研究進(jìn)展：動(dòng)態(tài)散射成像在血流監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展進(jìn)程中，對(duì)血流的精確檢測(cè)和深入理解一直是關(guān)鍵的研究領(lǐng)域。動(dòng)態(tài)光散射成像（英文簡(jiǎn)稱DLS，也稱之為動(dòng)態(tài)光散射成像）技術(shù)的出現(xiàn)，為這一領(lǐng)域帶來了革命性的變化。能夠在不侵入人體的前提下，為我們提供關(guān)于血流的豐富信息，在腦血流監(jiān)測(cè)、皮膚灌注評(píng)估等多個(gè)方面展現(xiàn)出巨大的潛力，成為醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用中備受矚目的焦點(diǎn)。

技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展：多領(lǐng)域的深度滲透
腦血流評(píng)估
研究表明，在不同的生理和病理?xiàng)l件下，大腦血管的血流變化呈現(xiàn)出復(fù)雜而多樣的規(guī)律。當(dāng)通過注射改變外周動(dòng)脈壓時(shí)，大腦大血管和小血管的血流響應(yīng)存在顯著差異。在這種情況下，利用先進(jìn)的散斑圖像分形分析方法對(duì)腦進(jìn)行研究，科研人員驚喜地發(fā)現(xiàn)其在評(píng)估蛛網(wǎng)膜下腔出血時(shí)的腦血流變化方面，相較于LSCI激光散斑血流成像技術(shù)分析具有更高的敏感性。這一發(fā)現(xiàn)為早期診斷和病情監(jiān)測(cè)提供了更為精準(zhǔn)的手段。

LSCI激光散斑血流成像技術(shù)在神經(jīng)外科手術(shù)領(lǐng)域的表現(xiàn)尤為突出。在腦動(dòng)脈瘤手術(shù)和動(dòng)靜脈畸形切除術(shù)中，它能夠?qū)崟r(shí)、連續(xù)地監(jiān)測(cè)腦血流的動(dòng)態(tài)變化。通過對(duì)血流速度、流量以及血管阻力等關(guān)鍵指標(biāo)的精確監(jiān)測(cè)，醫(yī)生可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的缺血或出血風(fēng)險(xiǎn)，并迅速做出相應(yīng)的調(diào)整，從而有效避免缺血并發(fā)癥的發(fā)生，極大地提高了手術(shù)的成功率和安全性。

皮膚灌注監(jiān)測(cè)
皮膚血流的正常循環(huán)對(duì)于維持皮膚的健康和功能起著至關(guān)重要的作用。皮膚血管主要集中在真皮層，然而表皮的高散射特性卻給血流檢測(cè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也容易引入非遍歷性問題。盡管如此，LSCI激光散斑血流成像技術(shù)和DLS技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在皮膚血流研究中成功地發(fā)揮了重要作用。

在傷口愈合的過程中，LSCI激光散斑血流成像技術(shù)能夠清晰地顯示傷口周圍血流灌注的動(dòng)態(tài)變化過程。通過對(duì)不同階段傷口的監(jiān)測(cè)，研究人員發(fā)現(xiàn)，在傷口愈合的初期，血流灌注會(huì)逐漸增加，為組織修復(fù)提供充足的營(yíng)養(yǎng)和氧氣；而在愈合的后期，血流灌注則會(huì)逐漸恢復(fù)到正常水平。這一發(fā)現(xiàn)為評(píng)估傷口愈合情況提供了直觀而可靠的依據(jù)，有助于醫(yī)生及時(shí)調(diào)整治療方案。

在皮膚疾病如系統(tǒng)性硬化癥（SSc）的研究中，LSCI激光散斑血流成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于監(jiān)測(cè)局部血流灌注和指端潰瘍面積的演變。研究人員深入探究發(fā)現(xiàn)，在SSc患者中，病變部位的血流灌注明顯減少，且隨著病情的進(jìn)展，指端潰瘍面積逐漸擴(kuò)大。通過對(duì)大量患者的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，還發(fā)現(xiàn)血流灌注與皮膚厚度之間存在著密切的關(guān)聯(lián)。這一研究成果為SSc的發(fā)病機(jī)制研究和治療效果評(píng)估提供了全新的思路和方法，有助于開發(fā)更加有效的治療策略。

研究結(jié)果：成就與挑戰(zhàn)并存
經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究和臨床應(yīng)用驗(yàn)證，DLS技術(shù)在血流成像領(lǐng)域取得了顯著的成就。它在多個(gè)實(shí)際的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中表現(xiàn)出色，如在活體受試者的全腦血流成像方面，能夠清晰地呈現(xiàn)大腦血管的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和血流分布情況；在皮膚灌注測(cè)量中，能夠準(zhǔn)確地反映皮膚不同部位的血流灌注狀態(tài)；在非侵入性的血液微循環(huán)成像以及功能成像等方面，為醫(yī)學(xué)研究提供了豐富的信息。

然而，DLS技術(shù)在發(fā)展過程中面臨著一些不容忽視的挑戰(zhàn)。在測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際生理參數(shù)的關(guān)聯(lián)方面，目前仍然難以建立精確的定量關(guān)系。這使得在臨床應(yīng)用中，對(duì)測(cè)量結(jié)果的解讀和應(yīng)用存在一定的困難，需要進(jìn)一步的研究和探索。

探測(cè)深度的限制也是一個(gè)亟待解決的問題。在一些深層組織的血流檢測(cè)中，DLS技術(shù)的表現(xiàn)不盡如人意，無法獲取足夠準(zhǔn)確和詳細(xì)的信息。這限制了其在某些疾病診斷和研究中的應(yīng)用范圍，需要尋找新的方法和技術(shù)來突破這一瓶頸。

遍歷性問題同樣給DLS技術(shù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。在實(shí)際的生物組織研究中，由于組織的復(fù)雜性和異質(zhì)性，遍歷性假設(shè)往往難以滿足，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在一定的偏差和不確定性。這需要研究人員進(jìn)一步深入研究，開發(fā)出更加有效的方法來解決這一問題。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)與難點(diǎn)：開啟醫(yī)學(xué)新征程
在基礎(chǔ)原理方面
DLS技術(shù)基于光子相關(guān)性和光散射的物理現(xiàn)象，為我們打開了一扇觀察微觀世界中粒子運(yùn)動(dòng)和流體動(dòng)力學(xué)的窗戶。通過時(shí)間強(qiáng)度自相關(guān)函數(shù)、激光散斑對(duì)比度等關(guān)鍵指標(biāo)的精確分析，我們能夠深入了解生物組織中血流的動(dòng)態(tài)變化過程，這不僅加深了我們對(duì)人體生理過程的理解，也為疾病的病理機(jī)制研究提供了重要的工具和依據(jù)。

在技術(shù)發(fā)展方面
DLS技術(shù)的不斷演進(jìn)反映了科研人員對(duì)精度、分辨率和實(shí)用性的不懈追求。從早期簡(jiǎn)單的光散射測(cè)量到如今結(jié)合多種先進(jìn)技術(shù)的多模態(tài)成像系統(tǒng)，每一次的技術(shù)突破都為臨床診斷和研究帶來了新的希望和機(jī)遇。例如，PDCI 技術(shù)在解決遍歷性問題上的創(chuàng)新，以及整體組織透明成像技術(shù)在提高探測(cè)深度方面的應(yīng)用，都顯著提升了DLS技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的性能和效果。

在臨床應(yīng)用方面
DLS技術(shù)已經(jīng)在腦血流監(jiān)測(cè)、皮膚灌注評(píng)估等方面展現(xiàn)出了巨大的潛力和價(jià)值。在神經(jīng)外科手術(shù)中，LSCI激光散斑血流成像技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)為醫(yī)生提供關(guān)鍵的血流信息，幫助他們做出更準(zhǔn)確、更及時(shí)的決策，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)成功率；在皮膚疾病的研究和治療中，DLS技術(shù)為我們提供了一種非侵入性、高靈敏度的監(jiān)測(cè)手段，有助于我們更好地了解疾病的發(fā)展過程和評(píng)估治療效果，為個(gè)性化治療提供了有力的支持。

難點(diǎn)與解決方案
組織運(yùn)動(dòng)偽影是當(dāng)前LSCI激光散斑血流成像技術(shù)在臨床應(yīng)用中面臨的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸。在實(shí)際的測(cè)量過程中，即使是極其微小的組織運(yùn)動(dòng)，如患者的輕微顫抖、呼吸運(yùn)動(dòng)或者心跳引起的震動(dòng)等，都可能導(dǎo)致測(cè)量的散斑對(duì)比度值發(fā)生顯著變化，從而嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。為了克服這一難題，研究人員積極探索多種創(chuàng)新的解決方案，包括基于軟件和硬件的運(yùn)動(dòng)偽影校正方法。

軟件方面：利用先進(jìn)的時(shí)空傅里葉變換算法或者LSI HMC運(yùn)動(dòng)校正算法，能夠?qū)Σ杉�到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的分析和處理。通過識(shí)別和去除由運(yùn)動(dòng)引起的頻率成分，有效地減少運(yùn)動(dòng)偽影的干擾，提高圖像的質(zhì)量和測(cè)量的準(zhǔn)確性。一些研究團(tuán)隊(duì)還在開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的算法，通過對(duì)大量的帶有運(yùn)動(dòng)偽影的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別和校正運(yùn)動(dòng)偽影，進(jìn)一步提高校正的精度和效率。

硬件方面：研究人員致力于設(shè)計(jì)和制造更加穩(wěn)定和精確的探測(cè)器。采用新型的傳感器材料和結(jié)構(gòu)，提高探測(cè)器的靈敏度和響應(yīng)速度，減少外界干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。一些新型的探測(cè)器還配備了智能防抖系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償組織的微小運(yùn)動(dòng)，確保測(cè)量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。將DLS與其他先進(jìn)的成像技術(shù)如光學(xué)相干斷層掃描（OCT）、熒光活體顯微鏡（FIM）等相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)的生物過程同步監(jiān)測(cè)，通過OCT技術(shù)提供的高分辨率組織結(jié)構(gòu)信息，能夠清晰地顯示血管的形態(tài)和分布。同時(shí)，DLS技術(shù)則可以精確地測(cè)量血流的速度、流量等動(dòng)態(tài)參數(shù)。

動(dòng)態(tài)光散射成像（DLS）技術(shù)能夠捕捉生物組織內(nèi)光散射的瞬時(shí)變化，提供微循環(huán)中血流動(dòng)力學(xué)和血管形態(tài)學(xué)的詳細(xì)信息。根據(jù)最新的科研進(jìn)展，它為光片成像帶來更高的時(shí)間和空間分辨率，增強(qiáng)對(duì)比度，使得深層組織結(jié)構(gòu)和功能成像成為可能。未來，這項(xiàng)技術(shù)有望在疾病診斷、治療監(jiān)測(cè)及基礎(chǔ)研究方面發(fā)揮重要作用，尤其在神經(jīng)科學(xué)和腫瘤學(xué)領(lǐng)域，提供無標(biāo)記、實(shí)時(shí)的活體成像解決方案。

聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。文章來源于：A. Sdobnov, G. Piavchenko, A. Bykov, I. Meglinski, Advances in Dynamic Light Scattering Imaging of Blood Flow. Laser Photonics Rev 2024, 18, 2300494. https://doi.org/10.1002/lpor.202300494.