漫反射相關(guān)光譜(DCS)是一種多樣化、非侵入性的技術(shù)，用于測量腦組織中的皮質(zhì)血流量，進(jìn)行腦損傷的診斷和評估。在漫反射相關(guān)光譜（DCS）測量時，使用激光對組織進(jìn)行照射，這樣研究人員和臨床醫(yī)生就能夠?qū)ρ?xì)胞的強度波動進(jìn)行測量。其中一些光也會穿過顱骨進(jìn)入大腦，在那里它被紅細(xì)胞和組織進(jìn)行散射，然后從組織表面散射出來。該技術(shù)通過監(jiān)測返回光的強度，計算其自相關(guān)（g（2））并將其擬合到相關(guān)擴(kuò)散模型[1]來測量這種細(xì)胞活性的規(guī)模。雖然它對微小位移的靈敏性帶來了許多獨特的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)在試圖深入組織時會受到光子的限制，這導(dǎo)致測量窗口較長（約1秒）[2]。

由于收集的光子數(shù)量較少，單光子探測器使研究人員能夠更深入地觀察組織，同時減少測量時間。許多Photon Force的使用者一直在使用單光子計數(shù)相機(jī)進(jìn)行DCS測量，從而提高采集效率和速度。

使用單光子計數(shù)相機(jī)PF32進(jìn)行DCS測量的一種方法，是以非常高的幀速率獲取光子計數(shù)數(shù)據(jù)，以便測量發(fā)生在大腦內(nèi)的快速去相關(guān)時間。處理如此大量的數(shù)據(jù)可能會帶來其他挑戰(zhàn)，從而無法完全實現(xiàn)實時測量。雖然這在某些情況下是可以接受的，但Photon Force的客戶Facebook Reality Labs需要實時測量反饋。為此Photon Force對單光子計數(shù)相機(jī)PF32進(jìn)行了數(shù)據(jù)內(nèi)處理的開發(fā)，從而可以直接輸出g（2）數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)了實時測量數(shù)據(jù)的反饋。

在下面的原理圖中，展示了如何使用Photon Force的單光子計數(shù)相機(jī)PF32進(jìn)行DCS測量。

從左上角開始：將長相干長度的激光耦合到光纖中。該光纖的輸出端與頭部接觸。光穿過組織和顱骨，進(jìn)入大腦。散射出來的光信號并被另一根光纖收集（輸入和輸出光纖之間的距離越大，光子在收集之前滲透到腦組織中的深度就越深）。將輸出光纖放置在距傳感器的適當(dāng)距離處以觀察斑點圖案，并以>300kfps的高速率記錄幀以觀察圖案的快速變化。數(shù)據(jù)可以直接讀出到PC進(jìn)行后處理，或者使用Photon Force的硬件加速，實現(xiàn)動態(tài)計算g（2）相關(guān)數(shù)據(jù)。

文獻(xiàn)參考：

[1]https://www.med.upenn.edu/brainstimcenter/diffuse-correlation-spectroscopy-dcs.html?

[2]“Fast and sensitive diffuse correlation spectroscopy with highly parallelized single photon detection”, W.Liu et al. APL Photonics 6, 026106 (2021)