脑血流对维持正常脑功能至关重要，但在多种神经系统疾病中可能受到影响。基于相干光照射灌注组织后形成的光斑（“颗粒”）随血流变化而产生波动的原理，研究人员可在脑组织中测量脑血流指数（CBFi）。

传统DCS脑部灵敏度受限

目前，利用上述原理开展非侵入式成人脑监测的技术通常归类为扩散相关光谱（diffuse correlation spectroscopy，DCS）。不过，相关方法在提升脑部灵敏度方面进展有限。原因在于脑组织位于头皮与颅骨下方约1至2厘米处，光线需先穿过浅表组织才能到达脑部，导致来自脑部的有效信号较弱。

研究人员可通过增大光源与采集点的距离来提高对脑部的采样比例，但该策略需要大量光子计数通道以捕捉远距离处高度衰减的光信号。随着通道数量增加，系统成本也随之上升。

iDWS方法引入相干放大与并行测量

据《IEEE量子电子精选专题期刊》（IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics）发表的一项研究，美国纽约大学朗格尼健康中心赵明军博士及其团队对一种名为干涉扩散波谱（interferometric diffusing wave spectroscopy，iDWS）的新方法进行了优化。

赵明军表示，该方法通过与更强的参考光场进行相干放大来增强来自脑部的微弱光场，并借助干涉测量，使非科学级互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器能够并行测量微弱的相干光波动。

852纳米系统优化后信噪比提升逾20倍

研究团队在本研究中进一步优化了852纳米波长的iDWS系统，优化内容包括独立通道数量、相机占空比与满井容量、入射激光功率、噪声与伪影抑制以及数据处理等。研究称，系统整体信噪比提升超过20倍。

在应用演示方面，研究人员在具有中等色素沉着（Fitzpatrick 4型）的成人中，实现了在4至4.5厘米光源—采集器间距下的脉动CBFi监测。

研究还提到，团队近期基于本研究提出的理念，进一步优化了1064纳米波长的iDWS系统，实现了超过5厘米光源—采集器间距的脉动CBFi测量。

成本与灵敏度优势及临床转化进展

研究人员指出，与传统DCS的非干涉扩展技术相比，iDWS具备多项优势。成本方面，相较于配备512×512单光子雪崩二极管阵列的DCS系统，iDWS所用CMOS传感器的成本目前低约两个数量级。

灵敏度方面，研究称iDWS由于曝光时间更短，能够捕捉源自较高脑CBFi的快速光斑波动，因此相较受DCS启发的光斑对比光谱（speckle contrast optical spectroscopy）可实现更高的脑部灵敏度。

在临床转化方面，研究团队表示，在空间有限的临床环境中，未使用气动隔离光学平台时保持干涉仪稳定具有挑战。该研究中，团队将系统构建于推车上，并定义了稳定运行条件。赵明军称，可证明稳定的推车式iDWS系统工程实现，标志着干涉扩散光学方法临床转化的一个里程碑。

研究还称，借助移动式iDWS系统，团队已在神经重症监护病房（Neuro ICU）患者中开展CBFi的初步临床测量。

后续工作方向

研究人员表示，下一步将测试并优化852纳米iDWS系统在神经重症监护环境中的长期可操作性，实施新iDWS系统的飞行时间滤波，并进一步验证iDWS在缺血性中风和创伤性脑损伤等神经疾病诊断及治疗监测中的应用价值。