华中科技大学武汉光电国家研究中心朱䒟教授课题组成功研发适用于厚组织血流分布探测的透射式激光散斑衬比成像技术，可以非侵入、高分辨获取人体皮下血流分布信息及动态变化。成果“Transmissive-detected laser speckle contrast imaging for blood flow monitoring in thick tissue: from Monte Carlo simulation to experimental demonstration”于2021年12月3日在光学领域顶级刊物Light: Science & Applications（(Light Sci. Appl.10, 241, 2021)）上在线发表。

血管功能异常与许多疾病的发生发展息息相关，例如糖尿病、动脉硬化、血栓形成等，血流速度是反映血管功能的重要指标之一。激光散斑衬比成像技术通过分析激光照射在运动的散射介质（如生物组织中流动的红细胞）上发生随机干涉而形成的散斑，即可生成二维流速分布图，目前该技术已在血流成像监测中发挥重要作用。但现有基于反射式探测的激光散斑衬比成像，当激光到达血管层之前，需穿过混浊组织（如皮肤）而产生很强的静态散斑，甚至掩盖目标血管所产生的动态散斑信号，从而导致图像的信背比很低。借助于“手术窗”或“光透明窗”，激光散斑衬比成像可以在实验动物上获取高分辨的血流分布图像，但在人体实验中，由于无法随意开窗，则很难区分单根血管。

针对这一挑战，朱䒟教授课题组通过改变激光散斑成像的探测方式，突破了激光散斑成像技术在厚组织血流分布的成像能力。研究团队利用蒙特卡洛模拟证明，相较于反射式探测，透射式探测具有更强的深层信号提取能力；通过脂肪乳构建组织模型，发现当血管深度大于1mm时，反射式激光散斑成像已经无法区分血流与背景信号，而利用透射式激光散斑成像仍然可以获取高信背比的血流图像。此外，透射散斑成像对小速度血流的变化展现出了更高的敏感性，这一特性使该技术更有利于微循环研究。随后，研究团队开展动物实验，在无需开“窗”的情况下，成功获取了小鼠不同部位（包括耳朵、背部、下肢、鼠爪）皮肤/皮下高分辨血流分布信息，并应用于血流动态变化监测。不仅如此，这种基于透射式探测的激光散斑衬比成像还可以识别成年人的手指、手掌皮下单根血管的血流信息，指关节中的血管网络清晰可见。对比反射式激光散斑成像与透射式激光散斑成像获取的血流信息发现，相较于皮肤表层灌注，深层血管中的血流速度对压力更敏感、且在压力消失后恢复更缓慢。虽然透射式探测，需要更高的激光功率，但单次成像的光能量密度也不过6 mJ/cm²，这比起临床激光理疗的光照剂量小几个数量级，高安全性使得该技术具有巨大的临床应用潜力。

成功获取手部皮下的血流信号，意味着透射式激光散斑成像技术可以进一步应用于其他厚度适宜光线穿透的人体部位，如耳朵、嘴唇、脚趾、脚背，将在诸如糖尿病足溃疡、类风湿关节炎和皮炎等与微循环相关疾病、甚至血栓形成或溶栓效果的评估诊断与研究中发挥重要作用。

该研究得到国家自然科学基金（61860206009, 81870934, 82001877, 81961138015）和中国博士后科学基金（BX20190131, 2019M662633）的资助。朱䒟教授为论文通讯作者，朱䒟教授的博士后李东宇及博士生夏晴为论文共同第一作者，俞婷婷副研究员、朱京谭博士为共同作者参与相关工作。

图1透射式激光散斑成像系统及其应用。（a）透射式激光散斑成像系统示意图；（b）传统的反射式激光散斑成像系统示意图；（c）透射式激光散斑成像能无创地获取小鼠不同部位皮肤/皮下血流分布信息，其分辨率和信背比优于反射式激光散斑成像；（d）透射式激光散斑成像可用于单血管分辨地监测小鼠下肢皮下血流对药物的响应；（e）透射式激光散斑成像能无创地获取人手指及手掌皮下血流分布的高分辨图像；（f）透射式激光散斑成像可用于监测人手皮下深层大血管中的血流动态变化，可与反射式激光散斑成像获取的表面灌注信息互为补充。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41377-021-00682-8