糖尿病是一种慢性代谢疾病,会诱导微血管功能紊乱,进而引发多种并发症。其中,皮肤的改变是糖尿病最常见的临床表现,通常会在糖尿病发病前期出现,且与其它内部器官的并发症有关。而皮肤是外周循环的重要组成部分,有着典型而丰富的微脉管,因其易于检测,或可作为有效的研究耙点。因此,评估糖尿病发展过程中皮肤结构及微血管功能变化非常重要,但现有的研究多在离体水平开展。光学成像技术为在体监测血管功能响应、获取组织结构特征提供重要工具,但生物组织的高散射特性限制光在组织中的穿透深度,从而降低组织光学成像的性能,如成像的对比度、分辨率等。近年发展起来的组织光透明技术能克服组织的高散射,有效提高活体光学成像质量,有望为活体评估糖尿病引起的皮肤结构及血管功能变化提供有效的研究手段。本文的工作正是围绕以上问题而展开的。主要内容如下:(1)活体皮肤光透明方法研究:基于理论模拟与实验验证,分析链状糖醇分子与环状糖类分子的皮肤光透明潜能,发现分子有效覆盖表面积较大的环状糖类分子具有更好的皮肤光透明潜能;进一步对单糖和二糖分子进行比较,发现二糖的光透明潜能更优;而其中的蔗糖应用于活体皮肤时,表现出优异的在体皮肤光透明效果,由此建立了基于蔗糖的皮肤光透明方法。(2)基于查找表的高光谱血氧分析方法研究:发展了基于查找表的高光谱成像血氧分析方法,与皮肤光透明方法结合,实现缺氧刺激下皮肤血管血氧功能响应的动态监测;与常用的血氧分析方法相比,基于查找表的高光谱血氧分析方法因考虑了生物组织的结构特征与光学特性,而具有更高的拟合精度,能够更加准确地获得组织中的血氧代谢信息。(3)I型糖尿病诱导的皮肤血管功能紊乱的在体评估:将活体组织光透明技术与激光散斑/高光谱双模成像系统结合,实现糖尿病发展不同阶段皮肤血管的血流与血氧响应变化的动态监测,发现糖尿病诱导皮肤血氧异常响应要早于血流。进一步地,与糖尿病诱导皮层血管功能响应异常进行比较,发现皮层血流与血氧响应异常与皮肤血氧异常响应几乎同时发生。在此基础上,从血管平滑肌的肌蛋白轻链的磷酸化水平和糖基化血红蛋白水平来探究血流、血氧响应异常的原因。(4)I型糖尿病诱导的皮肤血管渗透性及皮肤结构变化的定量评估:以伊文思蓝为指示剂,借助光透明皮窗,建立了基于光谱成像的方法来活体定量评估血管渗透性变化。活体评估了糖尿病与正常小鼠皮肤血管渗透性,结果表明糖尿病会引起皮肤血管渗透性的增加。利用双光子显微镜对正常和糖尿病小鼠的背部皮肤成像,比较分析其二次谐波和自体荧光信号强度。发现糖尿病小鼠背部皮肤胶原的二次谐波信号强度显著降低,自体荧光强度显著增加。进一步,利用纹理特征分析方法对二次谐波图像进行定量分析,评估了糖尿病与正常小鼠皮肤胶原的形态和分布差异,其结果与组织学检测结果一致,表明纹理特征分析方法可有效的定量评估活体皮肤组织中胶原分布变化。本研究发展的组织光透明成像方法,为在体水平监测皮肤结构及血管功能响应提供重要的研究工具;在体评估糖尿病发生发展过程中皮肤结构及血管功能响应,对理解糖尿病引起的血管功能紊乱、及其早期诊断与治疗效果评估有着重要的参考价值。