用“天文望遠鏡”觀(guān)測眼底

科學(xué)家發(fā)明了自適應光學(xué)技術(shù)來(lái)，使得天文望遠鏡能夠看到遙遠星星的“本來(lái)面目”。所謂自適應光學(xué)技術(shù)，就是通過(guò)實(shí)時(shí)探測、控制、校正光學(xué)波前誤差，使光學(xué)系統能夠看得更清楚。

為了拓展自適應光學(xué)技術(shù)的應用范圍，美國人率先提出將這種技術(shù)應用到人眼視網(wǎng)膜上，來(lái)獲取更清晰的圖像。2003年中國研制出了成像更為清晰的37單元視網(wǎng)膜自適應光學(xué)儀。

用天文望遠鏡來(lái)觀(guān)察眼底———這不是高射炮打蚊子，而是歷時(shí)20多年研究發(fā)明的一種醫療設備。

眼睛是人體寶貴的感覺(jué)器官，是獲得外界信息的重要窗口。然而，青光眼、視網(wǎng)膜黃斑疾病、視網(wǎng)膜變性等疾病的困擾，讓很多人原來(lái)清晰的世界變得渾濁甚至黑暗。像癌一樣，這些眼底疾病越早發(fā)現，越有利于治療，因此，眼底疾病的診斷顯得尤為重要。

但是，要在早期發(fā)現這些眼底疾病必須借助觀(guān)測設備。而目前醫院常見(jiàn)的一些觀(guān)測設備，分辨率不能滿(mǎn)足醫生的需要，病變早期更是難有作為。如何讓眼底觀(guān)測設備看得更清楚?天文望遠鏡的發(fā)展給了科學(xué)家們啟示。

從理論上講，天文望遠鏡的口徑越大，分辨能力就越強。然而，在地面用大型望遠鏡透過(guò)地球稠密的大氣層觀(guān)測星體時(shí)，由于“大氣湍流”的干擾，光學(xué)望遠鏡的實(shí)際分辨力遠遠達不到理論上所預期衍射極限。為解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家發(fā)明了自適應光學(xué)技術(shù)來(lái)幫助天文望遠鏡。

所謂自適應光學(xué)技術(shù)，就是通過(guò)實(shí)時(shí)探測、控制、校正光學(xué)波前誤差，使光學(xué)系統能夠看得更清楚。它由波前傳感器、波前控制器和波前校正器三個(gè)部分組成，傳感器感應到從遠方星體到望遠鏡的光束，波前控制器測量出的波前誤差，并將信息傳遞到波前校正器，校正器便會(huì )調整反射鏡，將原本經(jīng)過(guò)大氣已經(jīng)被扭曲的光束波面經(jīng)過(guò)反射后接近理想波面，再聚焦到探測器上，從而使得望遠鏡能看到遙遠星星的“本來(lái)面目”。

自適應光學(xué)技術(shù)就像是給天文望遠鏡加了一個(gè)“視力”矯正器。由于有了這項技術(shù)，人類(lèi)已能夠通過(guò)天文望遠鏡觀(guān)測到離地球幾十甚至上百光年遠外星系。

中科院光電技術(shù)所的副研究員戴云介紹，人的眼睛同樣是一個(gè)光學(xué)系統，也存在一些光學(xué)像差。因為光學(xué)像差的存在，眼底的診斷儀器在觀(guān)察人的視網(wǎng)膜時(shí)，往往也會(huì )遇到“看不清楚”的問(wèn)題。

傳統的觀(guān)察人眼的手段，光束從外界射入人眼內，再反射出來(lái)后，由于光學(xué)像差的存在，光束形成的波面容易發(fā)生扭曲，從而無(wú)法聚焦清楚，也就無(wú)法形成更為清晰的圖像。而加了“矯正器”以后，用一束半導體激光從瞳孔射入眼內，經(jīng)人眼會(huì )聚后在眼底形成一個(gè)光斑，經(jīng)眼底反射后從瞳孔射出，由波前傳感器測量光學(xué)像差，再將信息傳輸到校正器，校正器根據測量結果做出調整，將內置的反光鏡通過(guò)電壓變形，使得光束經(jīng)過(guò)后，反射出的光束波面不再扭曲，達到理想效果。這樣就可以“拍”到細胞級高分辨的眼底視網(wǎng)膜圖像。

從1979年開(kāi)始，中科院光電技術(shù)所就致力于自適應光學(xué)技術(shù)的研究，并在1990年首次用研制的“21單元星體成像自適應光學(xué)系統”，實(shí)現了對星體目標的大氣湍流校正成像。使我國成為繼美國和法、德聯(lián)合研究組之后，世界上又一個(gè)實(shí)現星體目標實(shí)時(shí)校正成像的國家。

“后來(lái)，為了拓展自適應光學(xué)技術(shù)的應用范圍，美國人率先提出將這種技術(shù)應用到人眼視網(wǎng)膜上，來(lái)獲取更為清晰的圖像。”戴云介紹，從1997年開(kāi)始，光電所便開(kāi)始進(jìn)行市場(chǎng)調查和前期研究。1999年，光電所研制出了第一代19單元視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀。2003年，研制出了成像更為清晰的37單元視網(wǎng)膜自適應光學(xué)儀，開(kāi)始進(jìn)入臨床實(shí)驗階段。

而所謂的“19單元視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀”，是指校正器(可變形反光鏡)內的19個(gè)驅動(dòng)器，驅動(dòng)器越多，校正器可以適應的情況越多，就越能針對光束的光學(xué)像差做出改變。因此，到第二代的“37單元視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀”，儀器的分辨率更高。

相對現在市面上的診斷儀器而言，視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀的分辨率更高，能幫助醫生及時(shí)發(fā)現患者眼底存在的早期病變并確定病程，在眼底診斷方面取得突破性進(jìn)展。據了解，“37單元視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀”是全球首臺面世的將天文觀(guān)測中的自適應光學(xué)技術(shù)應用到眼底診斷的儀器，并有望成為全新意義上的眼底診斷標準儀器。

“現在市面上大部分的檢查儀器或者手段，包括眼底相機、熒光造影以及OCT光學(xué)設備等，它們的橫向分辨率一般都在10微米左右，而我們的分辨率可以達到2至3微米，分辨率更高。”戴云介紹，眼底視網(wǎng)膜作為眼球內結構最復雜精細的部分，有多層細胞和毛細血管，人體的一些眼部病變，在身體還沒(méi)出現不適反應，或常規醫療手段還檢測不出問(wèn)題時(shí)，眼底視網(wǎng)膜毛細血管就已出現變窄或硬化的現象，視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀就可以做早期的檢測，從而對疾病進(jìn)行提早干預，避免眼睛受到更大的損害。

從進(jìn)入臨床研究開(kāi)始，科奧達光電就一直與復旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫院以及第三軍醫大學(xué)第一附屬醫院進(jìn)行合作。兩家醫院的臨床試驗表明，視網(wǎng)膜自適應光學(xué)成像儀對于參與臨床試驗的受試者均可以得到清晰的視網(wǎng)膜感光細胞圖像。目前，該儀器可以用于眼科視網(wǎng)膜黃斑病變早期微觀(guān)檢測臨床研究。

戴云坦陳，儀器在視網(wǎng)膜黃斑中心凹區域成像的分辨率還需要進(jìn)一步提高。同時(shí)，由于儀器對視網(wǎng)膜很多區域成像結果與以往不同，醫院還需要進(jìn)一步地研究這些圖像和眼部疾病的對應關(guān)系。四川省食藥監局醫療器械處認為，其成像性能優(yōu)于其他所有眼底診斷技術(shù)，臨床應用意義重大，有望成為全新意義上的眼底診斷標準儀器。目前，全世界還沒(méi)有同類(lèi)產(chǎn)品上市。