簡介

激光散斑成像技術(shù)自20世紀(jì)80年代Briers等人提出后逐漸被用于監(jiān)測人的皮膚、眼底的血流分布等。激光散斑是指當(dāng)激光照射在相對粗糙（和光的波長相比）的物體表面上，經(jīng)過不同光程的散射光之間相互干涉，有些地方干涉加強(qiáng)，有些地方干涉削弱，形成的隨機(jī)干涉圖樣。這種斑紋與被測表面的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)被激光照亮的區(qū)域經(jīng)過電荷耦合攝像器件（CCD）成像系統(tǒng)時，產(chǎn)生顆粒狀或斑紋狀像面散斑，如果散射介質(zhì)在運(yùn)動，圖像中的每一個象素將產(chǎn)生隨時間變化的散斑圖樣。在時間和空間上的強(qiáng)度變化包含著散射介質(zhì)的運(yùn)動信息。激光散斑成像技術(shù)通過CCD相機(jī)對散斑圖樣成像，分析由流速引起的空間模糊程度來獲得高空間和時間分辨率的二維流速分布圖，從而求出相對速度。利用CCD顯微測量技術(shù)計(jì)算血管管徑的變化，根據(jù)血流速度和管徑的變化計(jì)算出血流量的變化。激光散斑成像作為一種新的區(qū)域性流速監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在無需掃描的條件下，以較高的空間分辨率（13μm）和時間分辨率（25ms）活體、動態(tài)、非接觸地監(jiān)測血流速度、血管管徑和血流量的變化，獲得血流動力學(xué)的多個指標(biāo)。采用激光散斑成像技術(shù)監(jiān)測大鼠脊髓正常狀態(tài)和壓迫刺激后脊髓背部表面血管內(nèi)的血流速度和血流量以及血管管徑的變化，為脊髓血流動力學(xué)的研究提供一種新方法。

動物模型

成年雌性SD大鼠10只，體重（250±20）g。所有大鼠用10％水合氯醛（400mg／kg）腹腔注射麻醉。咬除T10﹑T11椎板，暴露該節(jié)段硬脊膜，用于探測脊髓血流動力學(xué)的變化。將35g重物通過2.2mm×5.0mm弧形光滑金屬墊片壓迫于該段脊髓后正中部，時間為5min，制備脊髓壓迫刺激模型。

用立體定位儀固定大鼠脊柱，以消除因呼吸所造成的脊柱運(yùn)動。用電熱毯保持大鼠肛溫在37～39℃。實(shí)驗(yàn)時在暴露的硬脊膜表面不斷滴加溫?zé)幔?8℃）的生理鹽水，以盡量保持脊髓的正常生理狀態(tài)。

脊髓血流動力學(xué)的監(jiān)測

利用激光散斑成像系統(tǒng)監(jiān)測大鼠脊髓血流動力學(xué)的變化。

激光散斑成像系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括光路和成像系統(tǒng)兩部分，光路由氦氖（He-Ne）（λ＝632．8nm，3mW）激光器發(fā)出的光束耦合到直徑為8mm的光纖束形成；成像系統(tǒng)由帶電子耦合器件（CCD）（Pixelfly，PCO COMPU TER OPTICS）相機(jī)的變焦體視顯微鏡（SZ6045TR，OLYMPUS）、圖像采集卡與圖像采集控制軟件、信號分析軟件構(gòu)成。激光散斑成像技術(shù)能到達(dá)的探測深度大約在500μm～1mm。

Fig1 激光散斑成像系統(tǒng)示意圖

圖像采集與處理

將制作好的大鼠脊髓模型放在體視顯微鏡的正下方，調(diào)焦，以能夠清楚地觀察到大鼠脊髓背部為準(zhǔn)。先用白光照射大鼠脊髓背部，利用激光散斑成像系統(tǒng)透過硬脊膜獲得正常大鼠脊髓背部表面血管的白光圖?再改用激光，透過硬脊膜，由計(jì)算機(jī)控制在動物模型制作成功后即刻（0min）和10min分別連續(xù)采集20幀正常脊髓背部表面血管的原始散斑圖像，然后保持大鼠位置不動，施行壓迫刺激，10min后再采集20幀原始散斑圖像。每幀原始散斑圖像大小為640象素×480象素，體視顯微鏡的放大倍數(shù)為1.5倍，激光照射區(qū)域面積為4.2mm×3.2mm，CCD曝光時間為20ms。

用Matlab軟件對原始的散斑圖像進(jìn)行處理，獲得散斑襯比圖和各時間點(diǎn)的偽彩色血流圖，顏色越紅代表相應(yīng)的流速越快。以0min時的偽彩色血流圖為基準(zhǔn)，各時間點(diǎn)上的偽彩色血流圖與它相比較，通過Matlab軟件計(jì)算得出正常狀態(tài)下10min時和壓迫刺激后10min時脊髓血流動力學(xué)指標(biāo)變化的百分?jǐn)?shù)。

監(jiān)測指標(biāo)

選擇大鼠脊髓背部表面正中血管（血管2）及其分支（血管1）和血管旁無明顯可見血管區(qū)域（原始面積為0．5mm×0．5mm）進(jìn)行血流動力學(xué)的研究，監(jiān)測血管旁無明顯可見血管區(qū)域的血流速度（A）、血管1的血流速度（B）、血管2的血流速度（C）、血管2的管徑（D）和血管2內(nèi)血流量（E）的變化。

結(jié)果分析

在白光的照射下，利用激光散斑成像系統(tǒng)，可以觀察血流的方向。大鼠脊髓T10～T11節(jié)段背部表面的可見血管幾乎全為靜脈。正中的一條粗大血管為脊髓后靜脈，其余血管為其分支。

從偽彩色血流圖上可以看到：正常狀態(tài)下10min時，血管2和部分分支血管的顏色與0min相比，顏色略淡，血流速度略慢，而管徑無明顯變化，可能與手術(shù)操作和脊髓失去了正常的體內(nèi)環(huán)境而受外環(huán)境的影響有關(guān)；脊髓壓迫刺激后10min時與正常狀態(tài)下10min時相比，幾乎所有血管顏色明顯變淡，血流速度減慢，血管2和部分分支血管的管徑也有所縮小，有的小分支血管甚至消失。激光散斑成像系統(tǒng)可以靈敏地監(jiān)測到脊髓正常狀態(tài)下和受壓迫刺激后血流動力學(xué)的變化。

Fig2 大鼠脊髓背部血管圖像
A：正常狀態(tài)下0min時白光照射下血管的分布（×1．5倍）；B：正常狀態(tài)下0min時偽彩色血流圖；C：正常狀態(tài)下10min時偽彩色血流圖；D：壓迫刺激后10min時偽彩色血流圖

激光散斑成像技術(shù)無需注入造影劑，無需掃描，操作簡便，可透過硬脊膜或其他一定厚度組織，以較高的空間分辨率（13μm）和時間分辨率（25ms）活體、動態(tài)、非接觸地監(jiān)測血流動力學(xué)的變化，獲得血流速度、血管管徑和血流量的多個血流動力學(xué)指標(biāo)，并且能夠明顯地觀察血流方向，從而區(qū)分動、靜脈。處理后的偽彩色血流圖可以直觀地觀察血流速度的變化和血管的膨脹或收縮，還可以從偽彩色血流圖上任意選擇感興趣的區(qū)域進(jìn)行血流動力學(xué)的研究。研究脊髓血管形態(tài)的方法常用的有掃描電子顯微鏡法，血管造影法，膠質(zhì)碳灌注法，它們都需要將動物處死，并且需要掃描或注入外源性物質(zhì)。而作者利用激光散斑成像系統(tǒng)在白光照射下，可以很容易的活體觀察到血流的方向，區(qū)分動脈和靜脈。激光散斑成像技術(shù)可以準(zhǔn)確、動態(tài)、活體、非接觸地監(jiān)測脊髓血流動力學(xué)的變化，直觀地觀察血管形態(tài)和血流速度的改變，為研究實(shí)驗(yàn)性脊髓壓迫刺激或損傷前后以及藥物干預(yù)等條件下血流動力學(xué)的變化提供了一種確實(shí)、可靠的監(jiān)測手段。

文獻(xiàn)引用：

1.Platelet adhesion and arteriolar dilation in the photothrombosis: observation with the rat closed cranial and spinal windows[J]. Mami Ishikawa;;Eiichi Sekizuka;;Chikara Oshio;;Shuzo Sato;;Noriyuki Yamaguchi;;Satoshi Terao;;Kosuke Tsukada;;Haruyuki Minamitani;;Takeshi Kawase.Journal of the Neurological Sciences,2002(1)

2.蘇昊,鄭啟新,駱清銘.激光散斑成像技術(shù)監(jiān)測脊髓血流動力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2009,38(01):106-109.

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