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      激光散斑對比成像技術(shù):前沿探索與多模態(tài)應用

      激光散斑對比成像(Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI)技術(shù)是一種新型的非侵入性成像技術(shù),它能夠在不損傷生物組織的情況下,實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地監測和評估組織內部的血流變化。該技術(shù)通過(guò)記錄和分析激光照射在組織表面后形成的散斑模式,揭示出組織內部的血流動(dòng)態(tài)信息,為醫學(xué)診斷和生命科學(xué)研究提供了全新的視角。


      近紅外組織血流灌注成像儀,XR-X01,上海欣軟

      技術(shù)原理與核心組成

      LSCI系統的核心部分包括相干激光光源、成像模塊、圖像采集模塊以及散斑圖像處理模塊。光源發(fā)出相干性良好的激光,經(jīng)過(guò)特定的光學(xué)系統調節后,均勻照射在目標組織上。組織中的散射粒子(如血紅細胞)與激光相互作用,產(chǎn)生散斑圖像。這些散斑圖像通過(guò)成像模塊(如顯微鏡)被投影到圖像傳感器(如CCD或CMOS相機)上,并由圖像采集模塊記錄。散斑圖像中包含了豐富的運動(dòng)散射體(如血紅細胞)的速度信息,這些信息可以通過(guò)對散斑圖像進(jìn)行時(shí)間和空間統計特性的分析來(lái)獲取。


      技術(shù)挑戰與突破

      盡管LSCI技術(shù)在醫學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應用前景,但在實(shí)際應用中也面臨著(zhù)一系列挑戰。為了克服這些挑戰,研究者們不斷探索新的技術(shù)方法和手段。例如,通過(guò)優(yōu)化光源和成像系統的參數配置,提高成像的信噪比和分辨率;通過(guò)采用先進(jìn)的圖像處理算法,減少光強分布不均勻、運動(dòng)偽影和失焦模糊等因素對成像質(zhì)量的影響;通過(guò)結合其他成像技術(shù)(如熒光成像、超聲成像等),實(shí)現多模態(tài)成像,從而獲取更全和準確的生物信息。

      大成像深度LSCI技術(shù)

      在生命科學(xué)和醫學(xué)研究中,往往需要透過(guò)厚厚的組織皮層來(lái)觀(guān)察深部的血流情況。然而,由于近紅外光的穿透能力有限,傳統的LSCI技術(shù)往往難以實(shí)現大成像深度。為了解決這一問(wèn)題,研究者們提出了多種新型的大成像深度LSCI技術(shù)。這些技術(shù)包括多曝光成像、線(xiàn)光源掃描照明、結構光照明方法、散斑襯比光學(xué)層析方法(SCOT)等。這些技術(shù)通過(guò)優(yōu)化照明方式、探測方式和成像方式等,顯著(zhù)提高了LSCI技術(shù)的成像深度,為腦科學(xué)、臨床診斷和手術(shù)輔助等領(lǐng)域的研究提供了有力支持。


      新型LSCI應用系統

      隨著(zhù)LSCI技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,一系列新型LSCI應用系統也應運而生。這些系統不僅具有更高的成像質(zhì)量和更廣泛的應用范圍,而且操作更加便捷,能夠滿(mǎn)足不同實(shí)驗場(chǎng)景的需求。例如,便攜式LSCI系統可以隨時(shí)隨地進(jìn)行血流監測;內窺式LSCI系統能夠深入體內進(jìn)行在體血流成像;頭戴式LSCI系統則能夠實(shí)時(shí)監測自由移動(dòng)動(dòng)物的腦血流情況。此外,多模態(tài)LSCI系統通過(guò)將LSCI技術(shù)與其他成像技術(shù)相結合,實(shí)現了多種生物信息的同步獲取和分析,為病疾的診斷和療治提供了更全和準確的依據。

      模態(tài)LSCI系統的前沿應

      多模態(tài)LSCI系統的出現,極大地推動(dòng)了LSCI技術(shù)在醫學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域的應用。例如,在腦認知與行為科學(xué)研究中,研究者們通過(guò)結合LSCI技術(shù)與腦電圖(EEG)或功能性磁共振成像(fMRI)技術(shù),可以實(shí)時(shí)監測大腦在認知任務(wù)中的血流變化和神經(jīng)元活動(dòng)情況,從而揭示大腦的工作機制和認知過(guò)程的神經(jīng)基礎。在心腦血管病疾的研究中,多模態(tài)LSCI系統可以同時(shí)監測血管的直徑、血流量和血流速度等參數,為病疾的早期診斷和療治提供重要依據。此外,在燒損組織修復、腫瘤血管生成等研究中,多模態(tài)LSCI系統也發(fā)揮著(zhù)重要作用。

      激光散斑對比成像技術(shù)作為一種先進(jìn)的非侵入性成像技術(shù),在醫學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。隨著(zhù)技術(shù)的不斷研發(fā)和發(fā)展,相信LSCI技術(shù)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用,為人類(lèi)健康和生命科學(xué)研究做出更大的貢獻。

      參考文獻:

      1、Functional photoacoustic microscopy of hemodynamics: a review[J]. Liu Chao;Wang Lidai.Biomedical Engineering Letters,2022

      2、Multi-scale laser speckle contrast imaging of microcirculatory vasoreactivity.[J]. Lee Blaire;Sosnovtseva Olga;S?rensen Charlotte M;Postnov Dmitry D.Biomedical optics express,2022

      3、散斑血流灌注成像在醫學(xué)中的應用[J]. 張進(jìn)勇;謝宗能;孔平;李玥.激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2022(22)

      4、Time varied illumination laser speckle contrast imaging.[J]. Siket Máté;Jánoki Imre;Demeter Kornél;Szabó Miklós;F?ldesy Péter.Optics letters,2021

      5、Speckle illumination SFDI for projector-free optical property mapping.[J]. Chen Mason T;Papadakis Melina;Durr Nicholas J.Optics letters,2021





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