北大團隊研制全球首臺12色眼底相機，能拍短視頻

“休息一會，睜開眼睛，盯住綠點，保持不動，好——”在北京同仁醫(yī)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。”參與相機設(shè)計的北京大學(xué)博士馮夕萌表示，在不同波長下，眼睛呈現(xiàn)不同樣子，逐級成像，就能獲得視網(wǎng)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(fā)展的疾病息息相關(guān)。” 3月17日，團隊負責(zé)人、北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)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(jié)構(gòu)還沒發(fā)生明顯變化時，會出現(xiàn)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(shè)備實現(xiàn)對眼球的 “無死角”信息獲取，進而把眼球變成可預(yù)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(yī)學(xué)工程學(xué)者則通過它獲取體內(nèi)的信息。

“已經(jīng)應(yīng)用的眼底相機，通過分析眼底彩照中的血管形態(tài)、動靜脈直徑以及比例、彎曲度等等，可以監(jiān)測心腦血管疾病。” 研發(fā)團隊骨干、現(xiàn)已任職上海健康醫(yī)學(xué)院醫(yī)療器械學(xué)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(yī)學(xué)診斷的要求。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：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(xiàn)有設(shè)備無法給出動靜脈在數(shù)據(jù)上的區(qū)別，一般靠醫(yī)生經(jīng)驗判斷。

為此，北京大學(xué)團隊將470納米到810納米區(qū)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。

多模態(tài)眼功能成像

不同波長優(yōu)勢不同。周傳清解釋：“紅光或近紅外光，它在生物組織當(dāng)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。”

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(wǎng)膜更深的脈絡(luò)膜層成像。馮夕萌說，“有些病變會出現(xiàn)在特定的深度，所以多波長可以實現(xiàn)不同深度的病灶的掃描。”

此外，設(shè)備的研發(fā)還需要與本能應(yīng)激反應(yīng)賽跑。“我們的多光譜眼底照相技術(shù)能夠在0.3秒以內(nèi)快速完成拍照。”馮夕萌說，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(tài)的數(shù)據(jù)對于疾病的診斷至關(guān)重要。

“新設(shè)備可以拍攝一個5秒的短視頻，用的光源是激光。”馮夕萌說，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(chuàng)新設(shè)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(shù)據(jù)實現(xiàn)同步測量與評估，同時獲得對視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)性和功能性分析。

（將12色拍攝照片與視頻信息疊加分析獲得的數(shù)據(jù)）

通過短視頻的分析，能夠得到一系列動態(tài)的數(shù)據(jù)，比如流速、搏動、血流灌注、氧代謝等等。

但對于醫(yī)生來說，知道血液的流速又有什么用呢？單憑血液的物理數(shù)據(jù)還無法用于進行臨床診斷。

“進行醫(yī)療器械的創(chuàng)制需要緊密聯(lián)系臨床，為臨床服務(wù)。”任秋實表示，醫(yī)工結(jié)合需要多學(xué)科交叉，理工科不僅要懂得醫(yī)學(xué)語言，還要在儀器設(shè)備上呈現(xiàn)醫(yī)學(xué)語言。

一方面12色相機拍攝了血管形態(tài)，測出了直徑，另一方面激光視頻拍攝了血流速度，呈現(xiàn)了動態(tài)，信息科學(xué)的算法能夠?qū)⑦@些物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)獒t(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。

“我其實是想給醫(yī)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(shù)據(jù)，結(jié)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。”馮夕萌說，通過數(shù)據(jù)的分析，可以實現(xiàn)對微循環(huán)的覆蓋式分析。

什么時候能用上？

“目前，設(shè)備已經(jīng)通過了權(quán)威部門的醫(yī)療器械檢測，在安全性和設(shè)備性能方面獲得了官方認可。” 周傳清介紹，預(yù)臨床試驗已經(jīng)在全國多地開展。

那么，何時能夠獲得醫(yī)療器械注冊證，為百姓提供醫(yī)療服務(wù)呢？

“我們已經(jīng)獲得醫(yī)療器械的檢測報告，并可以開展臨床試驗。當(dāng)臨床試驗獲得足夠的數(shù)據(jù)，即可向相關(guān)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(guān)的數(shù)據(jù)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(yù)期緩慢。目前看數(shù)據(jù)樂觀，預(yù)估完成足夠規(guī)模人群的檢測和數(shù)據(jù)的全部收集分析之后，兩個月即可拿到注冊證。

設(shè)備樣機

據(jù)介紹，由于該眼底相機操作簡便，兩眼檢查10分鐘內(nèi)便可完成，數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_進行分析后，半小時內(nèi)可出結(jié)果，其使用范圍不局限于醫(yī)院，也可在社區(qū)用于廣泛的篩查，建立疾病診斷和發(fā)現(xiàn)的“瞭望哨”。

“我們希望兩三年內(nèi)能夠推動該儀器進入社區(qū)作為疾病的篩查設(shè)備，由于其采用了全自動的設(shè)計，特別適合大規(guī)模人群的篩查。” 周傳清說。

與此同時，團隊還在與各大醫(yī)院的眼科、神經(jīng)內(nèi)科、心內(nèi)科以及腎內(nèi)科等合作，進行大樣本臨床基礎(chǔ)研究，以探求“水晶球”中的景象與疾病間一一對應(yīng)的關(guān)聯(lián)。

標簽： 血紅蛋白 醫(yī)療器械 臨床試驗