高分辨激光血流成像技術(shù)在微循環(huán)研究的應(yīng)用
瀏覽次數(shù):1095 發(fā)布日期:2022-3-10
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激光血流成像技術(shù)主要包括激光多普勒和激光散斑成像兩種類型技術(shù),分別運(yùn)用不同的光學(xué)原理監(jiān)測微循環(huán)血流變化和血管形態(tài)等技術(shù)指標(biāo)。激光多普勒分為接觸式單點(diǎn)血流監(jiān)測和非接觸掃描式血流成像監(jiān)測兩種方式;相對于激光多普勒技術(shù),激光散斑血流成像技術(shù)具有非接觸、無創(chuàng)傷、快速成像等優(yōu)點(diǎn),非常適合進(jìn)行微循環(huán)血流的監(jiān)測,可實(shí)時(shí)快速測量血流灌注量、血流流速血管形態(tài)結(jié)構(gòu)、血管管徑、血管角度等微循環(huán)參數(shù)。
在微循環(huán)血流監(jiān)測中,激光多普勒技術(shù)已經(jīng)非常成熟,而目前激光多普勒血流監(jiān)測的應(yīng)用都可以為激光散斑血流成像技術(shù)所替代,并且后者具有高時(shí)間和空間分辨率的全視場測量優(yōu)勢。應(yīng)用激光散斑血流成像技術(shù),科研工作者和臨床醫(yī)生通過監(jiān)測得到微循環(huán)血管血流參數(shù)以評估血管的結(jié)構(gòu)、微循環(huán)功能以及代謝活動(dòng),可以研究缺血、缺氧、中風(fēng)、炎癥、水腫、出血、過敏、休克、腫瘤、燒傷、凍傷、放射損傷等病理過程中微循環(huán)改變的規(guī)律及其病理機(jī)制,對科學(xué)研究、疾病診斷、病情分析和救治措施都具有重要的意義。
激光散斑血流成像技術(shù)的原理為觀察目標(biāo)受到激光束照射時(shí),反射后的激光形成隨機(jī)干擾圖像(包括亮區(qū)和暗區(qū)),該圖像稱為激光散斑圖。如果被測目標(biāo)靜止,激光散斑圖保持不變;如果被測物體發(fā)生移動(dòng),例如組織中的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng),則激光散斑圖會(huì)隨之波動(dòng)。散斑變化速度以散斑對比度量化,而對比度與血流相關(guān);這就是激光散斑血流成像的基本工作原理。
激光散斑血流成像技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)直觀地觀察皮下血管結(jié)構(gòu)和血流變化并評估其功能,在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究的典型應(yīng)用如監(jiān)測腦缺血、缺氧、出血、中風(fēng)等疾病模型和針灸、炎癥、水腫、過敏以及各種損傷狀態(tài)下的血流變化,還可以監(jiān)測腸系膜血流、淋巴流、皮膚微循環(huán)的微循環(huán)血管血流指標(biāo)。
基礎(chǔ)研究案例:小鼠大腦中風(fēng)模型建立前后的血流變化
基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究案例——小鼠腸系膜給藥前后的微循環(huán)血流監(jiān)測
基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究案例——小鼠MCAO模型建立前后的腦皮層血流變化
激光散斑血流成像技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上述的這些,在很多的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究方面還可以結(jié)合其他技術(shù)產(chǎn)生更多的應(yīng)用場景,比如經(jīng)顱磁刺激(TMS)和經(jīng)顱超聲腦刺激技術(shù)等。經(jīng)顱超聲腦刺激技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新的腦調(diào)控方法,該技術(shù)透過完整的顱骨傳遞低強(qiáng)度超聲能量,對神經(jīng)元產(chǎn)生生物機(jī)械效應(yīng),從而無創(chuàng)地調(diào)控大腦的神經(jīng)活動(dòng)。基于激光散斑成像技術(shù)研究經(jīng)顱超聲刺激對小鼠局部腦血流的影響作用,整個(gè)實(shí)驗(yàn)大致過程:在麻醉狀態(tài)下,使用超聲對小鼠的丘腦進(jìn)行刺激,并對其大腦皮層軀體感知區(qū)域進(jìn)行連續(xù)成像,用激光散斑血流成像儀監(jiān)測小鼠在丘腦受到超聲刺激時(shí),皮層對應(yīng)區(qū)域的局部腦血流響應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)過程中使用超聲對小鼠丘腦進(jìn)行刺激,利用激光散斑成像技術(shù)共監(jiān)測了15只小鼠的軀體感知皮層的血流變化情況,得到其不同直徑的動(dòng)、靜脈血流分布情況以及其隨時(shí)間的變化情況。分析激光散斑成像的血流圖,就能夠監(jiān)測小鼠軀體感知皮層所有的血流活動(dòng)。由分析的結(jié)果可知,使用經(jīng)顱超聲刺激的小鼠的丘腦,能夠改變小鼠軀體感知皮層血流的運(yùn)動(dòng)情況,加快軀體感知皮層的血流流速。
激光散斑血流成像能夠觀察皮下的血管和血流,如果想觀察更深的血管和血流圖像,那么完整顱骨將是主要障礙。在很多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中都需要開顱手術(shù)以進(jìn)行相關(guān)的成像觀察,為了克服這一障礙,科研工作者們開發(fā)出幾種類型的顱窗,包括磨薄顱窗、開顱手術(shù)和磨薄加固顱窗等。這些顱窗在某些情況下滿足研究要求,但也會(huì)帶來諸多問題:1、在顱骨窗變薄的情況下,很難進(jìn)行大面積重復(fù)成像;2、開顱手術(shù)幾乎不可避免地會(huì)導(dǎo)致皮質(zhì)損傷和炎癥;3、至于磨薄加固顱窗操作復(fù)雜且也會(huì)造成損傷
瑞典 PeriCam PSI激光散斑血流監(jiān)測視頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)組織血流成像,并可同時(shí)計(jì)算血流的動(dòng)態(tài)變化差異和空間。儀器測量時(shí)不需要接觸被測對象,對實(shí)驗(yàn)對象沒有任何干擾,不需要進(jìn)行染色或同位素標(biāo)記。主要涉及的研究領(lǐng)域有:肢端缺血、皮瓣移植、燒傷創(chuàng)面、腦缺血、鼻粘膜、胃腸,口腔、皮膚血流評估等