在微血管网络中，血细胞流动动态直接关系到组织器官健康。然而现有成像技术如激光扫描显微镜、光学相干断层扫描存在显著局限：视野狭窄，仅能观测单条血管；时间分辨率不足，难以捕捉毫秒级变化；需外源造影剂且无法直接观测血细胞运动。

韩国科学技术院（KAIST）团队开发的直接血细胞流成像技术（DBFI）突破这些瓶颈，首次实现0.71mm×1.42mm大视野内对单个血细胞运动的直接观测，时间分辨率达0.69毫秒（1450帧/秒），无需任何标记剂。该技术不仅能精准量化毛细血管到动静脉的血流速度和通量，更在神经血管耦合、心跳脉动等动态过程研究中展现强大潜力，为微循环研究树立新标杆。

研究背景与技术挑战
01微循环研究的核心需求
脑微循环调控、肿瘤细胞追踪、神经活动与血流耦合等研究亟需高时空分辨率的血流动态数据。例如，神经血管耦合过程中，血流响应速度可达毫秒级，现有技术难以捕捉瞬时变化。

02 现有技术的致命局限
激光扫描显微镜 ：依赖荧光标记，视野局限在单条血管，扫描速度难以兼顾大范围成像

光学相干断层扫描（OCT）：虽能无标记体积成像，但仅通过多普勒效应或信号去相关间接推算血流，无法直接观测血细胞运动

“看不见”（无法直接观测血细胞）、“看不全”（视野小）、“跟不上”（时间分辨率不足）三大痛点长期阻碍微循环动态研究。

核心研究成果
01颠覆性设计策略
DBFI核心技术基于宽场反射显微镜（WRM）系统的创新改造：
空间非相干光源：氙灯光源通过多模液体导光管消除散斑噪声
高灵敏度相机：200万电子满阱容量实现300μm深层成像
智能背景扣除算法：动态分离血细胞信号与静态组织背景

02多场景验证突破
3D微血管网络动态图谱
首次实现全网络血流速度和通量同步测绘。动脉血流速度最高达12mm/s（误差<5%），毛细血管通量精度达92±29细胞/秒。

心跳脉动传导解密
观测到540次/分钟的心跳脉动在微血管中的传播时差：
动脉最先响应（上升沿陡峭）
毛细血管延迟5毫秒
静脉延迟15毫秒

神经血管耦合机制
触须刺激实验中：
动脉：血管扩张15.5%（阻力降低）
静脉：血流速度提升20.4%（无管径变化）
毛细血管：血流速度激增35%，通量响应异质性显著

成果意义与转化
DBFI的理论创新在于首次通过光学信号直接解析血细胞运动轨迹，突破“间接测量”范式。其产业价值覆盖三大方向：

脑科学：为阿尔茨海默症、中风等疾病的微循环障碍提供动态诊断工具
肿瘤学：实现循环肿瘤细胞在微血管内迁移的实时追踪
药物研发：量化药物对微循环的调控效果

未来将通过长波长光源（提升成像深度）和像素合并技术（增强灵敏度）解决当前300μm深度限制，进一步拓展至临床内窥镜应用。

论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
Kim G, Park HS, Shin P, Eom T, Yoon JH, Jeong Y, Oh WY. Direct Blood Cell Flow Imaging in Microvascular Networks.

DOI:10.1002/smll.202302244.