长期实时激光散斑成像及其在神经血管单元康复研究中的应用

Chronic and real-time in-vivo monitoring cerebral blood flow (CBF) is crucial when investigating the function and status of neurovascular unit. Traditional techniques, like Laser Doppler, MRI, and PET, can measure CBF in-vivo but with limited spatial or temporal resolutions. Recently, laser speckle contrast imaging (LSCI) is widely applied as a 2-D high spatio-temporal resolution CBF imaging method which is minimally invasive and does not need any contrast agent. However, traditional LSCI method can not accomplish the chronic and real-time imaging of CBF in awake and freely moving animals. Based on our previous studies of high spatio-temporal resolution LSCI method, we propose to develop new methods for chronic and real-time imaging of CBF in awake and freely moving animals. We further plan to apply new methods to monitoring the baseline CBFs and its functional response to running in different cortex areas (ischemia core, penumbra region, contralateral normal area) during 30 days after stroke onset. The experimental data will provide a clear time course of neurovascular units' rehabilitation, including CBF revascularization and functional perfusion recovery. The methods developed in this study will be an important tool for investigations of brain diseases and related therapy strategies.

长期实时在体监测脑皮层血流是研究神经血管单元生理功能的重要手段。常见的脑血流监测技术，如激光多普勒、核磁共振成像、正电子发射断层成像等，无法满足高时空分辨率脑皮层血流成像的要求。近年来，激光散斑衬比成像技术被广泛应用于脑皮层血流的成像，具有微创、无需造影剂、高时空分辨率的特点。但是，目前的激光散斑衬比成像技术仍然无法做到清醒自由活动状态下实时及长期成像。本课题以前期高分辨率激光散斑衬比成像工作为基础，拟研究清醒自由活动状态下脑皮层血流的在体实时成像和长期稳定成像方法，并将新方法应用于监测大鼠脑卒中损伤前后及30天内脑皮层不同区域微循环血流基础值及运动功能响应的变化，研究脑损伤后神经血管单元的功能康复过程，特别是长时间尺度下的血管新生过程以及神经血管单元功能响应的修复过程。本课题的研究将为脑血管疾病的机理和治疗研究提供重要的研究手段。

长期实时在体监测脑皮层血流是研究神经血管单元生理功能的重要手段。常见的脑血流监测技术，如激光多普勒、核磁共振成像、正电子发射断层成像等，无法满足高时空分辨率脑皮层血流成像的要求。近年来，激光散斑衬比成像技术被广泛应用于脑皮层血流的成像，具有微创、无需造影剂、高时空分辨率的特点。但是，目前的激光散斑衬比成像技术仍然无法做到清醒自由活动状态下实时及长期成像。. 本课题以前期高分辨率激光散斑衬比成像工作为基础，开展了长期实时成像的理论和方法学研究。主要工作包括构建了新型的熵分析理论体系；研究了成像组织散射系数分布不均匀对散斑血流成像的影响以及双模态校正机制；研发了多模态成像系统和实时数据处理软件。与此同时，我们将相关理论方法和软硬件技术，应用于动物模型脑损伤后神经血管单元的康复研究中，包括：稳定的大鼠脑皮层长期成像透明窗技术；实现了光学数据和电生理数据的同步实时采集；结合激光散斑成像和同步辐射成像技术，研究了脑损伤后早期（72小时以内）和长期（28天）脑部血供和血管的形态和功能变化过程。本研究的相关成果，为脑科学和脑疾病研究，特别是神经血管单元康复的研究提供了新方法和新手段。