實(shí)時(shí)激光散斑對比度成像在神經(jīng)血管手術(shù)中血流評估的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

該研究由 Anton Konovalov、Fyodor Grebenev、Dmitry Stavtsev 等多位研究者共同完成，文章名為《Real-time laser speckle contrast imaging for intraoperative neurovascular blood flow assessment: animal experimental study》，發(fā)表在《Scientific Reports》期刊。

重要發(fā)現(xiàn)
1.光學(xué)成像原理的革命性突破 
激光散斑對比成像（LSCI）基于獨(dú)特的生物光子學(xué)原理：當(dāng)785nm近紅外激光照射血流時(shí)，運(yùn)動(dòng)紅細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致激光散斑圖案動(dòng)態(tài)變化。通過計(jì)算散斑對比度值 K=σ/⟨I⟩（σ為像素強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，⟨I⟩為平均強(qiáng)度），系統(tǒng)將散斑波動(dòng)轉(zhuǎn)化為相對血流速度（RBF）。

該技術(shù)通過定制化光學(xué)組件實(shí)現(xiàn)：激光二極管發(fā)射相干光穿透組織、偏振濾光片消除表面反射噪聲、帶通濾光片抑制環(huán)境光干擾、高速相機(jī)以5ms曝光捕捉散斑動(dòng)態(tài)。

2.五大手術(shù)場景的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
研究在大鼠頸動(dòng)脈模型（直徑≈人腦血管1mm）中模擬五種手術(shù)情境，通過LSCI與接觸式多普勒超聲對照：

1. 血管閉塞與捕獲
近端夾閉時(shí)，LSCI檢測到遠(yuǎn)端血流速下降58.1%（26.23→15.26 a.u.），并首次捕捉到傳統(tǒng)手段無法發(fā)現(xiàn)的逆向血流。血管捕獲（雙夾閉）后，血流信號降至12.12 a.u.，靈敏度超越多普勒。

2. 血管吻合術(shù)監(jiān)測
側(cè)側(cè)吻合術(shù)后，LSCI顯示旁路血管血流速提升32%（10.93→14.48 a.u.），同時(shí)通過伯努利流體力學(xué)定律解釋了流速下降但流量增加的現(xiàn)象。

3.術(shù)中血栓實(shí)時(shí)預(yù)警
應(yīng)用三氯化鐵誘發(fā)血栓后，LSCI信號驟降64.45%（13.40→4.76 a.u.），與多普勒確認(rèn)的零血流狀態(tài)完全吻合，為術(shù)中血栓提供即時(shí)光學(xué)預(yù)警。

3.數(shù)據(jù)可靠性三重驗(yàn)證
時(shí)序敏感性：再灌注后血流信號1秒內(nèi)恢復(fù)基線值
統(tǒng)計(jì)學(xué)驗(yàn)證：Friedman檢驗(yàn)顯示各組差異p<0.001
技術(shù)對照：與多普勒血流速（LBFV）變化趨勢高度一致

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
1.突破性技術(shù)瓶頸

1. 解決"熒光依賴"困局
傳統(tǒng)熒光造影需反復(fù)注射造影劑（如ICG），每次間隔超15分鐘。LSCI通過純光學(xué)成像實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，避免肝腎毒性風(fēng)險(xiǎn)，尤其適用于長時(shí)間復(fù)雜手術(shù)。

2. 顛覆性實(shí)時(shí)能力
首次實(shí)現(xiàn)術(shù)中35fps血流成像，延遲僅200ms。相比需停手術(shù)的MRI/CT血管造影，LSCI允許手術(shù)與監(jiān)測同步進(jìn)行。

3. 微血管成像里程碑
在1mm級血管中精確捕捉逆向血流及吻合口滲漏，空間分辨率達(dá)40×40像素ROI（約0.1mm²）。

2.臨床價(jià)值重塑
快速?zèng)Q策：血栓檢出時(shí)間縮短至2分鐘內(nèi)
安全性提升：避免血管內(nèi)探頭損傷風(fēng)險(xiǎn)
成本效益：單設(shè)備替代多模態(tài)監(jiān)測（超聲+熒光+造影）

總結(jié)與展望
本研究證實(shí)實(shí)時(shí)LSCI在神經(jīng)血管手術(shù)中具有變革性潛力：其非接觸、無造影劑的特點(diǎn)攻克了傳統(tǒng)監(jiān)測的技術(shù)壁壘，而毫秒級響應(yīng)速度首次實(shí)現(xiàn)"邊手術(shù)邊觀察"的臨床理想模式。

當(dāng)前主要限制在于運(yùn)動(dòng)偽影（如器械操作震動(dòng)），未來可通過AI降噪算法與手術(shù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)協(xié)同優(yōu)化。隨著深度學(xué)習(xí)血流方向分析算法（如Duncan模型）的整合，下一代系統(tǒng)有望區(qū)分動(dòng)靜脈血流。

研究團(tuán)隊(duì)正推進(jìn)LSCI與神經(jīng)外科外鏡系統(tǒng)的硬件集成，計(jì)劃3年內(nèi)啟動(dòng)臨床試驗(yàn)。這項(xiàng)光學(xué)技術(shù)將推動(dòng)神經(jīng)外科進(jìn)入智能顯微時(shí)代——就像給手術(shù)刀裝上"血流透視眼"，讓每一條微血管的搏動(dòng)都清晰可辨。

聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
文章來源于：
Konovalov A, Grebenev F, Stavtsev D, Kozlov I, Gadjiagaev V, Piavchenko G, Telyshev D, Gerasimenko AY, Meglinski I, Zalogin S, Artemyev A, Golodnev G, Shumeiko T, Eliava S. Real-time laser speckle contrast imaging for intraoperative neurovascular blood flow assessment: animal experimental study. Sci Rep.

DOI: 10.1038/s41598-023-51022-2.