北大團隊研制全球首臺12色眼底相機,能拍短視頻
      • 來源:科技日報
      • 作者:張佳星
      • 2022-03-18 10:36

      “休息一會,睜開眼睛,盯住綠點,保持不動,好——”在北京同仁醫院,一臺來自看似平常的眼底相機正在為受試者檢查。

      “這臺機器進行12個波長的圖像采集?!眳⑴c相機設計的北京大學博士馮夕萌表示,在不同波長下,眼睛呈現不同樣子,逐級成像,就能獲得視網膜不同深度層次的信息。

      綜合信息進行分析,只需要短短幾分鐘,受試者眼球中血管里的血液黏稠度、血氧飽和度、血流搏動、氧代謝等27個指標一目了然。

      “全球首臺12色眼底相機獲取的指標與可能正在發展的疾病息息相關?!?3月17日,團隊負責人、北京大學未來技術學院生物醫學工程系教授任秋實告訴科技日報記者,在疾病的早期或超早期,機體結構還沒發生明顯變化時,會出現血流、血氧和代謝等方面的異常。

      正所謂“見微知著,察于未萌”,團隊希望通過研制這臺設備實現對眼球的 “無死角”信息獲取,進而把眼球變成可預知疾病的“水晶球”。

      12色光拍照,眼球不相同

      眼睛是“窗口”。平常人通過它獲取外界的信息,醫學工程學者則通過它獲取體內的信息。

      “已經應用的眼底相機,通過分析眼底彩照中的血管形態、動靜脈直徑以及比例、彎曲度等等,可以監測心腦血管疾病?!?研發團隊骨干、現已任職上海健康醫學院醫療器械學院的周傳清教授表示,眼睛是人體中唯一能夠直接觀察到的動脈血管的部位,傳遞出健康信號。

      然而,只拍彩照遠遠滿足不了醫學診斷的要求??茖W家們發現:如果把光拆分成單色光,獲取的信息將成倍增加。

      “500納米的綠光中,血管中含氧血紅蛋白與不含氧的血紅蛋白,吸收基本一致,拍出的照片,能看到動靜脈血管相似;但在605納米的紅光中,這兩種蛋白的光吸收差異大,含氧血紅蛋白反射的紅光多,拍出的照片能明顯看到動脈偏亮,而不含氧的血紅蛋白吸收的紅光多,因此靜脈偏黑?!?馮夕萌解釋,現有設備無法給出動靜脈在數據上的區別,一般靠醫生經驗判斷。

      為此,北京大學團隊將470納米到810納米區間中的12色光源用于成像,一次拍出12張不同顏色的光的照片。

      北大團隊研制全球首臺12色眼底相機,能拍短視頻

      多模態眼功能成像

      不同波長優勢不同。周傳清解釋:“紅光或近紅外光,它在生物組織當中穿透力較強,能拍到更深層的組織信息。而藍光、綠光對淺層組織的成像會比較清晰?!?/span>

      拆分白光,12色眼底相機讓不同波長的光各展所長。例如,紅光可以對比視網膜更深的脈絡膜層成像。馮夕萌說,“有些病變會出現在特定的深度,所以多波長可以實現不同深度的病灶的掃描?!?/span>

      此外,設備的研發還需要與本能應激反應賽跑?!拔覀兊亩喙庾V眼底照相技術能夠在0.3秒以內快速完成拍照?!瘪T夕萌說,因為瞳孔0.3秒后會有明顯收縮,阻擋足量的光進入。

      平行激光束,能拍短視頻

      血管中的血液不是靜止的,而是流淌的,因此,動態的數據對于疾病的診斷至關重要。

      “新設備可以拍攝一個5秒的短視頻,用的光源是激光?!瘪T夕萌說,激光光源能夠開啟拍攝的“運動模式”,但是由于光路集中,就像舞臺的聚光燈,只能拍到眼球的一部分。

      為了使得視頻能拍到整個眼球,團隊創新設計了激光作為入射光的光路,不僅擴大了視野,還與12色相機的數據實現同步測量與評估,同時獲得對視網膜結構性和功能性分析。

      北大團隊研制全球首臺12色眼底相機,能拍短視頻

      (將12色拍攝照片與視頻信息疊加分析獲得的數據)

      通過短視頻的分析,能夠得到一系列動態的數據,比如流速、搏動、血流灌注、氧代謝等等。

      但對于醫生來說,知道血液的流速又有什么用呢?單憑血液的物理數據還無法用于進行臨床診斷。

      “進行醫療器械的創制需要緊密聯系臨床,為臨床服務?!比吻飳嵄硎?,醫工結合需要多學科交叉,理工科不僅要懂得醫學語言,還要在儀器設備上呈現醫學語言。

      一方面12色相機拍攝了血管形態,測出了直徑,另一方面激光視頻拍攝了血流速度,呈現了動態,信息科學的算法能夠將這些物理數據轉變為醫學數據。

      “我其實是想給醫生提供他懂的答案。例如,動靜脈之間的含氧量差值就是氧代謝數據,結合血液流速、搏動速度,就可以測算心腦血管的年輕與否、健康程度?!瘪T夕萌說,通過數據的分析,可以實現對微循環的覆蓋式分析。

      什么時候能用上?

      “目前,設備已經通過了權威部門的醫療器械檢測,在安全性和設備性能方面獲得了官方認可?!?周傳清介紹,預臨床試驗已經在全國多地開展。

      那么,何時能夠獲得醫療器械注冊證,為百姓提供醫療服務呢?

      “我們已經獲得醫療器械的檢測報告,并可以開展臨床試驗。當臨床試驗獲得足夠的數據,即可向相關部門申請上市?!?周傳清表示, 在北京、深圳等地,團隊均開展了相關的數據積累,但由于疫情的原因,各地的臨床試驗入組工作推進比預期緩慢。目前看數據樂觀,預估完成足夠規模人群的檢測和數據的全部收集分析之后,兩個月即可拿到注冊證。

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      設備樣機

      據介紹,由于該眼底相機操作簡便,兩眼檢查10分鐘內便可完成,數據傳輸到后臺進行分析后,半小時內可出結果,其使用范圍不局限于醫院,也可在社區用于廣泛的篩查,建立疾病診斷和發現的“瞭望哨”。

      “我們希望兩三年內能夠推動該儀器進入社區作為疾病的篩查設備,由于其采用了全自動的設計,特別適合大規模人群的篩查?!?周傳清說。

      與此同時,團隊還在與各大醫院的眼科、神經內科、心內科以及腎內科等合作,進行大樣本臨床基礎研究,以探求“水晶球”中的景象與疾病間一一對應的關聯。


      責任編輯:胡利娟
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