out to measure the temperature changes during optical stimulation.


翻译:虽然文献调查表明,在实验性光学大脑刺激后皮肤温度上升,但没有足够的证据支持温度或皮层光渗透量的安全上升。因此,我们打算对近红外刺激人类大脑的热转移进行全面研究,我们的研究认为,通过以100mW/cm2电能密度投射810nm光来评估其热和光效应,通过生物热传导和热传导等方程进行的时间变化研究,也是对温度和热传导进行的时间变化研究的结果。

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