韓國科學技術院（KAIST）團隊開發的直接血細胞流成像技術（DBFI）突破這些瓶頸，首次實現0.71mm×1.42mm大視野內對單個血細胞運動的直接觀測，時間分辨率達0.69毫秒（1450幀/秒），無需任何標記劑。該技術不僅能精準量化毛細血管到動靜脈的血流速度和通量，更在神經血管耦合、心跳脈動等動態過程研究中展現強大潛力，為微循環研究樹立新標桿。

研究背景與技術挑戰
01微循環研究的核心需求
腦微循環調控、腫瘤細胞追蹤、神經活動與血流耦合等研究亟需高時空分辨率的血流動態數據。例如，神經血管耦合過程中，血流響應速度可達毫秒級，現有技術難以捕捉瞬時變化。

光學相干斷層掃描（OCT）：雖能無標記體積成像，但僅通過多普勒效應或信號去相關間接推算血流，無法直接觀測血細胞運動

“看不見”（無法直接觀測血細胞）、“看不全”（視野小）、“跟不上”（時間分辨率不足）三大痛點長期阻礙微循環動態研究。

核心研究成果
01顛覆性設計策略
DBFI核心技術基于寬場反射顯微鏡（WRM）系統的創新改造：
空間非相干光源：氙燈光源通過多模液體導光管消除散斑噪聲
高靈敏度相機：200萬電子滿阱容量實現300μm深層成像
智能背景扣除算法：動態分離血細胞信號與靜態組織背景

02多場景驗證突破
3D微血管網絡動態圖譜
首次實現全網絡血流速度和通量同步測繪。動脈血流速度最高達12mm/s（誤差<5%），毛細血管通量精度達92±29細胞/秒。

心跳脈動傳導解密
觀測到540次/分鐘的心跳脈動在微血管中的傳播時差：
動脈最先響應（上升沿陡峭）
毛細血管延遲5毫秒
靜脈延遲15毫秒

神經血管耦合機制
觸須刺激實驗中：
動脈：血管擴張15.5%（阻力降低）
靜脈：血流速度提升20.4%（無管徑變化）
毛細血管：血流速度激增35%，通量響應異質性顯著

成果意義與轉化
DBFI的理論創新在于首次通過光學信號直接解析血細胞運動軌跡，突破“間接測量”范式。其產業價值覆蓋三大方向：

腦科學：為阿爾茨海默癥、中風等疾病的微循環障礙提供動態診斷工具
腫瘤學：實現循環腫瘤細胞在微血管內遷移的實時追蹤
藥物研發：量化藥物對微循環的調控效果

未來將通過長波長光源（提升成像深度）和像素合并技術（增強靈敏度）解決當前300μm深度限制，進一步拓展至臨床內窺鏡應用。

DOI:10.1002/smll.202302244.