生物组织高分辨激光散斑血流成像技术研究

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生物组织高分辨激光散斑血流成像技术研究

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华中科技大学武汉光电国家实验室（筹），武汉430074洪山区珞瑜路1037号

(pengchengli@mail.hust.edu.cn) 血流是衡量生物体机能状态的重要指标，局部组织血流速度、氧合血红蛋白浓度、脱氧血

红蛋白浓度、氧代谢率、血容量、血流灌注率、血管形态、血管密度等参数在生命科学基础研究、疾病的临床诊疗以及药物研发中均占有非常重要的地位。而传统的血流检测方法大多不具备成像能力，即无空间分辨能力，如容积导纳描记、基于阻抗测量的血流检测、激光多普勒流速仪等，不利于深入研究生物功能和进行疾病诊疗。

随着生命科学研究的不断深入，各学科领域对血流检测技术和仪器都提出了新的要求，高分辨血流成像成为国际生物医学成像领域的关注热点。一方面，需要提高成像的时间和空间分辨率；另一方面，还需要使其具备同时获取血氧、血容量、血流等多个参数的动态变化信息。在临床领域，近年来术中X射线血管造影、术中超声多普勒和术中荧光造影等血流成像设备正逐渐在神经外科、心脏外科等手术导航中发挥着越来越重要的作用。然而，术中X射线血管造影和术中荧光血管造影技术均需向病患注射造影剂，常引起造影剂过敏等副作用，且由于造影剂在体内的代谢，能进行成像的有效工作时间很短，不利于连续监测。X射线的辐射作用对病患和医生健康还有较大的潜在危害。实时多参数血流成像眼底高对比度血管造影、断肢再植、烧伤、皮肤疾病诊疗等也具有重要意义。临床上急需实时、高分辨、无需标记、非接触式的血流成像设备。

激光散斑是指相干光照射在光学粗糙的物体表面后，通过反射或折射后在一定距离处形成杂散无规的斑点式光强分布。当激光所照射的物体发生运动时，所形成的散斑图样也发生随机的变化，称之为动态散斑。该动态散斑图样在时间和空间上的光强变化包含物体运动的信息。激光散斑计量技术可用于对物体表面的粗糙度、振动、形变、缺陷、裂纹等信息的测量，具有非接触、高灵敏、高精度和实时等优点，已在工业检测领域获得广泛应用。近年来在生物医学应用领域也有很大发展，特别是激光散斑成像方法，使用CCD成像，无需扫描即可对组织x-y平面内的粒子运动进行二维宽场成像，使其倍受青睐，已被用于种子生物活性、动脉血管粥样化特性，以及皮肤、视网膜和脑皮层等组织血流动力学变化的检测。

与目前已有的血流监测技术相比，如激光多普勒血流仪（单点检测，无空间分辨率；或扫描成像，速度慢，获取一幅血流图像需数分钟），激光散斑血流成像具有非接触、无需扫描、无需造影剂、高时空分辨率等优势，且可以同时得到血管管径，血管密度，血液流速和血流灌注量等微循环参数，在生命科学基础研究和临床诊疗中引起了广泛关注。本文重点介绍华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）近年来在激光散斑血流成像技术研究的研究进展，包括如何提高血流成像空间分辨率、时间分辨率、检测准确性、成像深度，散斑血流成像仪器小型化、内窥化，以及该技术在实验动物脑皮层功能检测及临床中的应用情况。 关键词: 血流，成像，激光，散斑

致谢: 感谢国家自然科学基金项目（309709）和教育部新世纪优秀人才支持计划项目的资助。 （NCET-08-0213）

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