散斑血流成像专题丨激光散斑成像的小鼠脑损伤模型（脑血流监测）

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激光散斑衬比成像能提供实时无扫描区域整体功能性成像，并且获得的图像具有高分辨率、快速和非侵入等诸多优点。采用的光谱分析检测脑血氧值能够实时在体检测，并且易于和激光散斑同步记录。

联合光谱和激光散斑系统

激光散斑系统由HeNe激光（HNL150L⁃EC，Thorlab）、扩束镜、反光镜、12倍光学镜筒（1⁃50486A，Navitar）、CCD相机（GS3⁃U3⁃51S5M⁃C，Point⁃Grey）组成，同时血氧监测系统由光纤（直径200μm，定制）、卤素光源（HL2000⁃HP⁃FHSA，海洋光学）和光纤光谱仪（FX⁃2000，海洋光学）组成，如图所示。激光散斑成像与血氧监测系统实现实时同步测量。

光谱与激光散斑联合实验系统

实验过程：

实验采用ICR型雌性小鼠，在小鼠出生约8周后，将小鼠饲养与恒温（25±1℃）和恒湿（55±10%）的饲养笼中，昼夜间隔12h，连续饲养7d，在这个过程中保证水和食物供应充足。

5%水合氯醛（400mg/kg，腹腔注射）麻醉小鼠，并将其置于立体定向定位仪上，酒精消毒皮肤后，切开脑皮层，清洁颅骨表面，并分别在同侧脑区颅骨钻孔。右侧孔的中心为前卤前0.5mm，距离中线1.0mm，用来进行近红外光谱血氧采集实验，同侧的中心为前卤后约为0.5mm，中线外侧约1.0mm，成像面积大约2mm2，用来进行激光散斑血流成像实验。

将32只实验小鼠随机分为4组，每组8只，分别为LPS组、高渗盐水治疗组、甘露醇治疗组和生理盐水对照组。本实验中，LPS的剂量采用10ml/kg的注射量，所有小鼠在LPS用药2h后分别对治疗组和对照组注射7.5%高渗盐水（4ml/kg），20%甘露醇（2g/kg）以及0.9%生理盐水（6ml/kg）。所有给药方式均采用腹腔注射。然后用激光照射在小鼠左侧脑区用于激光散斑血流成像实验，同时光纤探针被插入到小鼠的同侧脑区用于近红外光谱实验。

实验组别的3组在LPS试剂注射后，利用激光散斑成像系统和光谱分析系统分别同时采集小鼠的血流和血氧信息，间隔20min记录一次，总计2h，之后分别对治疗组和对照组注射高渗盐水和甘露醇以及0.9%生理盐水，间隔20min记录一次，记录1h。对照组在同一时刻注射生理盐水。

小鼠脑损伤模型在体实验：

用光纤采集小鼠的血氧值，深度为距离脑膜0~2mm的范围，同时用激光散斑获取血流的伪彩图像，散斑成像位置和光纤探头位置见2.1。将LPS组和对照组的8只小鼠的光谱和激光散斑实验结果分别取均值，得到脑血氧（SO2）与ROI的脑血流（rCBF）的变化图。

脂多糖组和对照组的血流血氧变化曲线

在3个小时的实验过程中，对照组小鼠脑血氧有轻度下降，但下降程度保持在正常范围内，这可能是因为随着实验进行小鼠生命体征逐渐下降造成的。分析LPS组实验结果，在LPS注射后小鼠ROI区域的rCBF值呈现增加趋势；此外，血氧的变化曲线呈现大幅度下降的趋势。

将激光散斑血流成像系统和光谱血氧分析联合系统用于LPS诱导的小鼠脑损伤模型中。首先进行了脂多糖组和对照组的在体脑血流和脑血氧实验，分析实验结果说明了脂多糖引起小鼠脑损伤后造成血流和血氧的相应变化情况，进一步说明了脂多糖的药物功效。

LPS组小鼠实验过程中血流流速变化图

参考文献：

1、Laser speckle imaging and wavelet analysis of cerebral blood flow associated with the opening of the blood–brain barrier by sound[J]. O.Semyachkina-Glushkovskaya;A.Abdurashitov;A.Pavlov;A.Shirokov;N.Navolokin;O.Pavlova;A.Gekalyuk;M.Ulanova;N.Shushunova;A.Bodrova;E.Saranceva;A.Khorovodov;I.Agranovich;V.Fedorova;M.Sagatova;A.E.Shareef;C.Zhang;D.Zhu;V.Tuchin.Chinese Optics Letters,2017(09)

2、张雅檬,宁雪,李韪韬,等.联合光谱和激光散斑成像的小鼠脑损伤模型在体研究[J].数据采集与处理,2021,36(04):697-704.DOI:10.16337/j.1004-9037.2021.04.007.