實時激光散斑對比度成像在神經血管手術中血流評估的動物實驗研究

導讀
本文聚焦實時激光散斑對比度成像（LSCI）在神經血管手術中血流評估的動物實驗研究，探討其在大鼠頸總動脈手術場景（如近端閉塞、血管吻合、血栓形成等）中評估血流的有效性。研究表明，LSCI 作為一種非侵入性、無需熒光物質的技術，能實時檢測血流變化，為神經外科手術減少術后并發癥提供了新工具，是極具前景的術中血流評估方法。

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》，發表在《Scientific Reports》期刊。

重要發現
1.光學成像原理的革命性突破
激光散斑對比成像（LSCI）基于獨特的生物光子學原理：當785nm近紅外激光照射血流時，運動紅細胞會導致激光散斑圖案動態變化。通過計算散斑對比度值 K=σ/⟨I⟩（σ為像素強度標準差，⟨I⟩為平均強度），系統將散斑波動轉化為相對血流速度（RBF）。

該技術通過定制化光學組件實現：激光二極管發射相干光穿透組織、偏振濾光片消除表面反射噪聲、帶通濾光片抑制環境光干擾、高速相機以5ms曝光捕捉散斑動態。

2.五大手術場景的實驗驗證
研究在大鼠頸動脈模型（直徑≈人腦血管1mm）中模擬五種手術情境，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，LSCI檢測到遠端血流速下降58.1%（26.23→15.26 a.u.），并首次捕捉到傳統手段無法發現的逆向血流。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. 血管吻合術監測
側側吻合術后，LSCI顯示旁路血管血流速提升32%（10.93→14.48 a.u.），同時通過伯努利流體力學定律解釋了流速下降但流量增加的現象。

3.術中血栓實時預警
應用三氯化鐵誘發血栓后，LSCI信號驟降64.45%（13.40→4.76 a.u.），與多普勒確認的零血流狀態完全吻合，為術中血栓提供即時光學預警。

3.數據可靠性三重驗證
時序敏感性：再灌注后血流信號1秒內恢復基線值
統計學驗證：Friedman檢驗顯示各組差異p<0.001
技術對照：與多普勒血流速（LBFV）變化趨勢高度一致

創新與亮點
1.突破性技術瓶頸
1. 解決"熒光依賴"困局
傳統熒光造影需反復注射造影劑（如ICG），每次間隔超15分鐘。LSCI通過純光學成像實現連續監測，避免肝腎毒性風險，尤其適用于長時間復雜手術。

2. 顛覆性實時能力
首次實現術中35fps血流成像，延遲僅200ms。相比需停手術的MRI/CT血管造影，LSCI允許手術與監測同步進行。

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40×40像素ROI（約0.1mm²）。

2.臨床價值重塑
快速決策：血栓檢出時間縮短至2分鐘內
安全性提升：避免血管內探頭損傷風險
成本效益：單設備替代多模態監測（超聲+熒光+造影）

總結與展望
本研究證實實時LSCI在神經血管手術中具有變革性潛力：其非接觸、無造影劑的特點攻克了傳統監測的技術壁壘，而毫秒級響應速度首次實現"邊手術邊觀察"的臨床理想模式。

當前主要限制在于運動偽影（如器械操作震動），未來可通過AI降噪算法與手術機器人運動協同優化。隨著深度學習血流方向分析算法（如Duncan模型）的整合，下一代系統有望區分動靜脈血流。

研究團隊正推進LSCI與神經外科外鏡系統的硬件集成，計劃3年內啟動臨床試驗。這項光學技術將推動神經外科進入智能顯微時代——就像給手術刀裝上"血流透視眼"，讓每一條微血管的搏動都清晰可辨。

聲明：本文僅用作學術目的。
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.