人腦的質(zhì)量只占人體的2%仙畦，而氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗占20%输涕。通過(guò)腦部血管系統(tǒng)進(jìn)行的局部腦血流（cerebral blood flow, CBF）調(diào)節(jié)在將氧和葡萄糖傳輸?shù)缴窠?jīng)活動(dòng)位置方面起著至關(guān)重要的作用。在臨床和研究環(huán)境中议泵，測(cè)量腦血管中的血流量對(duì)于了解腦代謝和腦血管病理生理學(xué)極其重要占贫。
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Optica：基于光學(xué)散斑圖像測(cè)速法的體內(nèi)血流定量估計(jì)
技術(shù)背景：
人腦的質(zhì)量只占人體的2%型奥，而氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗占20%。通過(guò)腦部血管系統(tǒng)進(jìn)行的局部腦血流（cerebral blood flow, CBF）調(diào)節(jié)在將氧和葡萄糖傳輸?shù)缴窠?jīng)活動(dòng)位置方面起著至關(guān)重要的作用碉京。在臨床和研究環(huán)境中厢汹，測(cè)量腦血管中的血流量對(duì)于了解腦代謝和腦血管病理生理學(xué)極其重要。
因?yàn)镃BF調(diào)節(jié)是解開(kāi)神經(jīng)活動(dòng)及神經(jīng)活動(dòng)引起的其附近局部血流控制響應(yīng)耦合的關(guān)鍵谐宙，因此目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種工具用來(lái)測(cè)量和檢測(cè)CBF的時(shí)空動(dòng)態(tài)烫葬。用于CBF的光學(xué)方法可以分為三類(lèi)：（1）基于多普勒的方法，如激光多普勒血流測(cè)量、多普勒光學(xué)相干斷層掃描和光聲多普勒測(cè)速搭综；（2）紅細(xì)胞跟蹤測(cè)量垢箕，如活體多光子激光掃描顯微鏡、共聚焦激光掃描顯微鏡和全息相位顯微鏡兑巾；（3）基于散斑的方法条获，如激光散斑對(duì)比成像和多曝光對(duì)比成像〗瑁基于散斑的方法系統(tǒng)簡(jiǎn)單帅掘，并且能夠在臨床上以高的時(shí)空分辨率進(jìn)行無(wú)標(biāo)記、寬場(chǎng)CBF成像堂油。在測(cè)量速度上修档，粒子圖像測(cè)速（PIV）可以利用運(yùn)動(dòng)粒子的連續(xù)圖像來(lái)提取平均速度和方向。
當(dāng)前不足：
多普勒法雖然可以定量測(cè)量府框，但在高幀率下不能做到寬視場(chǎng)吱窝。紅細(xì)胞法中的激光掃描法是點(diǎn)掃描，測(cè)量的血管數(shù)量有限寓免，而全息法只適用于薄樣品癣诱。傳統(tǒng)的激光散斑成像方法結(jié)果只能提供定性的相對(duì)流速，并將血管與其周?chē)M織以大的對(duì)比度區(qū)分開(kāi)來(lái)袜香，不是定量的撕予。PIV需要示蹤劑，限制了其在體內(nèi)的應(yīng)用蜈首。
文章創(chuàng)新點(diǎn)：
基于此实抡，韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)學(xué)院的Muhammad Mohsin Qureshi（第一作者）和 Euiheon Chung（通訊作者）提出了一種將PIV和激光散斑圖像分析相結(jié)合，可以同時(shí)給出血流的定量速度大小及速度方向的技術(shù)欢策，用于寬場(chǎng)袖瞻、定量紅細(xì)胞（red blood cell, RBC）速度測(cè)量翔始。結(jié)合高幀率的相機(jī)，可以在活體實(shí)現(xiàn)48fps的速率圖，這足以允許在大的視場(chǎng)下研究功能性大腦激活（functional brain activation拄轻，如與神經(jīng)血管耦合現(xiàn)像中的各種刺激相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)）和應(yīng)對(duì)發(fā)生在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)的血流響應(yīng)事件桨啃。
原理解析：
（1）相干光源經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)尺度上是粗糙的物體或被它反射時(shí)忍燥，散斑就會(huì)扮演一個(gè)重要的角色墓卦，即產(chǎn)生一個(gè)對(duì)比度高的顆粒狀圖樣。在相干光源照射生物組織時(shí)睛榄，由于生物組織微觀尺度上凹凸不平引起后向散射回的光互相發(fā)生干涉而形成散斑圖像荣茫。當(dāng)照射的樣品是動(dòng)態(tài)的時(shí)候，散斑模式就會(huì)發(fā)生變化场靴。
（2）如圖1啡莉，連續(xù)采集到的兩幀散斑圖像港准，每幀圖像劃分成小的探測(cè)窗口I1(x,y)和I2(x,y)，計(jì)算這兩個(gè)探測(cè)窗口的互相關(guān)咧欣，獲得單次操作的相關(guān)圖浅缸。
（3）為了提高信噪比，操作n次（文中選用n=4）该押，求取平均相關(guān)圖疗杉。
（4）從平均相關(guān)圖找到峰值位置阵谚，計(jì)算出在采集時(shí)間間隔內(nèi)的粒子位移蚕礼，從而計(jì)算出視場(chǎng)內(nèi)的速度圖。
（5）以一個(gè)像素為步長(zhǎng)移動(dòng)探測(cè)窗口梢什，重復(fù)(2)-(4)奠蹬，直到整個(gè)散斑圖都被探測(cè)窗口掃描完畢，獲得整個(gè)散斑場(chǎng)的速度圖嗡午。
實(shí)驗(yàn)裝置解析：532nm連續(xù)激光囤躁，經(jīng)過(guò)聲光調(diào)制器(acousto-optical modelator,AOM)、函數(shù)發(fā)生器和光闌控制激光的時(shí)序開(kāi)關(guān)輸出（目的是降低單次照射時(shí)間至~1ms荔睹，從而減小散斑拖影現(xiàn)像狸演。如果相機(jī)曝光時(shí)間能夠同樣足夠低，就不用控制光源的開(kāi)關(guān)）僻他。樣品表面平均激光功率為3.5mW宵距。活體成像時(shí)散斑圖像被20X/0.4物鏡采集，經(jīng)線(xiàn)偏振片提高散斑對(duì)比度吨拗，最后成像在scmos上,其最大采集幀率190fps满哪。
視頻1：OSIV在光血栓形成中風(fēng)小鼠模型中的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)：Muhammad Mohsin Qureshi, Yan Liu, Khuong Duy Mac, Minsung Kim, Abdul Mohaimen Safi, and Euiheon Chung, "Quantitative blood flow estimation in vivo by optical speckle image velocimetry," Optica 8, 1092-1101 (2021)
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.422871
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