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意义：对与血流相关的组织动力学进行连续、无创且具有深度分辨能力的监测，仍然是一项尚未满足的重要需求。散斑对比光谱（SCOS），包括其干涉式实现形式如 iSCOS，为血流传感提供了一种可扩展的光学路径，但传统连续波方法缺乏内在的深度选择性。飞行时间（TOF）门控通过分辨光子路径长度，为分离分层组织（如皮肤-肌肉或头皮-皮层）中的浅层与深层动态贡献提供了一种方法。 目的：我们提出了一种扫频光源、单通道的干涉式散斑对比光谱（iSCOS）实现方案，用于从测得的场自相关函数 g_1 中获得 TOF 分辨的时间散斑对比度 {kappa}^2，并评估其用于深度分辨血流传感的可行性。 方法：采用工作于 780 nm 的扫频光源 iNIRS 系统采集干涉信号，并沿光频轴进行傅里叶变换，以恢复复数 TOF 分辨散斑场。随后，利用散斑可见度关系，在每个 TOF 门处通过 g_1 间接估计时间散斑对比度。首先，采用基于扩散的数值模拟，在不同约化散射系数、扩散系数、加性噪声水平和双层几何结构条件下，对直接基于方差的估计量与间接基于 g_1 的估计量进行比较。由于模拟结果表明，与直接估计量相比，由 g_1 推导的 {kappa}^2 估计量对加性噪声的敏感性显著更低，因此在主要的体模和体内分析中采用该估计量，而直接估计量仅作为模拟比较基准。随后，将由 g_1 推导的估计量应用于液体体模和双层体模，并进一步在人前臂袖带阻断实验以及额部 Sudoku 任务期间开展概念验证性体内测量。 结果：利用由 g_1 推导的估计量恢复得到的 TOF 分辨 kappa2 曲线，在散射系数、光子路径长度和曝光时间的不同条件下均与 DWS 理论一致。对于幅值最高可达场幅值 50% 的加性噪声，该估计量仍保持理论精度；相比之下，直接方差估计量表现出显著的噪声诱导偏差，并需要校正。双层模拟和体模实验再现了分层介质中 TOF 依赖去相关速率趋势的预测方向和起始特征。在体内实验中，恢复得到的血流指数能够追踪前臂中预期的 TOF 依赖性袖带阻断及反应性充血响应。在单受试者 Sudoku 任务期间，左额记录显示相对血流指数增加具有 TOF 依赖性：在 TOF = 400 ps 时为 +0.8 {+/-} 1.9%，在 TOF = 600 ps 时为 +9.8 {+/-} 2.2%，在 TOF = 800 ps 时为 +15.2 {+/-} 5.6%。这一模式与较长光子路径长度下对更深层组织敏感性增加的预期一致，但在将其定量解释为认知激活之前，仍需进行队列水平验证。 结论：将时间散斑对比分析与扫频光源 iNIRS 相结合，构建了一种用于血流传感的概念验证性深度分辨平台。通过经由 g_1 推导的 {kappa}^2 路径估计 TOF 分辨散斑对比度，TOF-iSCOS 在保持对更深层动态组织层敏感性的同时，抑制了加性噪声偏差。目前的单通道结果在连续波 iSCOS、干涉式 NIRS 和时域弥散相关光谱（TD-DCS）之间建立了联系，并推动未来开展多通道和队列研究，以实现可扩展的皮层血流动力学监测。
意义：对与血流相关的组织动力学进行连续、无创且具有深度分辨能力的监测，仍然是一个尚未满足的重要需求。散斑对比度光谱（SCOS），包括其干涉式实现形式如 iSCOS，为血流传感提供了一种可扩展的光学途径，但传统连续波方法缺乏内在的深度选择性。飞行时间（TOF）门控通过分辨光子路径长度，为分离分层组织（如皮肤-肌肉或头皮-皮层）中的浅层和深层动态贡献提供了一种方法。
目的：我们提出一种扫频光源、单通道的干涉式散斑对比度光谱（iSCOS）实现方式，以便从测量得到的场自相关函数 g_1 中获取具有 TOF 分辨的时间散斑对比度 κ^2，并评估其用于深度分辨血流传感的可行性。
方法：一套工作于 780 nm 的扫频光源干涉式近红外光谱（iNIRS）系统采集干涉信号，并沿光频轴进行傅里叶变换，以恢复复数形式的、具有 TOF 分辨能力的散斑场。随后，利用散斑可见度关系，在每个 TOF 门处通过 g_1 间接估计时间散斑对比度。首先，采用基于扩散的数值模拟，在不同约化散射系数、扩散系数、加性噪声水平和双层几何结构条件下，比较直接基于方差的估计器与间接基于 g_1 的估计器。由于模拟结果表明，由 g_1 导出的 κ^2 估计器对加性噪声的敏感性明显低于直接估计器，因此在主要的体模和体内分析中采用该估计器，而直接估计器则作为模拟比较对象。随后，将基于 g_1 的估计器应用于液体体模和双层体模，并进一步在人体前臂袖带阻断实验以及额部 Sudoku 任务期间开展概念验证性体内测量。
结果：利用基于 g_1 的估计器恢复的 TOF 分辨 κ^2 曲线在散射系数、光子路径长度和曝光时间的不同条件下均与 DWS 理论一致。对于幅度最高达场幅度 50% 的加性噪声，该估计器仍保持理论精度，而直接方差估计器则表现出显著的噪声诱导偏差并需要校正。双层模拟和体模实验重现了分层介质中 TOF 依赖去相关速率变化趋势的预测方向和起始特征。在体内实验中，恢复得到的血流指数追踪到了前臂中预期的 TOF 依赖性袖带阻断及反应性充血响应。在单受试者 Sudoku 任务期间，左额记录显示相对血流指数随 TOF 呈依赖性增加：在 TOF = 400 ps 时为 +0.8 ± 1.9%，在 TOF = 600 ps 时为 +9.8 ± 2.2%，在 TOF = 800 ps 时为 +15.2 ± 5.6%。这一模式与较长光子路径长度下对更深层组织敏感性增强的预期一致，但在将其作为认知激活进行定量解释之前，仍需开展队列水平的验证。
结论：将时间散斑对比度分析与扫频光源 iNIRS 相结合，构建了一个用于血流传感的概念验证性深度分辨平台。通过经由 g_1 导出的 κ^2 路径估计 TOF 分辨散斑对比度，TOF-iSCOS 在保留对更深层动态组织层敏感性的同时，抑制了加性噪声偏差。当前的单通道结果在连续波 iSCOS、干涉式 NIRS 和时域弥散相关光谱（TD-DCS）之间建立了联系，并推动未来开展多通道和队列研究，以实现可扩展的皮层血流动力学监测。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.03.736163v1?rss=1
🏷️ 血流监测 飞行时间门控 散斑对比光谱 深度分辨成像 光学体内测量