研究成果—大視野直接血細胞成像：單細胞時間分辨率突破至0.69毫秒

韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）團隊開發(fā)的直接血細胞流成像技術(shù)（DBFI）突破這些瓶頸，首次實現(xiàn)0.71mm×1.42mm大視野內(nèi)對單個血細胞運動的直接觀測，時間分辨率達0.69毫秒（1450幀/秒），無需任何標(biāo)記劑。該技術(shù)不僅能精準(zhǔn)量化毛細血管到動靜脈的血流速度和通量，更在神經(jīng)血管耦合、心跳脈動等動態(tài)過程研究中展現(xiàn)強大潛力，為微循環(huán)研究樹立新標(biāo)桿。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
01微循環(huán)研究的核心需求
腦微循環(huán)調(diào)控、腫瘤細胞追蹤、神經(jīng)活動與血流耦合等研究亟需高時空分辨率的血流動態(tài)數(shù)據(jù)。例如，神經(jīng)血管耦合過程中，血流響應(yīng)速度可達毫秒級，現(xiàn)有技術(shù)難以捕捉瞬時變化。

光學(xué)相干斷層掃描（OCT）：雖能無標(biāo)記體積成像，但僅通過多普勒效應(yīng)或信號去相關(guān)間接推算血流，無法直接觀測血細胞運動

“看不見”（無法直接觀測血細胞）、“看不全”（視野�。�、“跟不上”（時間分辨率不足）三大痛點長期阻礙微循環(huán)動態(tài)研究。

核心研究成果
01顛覆性設(shè)計策略
DBFI核心技術(shù)基于寬場反射顯微鏡（WRM）系統(tǒng)的創(chuàng)新改造：
空間非相干光源：氙燈光源通過多模液體導(dǎo)光管消除散斑噪聲
高靈敏度相機：200萬電子滿阱容量實現(xiàn)300μm深層成像
智能背景扣除算法：動態(tài)分離血細胞信號與靜態(tài)組織背景

02多場景驗證突破
3D微血管網(wǎng)絡(luò)動態(tài)圖譜
首次實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)血流速度和通量同步測繪。動脈血流速度最高達12mm/s（誤差<5%），毛細血管通量精度達92±29細胞/秒。

心跳脈動傳導(dǎo)解密
觀測到540次/分鐘的心跳脈動在微血管中的傳播時差：
動脈最先響應(yīng)（上升沿陡峭）
毛細血管延遲5毫秒
靜脈延遲15毫秒

神經(jīng)血管耦合機制
觸須刺激實驗中：
動脈：血管擴張15.5%（阻力降低）
靜脈：血流速度提升20.4%（無管徑變化）
毛細血管：血流速度激增35%，通量響應(yīng)異質(zhì)性顯著

成果意義與轉(zhuǎn)化
DBFI的理論創(chuàng)新在于首次通過光學(xué)信號直接解析血細胞運動軌跡，突破“間接測量”范式。其產(chǎn)業(yè)價值覆蓋三大方向：

腦科學(xué)：為阿爾茨海默癥、中風(fēng)等疾病的微循環(huán)障礙提供動態(tài)診斷工具
腫瘤學(xué)：實現(xiàn)循環(huán)腫瘤細胞在微血管內(nèi)遷移的實時追蹤
藥物研發(fā)：量化藥物對微循環(huán)的調(diào)控效果

未來將通過長波長光源（提升成像深度）和像素合并技術(shù)（增強靈敏度）解決當(dāng)前300μm深度限制，進一步拓展至臨床內(nèi)窺鏡應(yīng)用。

DOI:10.1002/smll.202302244.