混合干涉近红外光谱技术能够实现活体人类血流的飞行时间分辨无创监测

《Scientific Reports》：Hybrid interferometric near infrared spectroscopy (hybrid iNIRS) enables time-of-flight–resolved non-invasive blood flow monitoring in humans in vivo

　　

摘要

干涉式近红外光谱技术能够为组织的光学特性及血流检测提供深度分辨率，并具备飞行时间分辨率，但单模采集方式会限制光子通量，而单通道实现则对模拟带宽和数字化速率有严格要求，难以同时实现飞行时间测量与散斑动态分析。相比之下，连续波并行干涉式NIRS技术通过相机传感器的空间复用提升光子检测效率，但会牺牲飞行时间信息，且仍受限于相机读出能力。在此，我们通过一种混合扫描源与混合干涉式NIRS的平台来平衡这些矛盾，该平台结合了飞行时间编码与多散斑异频检测技术。液体幻影实验分析了扫描速度与散斑去相关性之间的权衡关系，结果表明在受控条件下，扫描频率≥10 kHz即可确保快速去相关同时保持飞行时间对比度。而在体内测量中，由于生理过程更为迅速，需要更高的扫描频率（通常为50–100 kHz）。通过对前臂和额部的体内测量，证明了该技术在袖带加压过程中能够实现深度分辨率的血流监测。通过同时解决光子不足与电子带宽限制的问题，这一方法为漫射光学监测开辟了新的应用可能，也为体内血流动力学检测提供了可扩展的硬件基础。