血流是衡量生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。

1、激光散斑血流成像技术基本原理

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衬比分析方法，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。

激光散斑血流成像系统基于激光散斑衬比分析技术，采用激光作为光源，以宽光束照射待测组织，并以CCD相机通过光学成像系统收集经生物组织反射的图像。当激光照射生物组织时，由于经过不同光程的散射光之间相互干涉，形成随机干涉图样，即激光散斑图，如图1（a）示。如果散射介质存在运动，散斑图像中的相应位置处的光强将产生随时间变化的动态散斑图样。该散斑图样在时间和空间上的光强变化包含着散射介质的运动信息。通过相应的血流重建算法对散斑图样进行分析，例如由散射介质运动引起的图像局域衬比变化，血流速度越快，衬比值越小；速度越低，衬比值越大。进一步通过图像重建，可获得高空间和时间分辨率的二维血流速度变化图像，如图1（b）所示，并可对血流速度变化的时空过程进行定量分析。图1（b）中以伪彩色表征血流速度，颜色越红代表血流速度越快，颜色越蓝代表血流速度越慢。

图1（a）原始激光散斑图；（c）血流图

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。

2、激光散斑血流成像在脑功能与脑疾病研究中的应用

2001年，Dunn AK等首先将这项技术应用于监测大鼠脑缺血和皮层扩散性抑制 (CorticalSpreading Depression，CSD)过程中的CBF变化[1]。随后Bolay等采用该技术研究偏头痛大鼠模型，为有视觉先兆偏头痛产生机制中的皮层扩散性假说提供了重要证据[2]。Durduran等将之用于观测大鼠肢体感觉刺激诱发的体感皮层脑血流时空变化特征[3]。Paul等采用激光散斑衬比成像技术监测光化学方法诱导大鼠皮层缺血模型的缺血中心核的进展情况[4]。Strong AJ等通过实验验证了激光散斑血流成像用于监测大脑皮层的近梗塞去极化(Peri-infarct Depolarization，PID) 的灵敏度和对大脑皮层血流灌注程度的定量检测能力。随后Strong AJ等采用直流电位( DirectCurrent，DC)电极记录和激光散斑成像研究猫脑的PID持续时间和血流灌注之间的关系，发现与PID有关的猫脑皮层血流灌注减少导致半暗带的进一步恶化，表明PID事件在有脑回的猫脑的梗塞过程中起主要的，而不是补充的作用[5]。

华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）多年从事激光散斑血流成像技术与应用研究，提高了该技术的空间分辨率、成像速度、成像深度和准确性等，开发了相关的活体脑皮层激光散斑血流成像仪器，并将之用于多种实验动物模型中脑血流变化实时检测研究，如大小鼠局灶性脑皮层缺血及再灌注过程的脑血流变化时空特征[6]（如图2-4所示），皮层缺血后侧枝循环变化的动态特征观测[7]（如图4所示），急性高血糖诱导的脑皮层血流变化过程，脑皮层扩散性抑制过程的多参数血流成像[8]等。

图2 大鼠脑中动脉栓塞后脑皮层血流分布

图3 激光散斑血流成像用于大鼠Mini-stroke脑缺血模型及再灌注过程观测结果[6]

图4 局灶性脑缺血后侧枝循环的动态变化过程[7]

3、激光散斑血流成像仪器

武汉迅微光电技术有限公司多年来一直开展激光散斑血流成像技术研究，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疾病诊疗中的应用等[9-25]。推出基于激光散斑衬比分析技术的多款生物组织实时快速血流成像产品，包括：

高分辨激光散斑血流成像系统SIM BFI-HR100：适用于实验动物脑、肠系膜、耳、皮肤、肝脏等多种组织活体血流成像研究的，具备约2微米/像素的空间分辨率，能清晰获取微小血管的血流及血管形态参数的动态变化过程；

大视场激光散斑血流成像系统SIM BFI-WF100：适用于对大范围内的生物组织血流进行实时在体的快速检测，成像范围可达数十厘米，可用于临床疾病诊疗研究，已被皮肤、烧伤、血管、整形、神经外科、麻醉、中医药等临床科室成功进行临床测试与临床研究。