暨南大学团队在微循环光声成像技术方面取得重要进展

近日，暨南大学物理与光电工程学院（理工学院）关柏鸥团队在微循环光声成像技术方面取得重要进展。研究成果以“面向活体的微型化全向宽带光声成像系统”（Dynamic Microvascular Monitoring with Miniaturized Omnidirectional Broadband Photoacoustic Imaging System for Living Entities: MOBILE）为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）。

微循环直接反映组织灌注和器官供氧状态，微循环监测对于危急重症救治与慢性病管理均具有重要意义。一方面，微循环障碍是导致ICU患者器官衰竭的主要因素，微循环监测不仅能为脓毒症等危重症患者赢得宝贵的早期干预“时间窗”，还能在紧急救治过程中即时评估组织复苏情况，从而指导精准治疗。另一方面，微循环障碍是糖尿病并发症的核心病理基础，因此微循环监测能为糖尿病等慢性病管理提供个性化的精细指导。

掌握微循环状态信息非常重要，但目前缺乏有效的微循环监测手段。微循环监测难度在于：首先，微循环监测对象是微血管与毛细血管，需要足够高的空间分辨率；其次，微循环监测关注氧供给和氧摄取，要求血氧量化能力和足够高的时间分辨率；最后，无论是重症监护还是慢性病管理，都希望成像设备小巧便捷、能实现床旁监测。现有CT和MRI无法实现床旁实时监测，超声成像不具备血氧观测能力，光学成像能够提供高时空分辨率，但穿透能力不足（通常小于1-2毫米）。光声成像具备血氧成像能力、高时空分辨率和深穿透能力，挑战在于如何实现成像探头小型化，解决因探头尺寸减小而导致成像质量急剧下降的难题。

针对上述瓶颈问题，团队开发了名为MOBILE的微型化光声成像系统，能够以40μm分辨率和10mm穿透深度对人体皮下组织微循环动态变化进行分层可视化。该成像系统的核心是团队自主研发的光纤激光超声传感器，其感应面积仅为传统压电传感器的1/300，不仅拥有极高的探测灵敏度（噪声等效声压达毫帕量级），而且能够提供0.3-80 MHz工作频带和360o全向接收能力。该技术突破了传统光声成像探头小型化后分辨率和成像深度显著下降的难题，使得在紧凑探头构型下实现高性能成像成为可能。

研究团队展示了MOBILE系统对运动引起微循环适应性变化的实时成像能力。将4cm 直径的成像探头集成于健身车把手，系统能够重建从浅表毛细血管（直径40μm）至深处皮下大血管（直径1.5mm）的跨尺度血管网络，实时呈现高强度骑行过程中血管管径、血红蛋白浓度与血氧饱和度的动态演变过程，揭示不同深度微血管在运动负荷下的差异化响应特征。成像结果表明，MOBILE系统为全面解码微循环系统的分级调节机制提供了直接而有效的手段，是现有技术难以企及的。

MOBILE系统设计紧凑、易于与便携设备或临床现有系统集成，能够为ICU病人监护、术中微循环状态评估以及慢性病的日常管理提供全新的可视化工具，在未来的可穿戴医疗和床旁监测领域具有重要的临床转化价值。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68190-6