激光散斑对比成像

高空间和时间分辨率的实时检测血流变化可以成为实验和临床应用的有力工具。虽然激光多普勒技术是监测血流的传统方法，但它只能从非常狭窄（小于0.1 mm3）的采集范围内的单点进行测量。在过去的十年中，激光散斑对比成像（LSCI）越来越多地被用作量化血流相对变化的工具，可以为时空血流动力学的整合准备二维地图（Boas D & Dunn AK, 2010; J Biomed Opt, Dunn AK, 2001， JCBFM）。

原则

当散射表面被激光照射时，由于随机干扰，产生散斑图案。一个区域上的散斑对比度表示为像素窗口（通常为7×7像素网格）中标准偏差与平均散斑强度的比值。

如果表面有移动的散射粒子（如红细胞），斑点图案会波动，斑点会变得模糊。这降低了网格的散斑对比度。因此，散斑对比度值产生澳门威尼斯人注册粒子运动的信息，即感兴趣区域的血流速度。理想情况下，散斑对比度值分布在0和1之间，其中1表示没有运动，0表示模糊所有散斑的最快运动。散斑对比度是相机曝光时间(T)和相关时间（样本动态的时间尺度）的函数。因此，相关时间（tc）可以用这些信息来计算，它与散射粒子的速度成反比。

在不同时间点获得的相关时间值的比值给出了某一时刻相对于基线流速的相对血流速度变化。

设备

激光散斑对比成像基本上需要照明系统、光学设备和CCD相机。由激光功率单元控制的激光二极管和准直装置用于照射表面。可见红光或红外激光范围可以使用（700至920纳米）。对于光学采集，可以使用连接到相机的变焦镜头或配备4 -10倍物镜的显微镜。图像采集由CCD相机完成。原始斑点图像可以在线或离线获取，并通过适当的软件环境进行处理，以获得二维血管图，并计算相对血流随时间的变化。构建LSCI系统的详细信息可参见Ponticorvo a & Dunn AK， 2010, J Vis Exp。

这是我们在2018年建造的一个系统的零件清单。

应用程序

LSCI已广泛应用于啮齿动物大脑，用于功能性充血期间的血流量（皮层对感觉刺激的血流量反应增加）（Dunn AK, 2003,Opt Lett）和皮质扩张性抑制（Ayata C, 2004, JCBFM-1）和局灶性脑缺血（Ayata C, 2004, JCBFM-2, Shin, 2007, brain）的神经疾病模型。它可以通过颅骨窗口，薄颅骨甚至通过完整的颅骨在小鼠中进行。相对血流变化可用于实时指导实验，它可以很容易地与其他成像方式相结合，如内在光信号、双光子显微镜或光学相干断层扫描（Yaseen MA, 2015, Biomed Opt Express）。

图：通过颅窗对小鼠大脑皮层的激光散斑成像。左图为皮质脉管系统的基线斑点对比图像。大脑中动脉闭塞时皮层低灌注区相对血流量图（右图）可用于实验中缺血的确认和监测。

激光散斑成像也被用于一些临床应用，如监测皮肤病变周围的灌注（Huang YC, 2008, Laser Surg Med），以及术中CBF监测以指导脑肿瘤切除手术（Richards LM, 2017， JCBFM, Richards LM, 2014, Neurophotonics）。

GitHub代码:

激光散斑处理代码。DLSI代码。

联系

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