用“天文望遠鏡”觀測眼底

科學家發(fā)明了自適應(yīng)光學技術(shù)來，使得天文望遠鏡能夠看到遙遠星星的“本來面目”。所謂自適應(yīng)光學技術(shù)，就是通過實時探測、控制、校正光學波前誤差，使光學系統(tǒng)能夠看得更清楚。

為了拓展自適應(yīng)光學技術(shù)的應(yīng)用范圍，美國人率先提出將這種技術(shù)應(yīng)用到人眼視網(wǎng)膜上，來獲取更清晰的圖像。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(yīng)光學儀。

用天文望遠鏡來觀察眼底———這不是高射炮打蚊子，而是歷時20多年研究發(fā)明的一種醫(yī)療設(shè)備。

眼睛是人體寶貴的感覺器官，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(xiàn)，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(xiàn)這些眼底疾病必須借助觀測設(shè)備。而目前醫(yī)院常見的一些觀測設(shè)備，分辨率不能滿足醫(yī)生的需要，病變早期更是難有作為。如何讓眼底觀測設(shè)備看得更清楚?天文望遠鏡的發(fā)展給了科學家們啟示。

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地球稠密的大氣層觀測星體時，由于“大氣湍流”的干擾，光學望遠鏡的實際分辨力遠遠達不到理論上所預期衍射極限。為解決這個問題，科學家發(fā)明了自適應(yīng)光學技術(shù)來幫助天文望遠鏡。

所謂自適應(yīng)光學技術(shù)，就是通過實時探測、控制、校正光學波前誤差，使光學系統(tǒng)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部分組成，傳感器感應(yīng)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，校正器便會調(diào)整反射鏡，將原本經(jīng)過大氣已經(jīng)被扭曲的光束波面經(jīng)過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“本來面目”。

自適應(yīng)光學技術(shù)就像是給天文望遠鏡加了一個“視力”矯正器。由于有了這項技術(shù)，人類已能夠通過天文望遠鏡觀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光學系統(tǒng)，也存在一些光學像差。因為光學像差的存在，眼底的診斷儀器在觀察人的視網(wǎng)膜時，往往也會遇到“看不清楚”的問題。

傳統(tǒng)的觀察人眼的手段，光束從外界射入人眼內(nèi)，再反射出來后，由于光學像差的存在，光束形成的波面容易發(fā)生扭曲，從而無法聚焦清楚，也就無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(nèi)，經(jīng)人眼會聚后在眼底形成一個光斑，經(jīng)眼底反射后從瞳孔射出，由波前傳感器測量光學像差，再將信息傳輸?shù)叫Ｕ?，校正器根?jù)測量結(jié)果做出調(diào)整，將內(nèi)置的反光鏡通過電壓變形，使得光束經(jīng)過后，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年開始，中科院光電技術(shù)所就致力于自適應(yīng)光學技術(shù)的研究，并在1990年首次用研制的“21單元星體成像自適應(yīng)光學系統(tǒng)”，實現(xiàn)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，世界上又一個實現(xiàn)星體目標實時校正成像的國家。

“后來，為了拓展自適應(yīng)光學技術(shù)的應(yīng)用范圍，美國人率先提出將這種技術(shù)應(yīng)用到人眼視網(wǎng)膜上，來獲取更為清晰的圖像。”戴云介紹，從1997年開始，光電所便開始進行市場調(diào)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(yīng)光學成像儀。2003年，研制出了成像更為清晰的37單元視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學儀，開始進入臨床實驗階段。

而所謂的“19單元視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學成像儀”，是指校正器(可變形反光鏡)內(nèi)的19個驅(qū)動器，驅(qū)動器越多，校正器可以適應(yīng)的情況越多，就越能針對光束的光學像差做出改變。因此，到第二代的“37單元視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學成像儀”，儀器的分辨率更高。

相對現(xiàn)在市面上的診斷儀器而言，視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學成像儀的分辨率更高，能幫助醫(yī)生及時發(fā)現(xiàn)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展。據(jù)了解，“37單元視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學成像儀”是全球首臺面世的將天文觀測中的自適應(yīng)光學技術(shù)應(yīng)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(xiàn)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光學設(shè)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(nèi)結(jié)構(gòu)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，在身體還沒出現(xiàn)不適反應(yīng)，或常規(guī)醫(yī)療手段還檢測不出問題時，眼底視網(wǎng)膜毛細血管就已出現(xiàn)變窄或硬化的現(xiàn)象，視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學成像儀就可以做早期的檢測，從而對疾病進行提早干預，避免眼睛受到更大的損害。

從進入臨床研究開始，科奧達光電就一直與復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院以及第三軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院進行合作。兩家醫(yī)院的臨床試驗表明，視網(wǎng)膜自適應(yīng)光學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檢測臨床研究。

戴云坦陳，儀器在視網(wǎng)膜黃斑中心凹區(qū)域成像的分辨率還需要進一步提高。同時，由于儀器對視網(wǎng)膜很多區(qū)域成像結(jié)果與以往不同，醫(yī)院還需要進一步地研究這些圖像和眼部疾病的對應(yīng)關(guān)系。四川省食藥監(jiān)局醫(yī)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(yīng)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，全世界還沒有同類產(chǎn)品上市。