利用光学相干断层扫描中的微球追踪实现绝对血流速度测量

Absolute blood flow velocity measurement using microsphere tracking in optical coherence tomography

Huanhuan Yu, Mingjie Ni, Dongqing Shang, Teng Ma, and Cuixia Dai

Journal of Innovative Optical Health SciencesVol. 18, No. 06, 2550023 (2025)

https://doi.org/10.1142/S1793545825500233

导语

在生物医学光子学领域，精确测量血流速度对于理解多种疾病的发病机制以及促进早期诊断和治疗至关重要。传统的光学相干断层扫描（OCT）技术，如多普勒OCT（D-OCT）和OCT血管造影（OCTA），虽然在测量轴向血流速度和可视化血管结构方面表现出色，但在精确量化红细胞的绝对速度方面仍存在局限性。近期，上海应用技术大学戴翠霞教授团队在《Journal of Innovative Optical Health Sciences》上发表了一篇题为“Absolute blood flow velocity measurement using microsphere tracking in optical coherence tomography”的研究论文，提出了一种基于微球追踪的新型方法，能够精确测量沿血管的绝对血流速度。

研究背景

血液循环系统负责将营养物质输送到全身细胞，其网络从几厘米宽的动脉延伸到仅几微米宽的毛细血管。血流动力学的改变通常先于疾病进展中的细胞和组织结构变化。在某些疾病中，特定血管血流速度的变化可以提供明确的诊断依据。因此，研究血流动力学对于阐明疾病机制和促进早期诊断至关重要。

研究方法

研究团队开发了一种基于微球追踪的新型方法，利用扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT）精确测量沿血管的绝对血流速度。实验中，将新鲜采集的血液与微球混合，注入纤维素管中模拟单个血管。通过双通道注射泵以指定的流速（2-80μL/min）注入混合物，确保测量的准确性。实验结果表明，该方法能够精确测量0.472mm/s至18.9mm/s范围内的血流速度，误差小于10%。此外，团队还进行了初步的体内实验，对兔子耳部血管进行了检测，进一步验证了该方法的可靠性。

实验结果

实验中，团队使用了直径为300微米的纤维素管模拟单个血管，并在其中注入了含有聚苯乙烯微球的血液混合物。通过SS-OCT系统，团队能够精确追踪微球的运动，并计算出其速度，从而得到血流速度的分布。实验结果显示，微球在管中心的流速高于靠近管壁的位置，这归因于管壁对微球的粘附作用。此外，团队还对不同注射速率下的微球速度进行了定量分析，发现速度分布与管内深度有关，中心速度高于靠近管壁的速度。

体内实验

为了进一步验证该方法的可靠性，团队在新西兰兔耳部血管进行了初步的体内实验。实验中，将聚苯乙烯微球悬浮液注入兔耳中央动脉，并通过SS-OCT系统进行扫描。实验结果显示，该方法能够成功追踪微球的运动，并准确测量出血管内的血流速度。实验中测量到的血流速度分别为1.12mm/s、9.31mm/s和11.18mm/s，这些结果与体外实验结果一致，进一步验证了该方法的可靠性。

主要创新点

1. 微球追踪技术：通过在血液中加入微球并追踪其运动，实现了对绝对血流速度的精确测量。

2. 扫频源光学相干断层扫描（SS-OCT）：利用SS-OCT技术，能够实现高分辨率的三维成像，为血流速度的测量提供了更精确的平台。

3. 高精度测量：该方法能够在0.472mm/s至18.9mm/s的范围内精确测量血流速度，误差小于10%，为临床诊断提供了可靠的数据支持。

应用前景

该研究提出的方法为特定疾病的诊断提供了一种潜在的工具，通过检测目标血管血流速度的变化，能够为疾病的早期诊断和治疗提供重要依据。此外，该方法还可以应用于研究血管网络中的血流动力学，为理解疾病机制提供更深入的见解。

结语

戴翠霞教授团队的这项研究在血流速度测量领域取得了重要进展，为生物医学光子学领域的发展提供了新的思路和方法。通过微球追踪和SS-OCT技术的结合，该方法能够精确测量沿血管的绝对血流速度，为疾病的早期诊断和治疗提供了有力的支持。未来，随着技术的进一步完善和应用的拓展，该方法有望在更多领域发挥重要作用。

通讯作者简介

马腾，深圳先进技术研究院研究员、国家级海外高层次人才，任医学成像科学与技术系统全国重点实验室电子信息部副主任。致力于医学超声科学仪器的研制，在高性能换能器与影像系统、多模态介入器械以及全息声学等领域取得显著成就。

更多详情见https://www.suat-sz.edu.cn/info/1162/2216.htm

戴翠霞，上海应用技术大学教授，长期从事生物医学光学成像研究，紧密围绕眼科、内窥光学结构及功能成像研究主线，进行了光学相干层析（OCT）、光学相干血流成像（OCTA） 、光学相干弹性成像（OCE）、光声显微成像（PAM）、荧光成像（FI）等技术的研究，先后研发多个基于OCT技术的眼科、内窥多模态成像系统，并开展了一系列医学应用研究。研究的相关技术构成了包括眼科、内窥组织结构/血流、散射/吸收/分子特异性等多维度眼科医学成像体系。

更多详情见https://www.sit.edu.cn/info/2201/156151.htm