非侵入式测量脑部血流量对诊断和治疗脑卒中、血管性痴呆或创伤性脑损伤等神经系统疾病至关重要。然而，实现无创测量颇具挑战性，目前主要依赖昂贵的磁共振成像和核医学成像技术。
基于光学经颅测量的新兴技术提供了经济便捷的替代方案。其中，散斑对比光学光谱术（SCOS）作为激光散斑对比成像技术的衍生方法，通过激光散斑可视化血管，能以高时间分辨率（通常高于30赫兹）测量脑血流量（CBF），并通过光信号衰减测量脑血容量（CBV）。
加州理工学院与南加州大学凯克医学院神经修复中心的研究人员设计出轻量级SCOS系统，可准确测量脑部血流量并有效区分头皮血流干扰。凯克医学院共同资深作者查尔斯·刘（Charles Liu）及其团队在《APL生物工程》期刊详细描述了该系统及初步实验。
该SCOS系统采用3D打印的颞部固定支架，配备单根830纳米激光照明光纤和七根探测光纤。这些光纤以七种不同光源-探测器距离（0.6至2.6厘米）同步监测头皮、颅骨和脑组织各层的血流动力学。短距离光纤获取浅层头皮光学数据，长距离光纤则捕获更深层的广域数据。七个通道同步显示与心率及心动周期一致的振荡频率。
当SCOS系统将激光投射至样本时，光线在样本内经历多次随机散射后形成散斑。这些快速形成的散斑源于不同路径光线的干涉现象，而样本内红细胞等物质的运动会导致散斑场动态变化。百万像素级相机以每秒30帧以上速率捕捉这些变化，并通过计算每幅图像的散斑对比值进行量化。
人体测试
研究团队对20名健康志愿者进行脑血流量和脑血容量测量。为分离脑信号与头皮血流干扰，研究人员轻压供应面部和头皮血液的颞浅动脉（颈外动脉终支）以阻断头皮血流。测试显示：当颞动脉血流被阻断8秒时，对头皮敏感的通道血流量显著下降，而对脑组织敏感的通道变化微弱，成功区分了供应脑部的颈内动脉信号。团队发现，将探测器置于距光源2.3厘米或更远处，可在最小化头皮干扰的同时实现最优脑血流测量。
研究团队指出："结合七组光源-探测器距离的同步测量，该方法首次通过实验定量评估了SCOS脑血流测量中头皮与脑信号贡献随深度的变化规律，为优先探测脑信号而非头皮信号提供了最优设备距离配置方案。这种实用且受试者友好的深度敏感性评估方法，是对时域门控等复杂硬件策略的重要补充。"
研究人员正着力提升系统信噪比，计划引入紧凑型便携激光器并开发定制化扩展相机（单维跨度超3厘米），以实现0.5至3.5厘米光源-探测器距离的连续同步测量。这些改进将增强空间分辨率并支持更深层脑组织测量。
"这关键一步将推动系统向适用于临床的紧凑型可穿戴设备转化，"刘教授评论道，"本次研究中的人体测量方式与最终设备使用场景高度一致，极大降低了临床应用门槛。"
合著者西蒙·马勒（Simon Mahler，现任职于史蒂文斯理工学院）补充："我相信该研究将推进SCOS系统工程化，使我们更接近可穿戴的临床实用型脑血流监测设备。我尤其期待项目下一阶段：开发能同步测量头皮与脑血流的可穿戴SCOS系统，这将开启众多创新实验。"
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