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激光散斑血流成像仪

更新:2020-4-19 20:33:53点击:
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产品介绍
   激光散斑血流成像仪采用LSCI(Laser Speckle Contrast Imaging,激光散斑衬比分析成像)技术设计,以其特有的非接触、免标记、高分辨和快速成像的技术优势,为临床诊疗及生命科学基础研究提供了一种全新的血流成像手段。仪器无需任何造影剂,非接触,空间分辨率可达十微米量级,时间分辨率可达毫秒量级,可实现实时、连续、动态观察组织血流变化的时间-空间特征。
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。
  如图1(a)所示,激光散斑血流成像仪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(b)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(c)所示,并可对血流速度变化的时空过程进行定量分析。图1(c)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。


激光散斑成像

    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。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。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。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。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。
3、激光散斑血流成像仪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仪: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仪: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。

应用领域:
生命科学基础研究与药物开发、脑血流 、MCAO模型、肠胃血流、下肢缺血、血管生成、烧伤评估、皮肤斑贴实验、脑皮层扩散抑制、神经内科、针灸科

性能参数:
激光散斑血流成像仪参数

应用论文:
1.Zou Tan, Jinde Zhang, Xiangyu Niu,Lisheng Lin, Buhong Li. Monitoring blood flow during vascular-targeted photodynamictherapy using laser speckle imaging. Asia Communications and Photonics Conference,2016(福州师范大学)
2.Jinde Zhang, Zou Tan, Xiangyu Niu,Linsheng Lin, Huiyun Lin, Buhong Li.Blood vessel damage correlated with irradiance for in vivovascular targeted photodynamic therapy. Proc. of SPIE Vol. 10024 100244N-2,2016(福州师范大学)
3.蒋梅君,褚志刚,谢琼慧,黄文卫,阮晶晶,谢卫国,激光散斑血流成像在预测烧伤患者创面愈合时间中的应用,中华烧伤杂志, 2016,32(12): 721-724.(武汉市第三医院)
4.  Chen D, Ren J, Wang Y, Zhao H, Li B, Gu Y. Relationship between the blood perfusion valuesdeterminedby laser speckleimaging and laser Doppler imaging in normal skin andport wine stains.  Photodiagnosis PhotodynTher. 2016 Mar, 13: 1-9.(301医院)
5. 吴希唏,冯爱平,寻常疣脉冲染料激光治疗前后激光散斑成像观察,中华皮肤科杂志,2016, 49 (3): 183-185.(华中科技大学附属协和医院)
6.   Zhiguo Li, Qin Huang, Peng Liu, Pengcheng Li, LiantingMa,Jinling Lu, Functional response of cerebral blood flow induced bysomatosensorystimulation in rats with subarachnoid hemorrhage, Journal ofBiomedical Optics,2015, 20(9): 096008.(广州军区武汉总医院)
7.Ren J, Li P, Zhao H, Chen D, Zhen J, Wang Y, Wang Y, Gu Y. Assessment of tissue perfusion changes in port winestainsafter vascular targeted photodynamic therapy: a short-term follow-upstudy. LasersMed Sci. 2014 Mar, 29(2): 781-788.(301医院)
8.方瑜,邱占东,闵哲,熊永洁,胡文涛,黄梁江,张苏明,激光散斑成像监测C57小鼠皮质血流及光化学缺血变化,神经损伤与功能重建,2014, 9(1):16-19.(华中科技大学附属同济医院)
9.闵喆,李昌盛,方瑜,邱占东,张苏明,激光散斑成像技术在大鼠大脑中动脉栓塞模型侧枝循环观测中的应用,神经损伤与功能重建, 2014,9(3): 191-194.(华中科技大学附属同济医院)
10.任杰,激光散斑成像和光学相干层析成像用于皮肤微血管无创检测的基础研究,中国激光医学杂志,2012, 21(5): 309.(301医院)
11.O.V. Ulianova, S.S.Ulianov, Pengcheng Li, Qingming Luo.Estimation of reactogenicity ofpreparations produced on the basis ofphotoinactivated live accines againstbrucellosis and tularaemia on theorganismic level. 1. using the LASCA, QuantumElectronics, 2011, 41(4): 340-343.(俄罗斯萨拉托夫州立大学)
12.O.V.Ulianova, S.S.Ulianov, Pengcheng Li, Qingming Luo. Estimation of reactogenicityofpreparations produced on the basis of photoinactivated live accinesagainstbrucellosis and tularaemia on the organismic level. 2. using the methodofspeckle-microscopy with high spatial resolution, Quantum Electronics,2011,41(4): 344-348.(俄罗斯萨拉托夫州立大学)
13.李昌盛,闵喆,湛彦强,徐杰,肖连臣,张苏明,利用激光散斑成像技术观察尤瑞克林对脑梗死大鼠脑血流的影响,中华神经科杂志,2010, 43(10): 732-736.(华中科技大学附属同济医院)
14.苏昊,郑启新,骆清铭,激光散斑成像技术监测脊髓血流动力学的实验研究,华中科技大学学报(医学版),2009, 38(1): 106-109.(华中科技大学附属协和医院)

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