撰稿 | 李東宇，朱  ?（華中科技大學）

說明 | 本文來自論文作者（課題組）投稿

血流速度，是反映血管功能的重要指標，血管功能異常與許多疾病的發生發展息息相關，比如糖尿病、動脈硬化、血栓形成等。因此，血流速度變化既是重要的研究靶點，也是重要的臨床指標。

激光散斑，是指激光照射在散射介質（如流動的血細胞）上產生隨機干涉而形成的斑紋，通過對散斑圖案的分析，即可生成二維流速分布圖。目前，激光散斑成像技術在血流成像檢測的研究中發揮重要作用。

但是，激光散斑成像技術用于深組織（如皮下）血流分布測量時，圖像的分辨率很低，更無法分辨出單根血管。

這是因為現有激光散斑成像通常都是基于反射式探測進行成像的，當激光從組織表面入射到達血管層之前，需穿過混濁組織而產生很強的靜態散斑，甚至會掩蓋目標血管所產生的動態散斑信號，因此，獲得圖像的“信號背景比”（信背比）很低。

現有研究中，借助于“手術窗”或“光透明窗”，激光散斑成像可以在實驗動物上獲取高分辨的血流分布圖像。而在人體實驗中，由于無法隨意開窗，往往難以區分單根血管。

看清血流分布圖

近日，華中科技大學 朱? 教授課題組通過改變激光散斑成像的探測方式，極大地提升了激光散斑成像對厚組織的成像能力。該團隊采用透射式的探測方式（如圖1右側所示），使得源于血管層的動態散斑信號強于靜態散斑信息，從而提升了血流探測的信背比。

圖1 反射式和透射式激光散斑成像系統圖

該成果發表在 Light: Science & Applications， 題為 Transmissive-detected laser speckle contrast imaging for blood flow monitoring in thick tissue: from Monte Carlo simulation to experimental demonstration。

論文作者利用透射式激光散斑成像，在無需開“窗”的情況下，獲取小鼠不同部位（包括耳朵、背部、腿部、爪子）皮膚/皮下高分辨血流分布圖像（如圖2所示）。

圖2 透射式激光散斑成像可用于監測小鼠血流。（a）該技術可適用于小鼠耳部、下肢、背部、爪的皮膚/皮下血流分布成像。（b）該技術可用于監測小鼠注射擴血管藥物后的血流動態變化過程

不僅如此，這種基于透射式探測的激光散斑成像還可以識別成年人的手指、手掌皮下的單根血管及血流信息，指關節中的血管網絡清晰可見。利用該技術，還發現深層血管中的血流速度相比表層而言，對壓力更敏感、且在壓力消失后恢復更緩慢（如圖3所示）。采用更長波段的激光光源，透射式激光散斑成像效果獲得進一步提升。

圖3 透射式激光散斑成像可用于“獲取”人手掌和手指的血流分布。（a）該技術可用于手部多個部位的血流分布成像。（b）該技術可用于監測對上臂施加壓力后，手部的血流速度變化。

值得一提的是，作者還探究了透射式激光散斑成像用于人體時所需的激光強度，發現單次成像對光功率密度的要求并不高，僅需6 mJ/cm2，這比起臨床激光理療功率還小幾個數量級，因此使用該技術時不需要擔心對人體的損害。

此外，在動物和人體實驗前，學者就通過蒙特卡羅模擬（名詞解釋>>）預測了透射式激光散斑成像相對于反射式激光散斑成像在厚組織中的優勢，并通過假體實驗證明透射式激光散斑對血流速度變化的敏感性更強。

前景展望

成功獲取手部皮下的血流信號，意味著透射式激光散斑成像技術可以進一步應用于其他厚度適宜光線穿透的人體部位，如耳朵、嘴唇、腳趾、腳背，將在諸如糖尿病足潰瘍、類風濕關節炎和皮炎等與微循環相關疾病、甚至血栓形成或溶栓效果的評估診斷與研究中發揮重要作用。

未來透射式激光散斑成像的優化提升，可考慮更長波段的光源，以此獲取更大的成像深度和更高的成像質量，或利用各類算法提升最終的圖像質量。未來可期，低成本、高分辨、完全無創的透射式激光散斑血流成像技術，或將在臨床應用中大展拳腳！

| 論文信息 |

Li et al. Light: Science & Applications (2021) 10:241

https://doi.org/10.1038/s41377-021-00682-8

監制 | 趙陽

編輯 | 趙唯

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