北大团队研制全球首台12色眼底相机，能拍短视频

• 2022-03-18 15:06:10 来源：科技日报

“休息一会，睁开眼睛，盯住绿点，保持不动，好——”在北京同仁医院，一台来自看似平常的眼底相机正在为受试者检查。

“这台机器进行12个波长的图像采集。”参与相机设计的北京大学博士冯夕萌表示，在不同波长下，眼睛呈现不同样子，逐级成像，就能获得视网膜不同深度层次的信息。

综合信息进行分析，只需要短短几分钟，受试者眼球中血管里的血液黏稠度、血氧饱和度、血流搏动、氧代谢等27个指标一目了然。

“全球首台12色眼底相机获取的指标与可能正在发展的疾病息息相关。” 3月17日，团队负责人、北京大学未来技术学院生物医学工程系教授任秋实告诉科技日报记者，在疾病的早期或超早期，机体结构还没发生明显变化时，会出现血流、血氧和代谢等方面的异常。

正所谓“见微知著，察于未萌”，团队希望通过研制这台设备实现对眼球的 “无死角”信息获取，进而把眼球变成可预知疾病的“水晶球”。

12色光拍照，眼球不相同

眼睛是“窗口”。平常人通过它获取外界的信息，医学工程学者则通过它获取体内的信息。

“已经应用的眼底相机，通过分析眼底彩照中的血管形态、动静脉直径以及比例、弯曲度等等，可以监测心脑血管疾病。” 研发团队骨干、现已任职上海健康医学院医疗器械学院的周传清教授表示，眼睛是人体中唯一能够直接观察到的动脉血管的部位，传递出健康信号。

然而，只拍彩照远远满足不了医学诊断的要求。科学家们发现：如果把光拆分成单色光，获取的信息将成倍增加。

“500纳米的绿光中，血管中含氧血红蛋白与不含氧的血红蛋白，吸收基本一致，拍出的照片，能看到动静脉血管相似；但在605纳米的红光中，这两种蛋白的光吸收差异大，含氧血红蛋白反射的红光多，拍出的照片能明显看到动脉偏亮，而不含氧的血红蛋白吸收的红光多，因此静脉偏黑。” 冯夕萌解释，现有设备无法给出动静脉在数据上的区别，一般靠医生经验判断。

为此，北京大学团队将470纳米到810纳米区间中的12色光源用于成像，一次拍出12张不同颜色的光的照片。

多模态眼功能成像

不同波长优势不同。周传清解释：“红光或近红外光，它在生物组织当中穿透力较强，能拍到更深层的组织信息。而蓝光、绿光对浅层组织的成像会比较清晰。”

拆分白光，12色眼底相机让不同波长的光各展所长。例如，红光可以对比视网膜更深的脉络膜层成像。冯夕萌说，“有些病变会出现在特定的深度，所以多波长可以实现不同深度的病灶的扫描。”

此外，设备的研发还需要与本能应激反应赛跑。“我们的多光谱眼底照相技术能够在0.3秒以内快速完成拍照。”冯夕萌说，因为瞳孔0.3秒后会有明显收缩，阻挡足量的光进入。

平行激光束，能拍短视频

血管中的血液不是静止的，而是流淌的，因此，动态的数据对于疾病的诊断至关重要。

“新设备可以拍摄一个5秒的短视频，用的光源是激光。”冯夕萌说，激光光源能够开启拍摄的“运动模式”，但是由于光路集中，就像舞台的聚光灯，只能拍到眼球的一部分。

为了使得视频能拍到整个眼球，团队创新设计了激光作为入射光的光路，不仅扩大了视野，还与12色相机的数据实现同步测量与评估，同时获得对视网膜结构性和功能性分析。

（将12色拍摄照片与视频信息叠加分析获得的数据）

通过短视频的分析，能够得到一系列动态的数据，比如流速、搏动、血流灌注、氧代谢等等。

但对于医生来说，知道血液的流速又有什么用呢？单凭血液的物理数据还无法用于进行临床诊断。

“进行医疗器械的创制需要紧密联系临床，为临床服务。”任秋实表示，医工结合需要多学科交叉，理工科不仅要懂得医学语言，还要在仪器设备上呈现医学语言。

一方面12色相机拍摄了血管形态，测出了直径，另一方面激光视频拍摄了血流速度，呈现了动态，信息科学的算法能够将这些物理数据转变为医学数据。

“我其实是想给医生提供他懂的答案。例如，动静脉之间的含氧量差值就是氧代谢数据，结合血液流速、搏动速度，就可以测算心脑血管的年轻与否、健康程度。”冯夕萌说，通过数据的分析，可以实现对微循环的覆盖式分析。

什么时候能用上？

“目前，设备已经通过了权威部门的医疗器械检测，在安全性和设备性能方面获得了官方认可。” 周传清介绍，预临床试验已经在全国多地开展。

那么，何时能够获得医疗器械注册证，为百姓提供医疗服务呢？

“我们已经获得医疗器械的检测报告，并可以开展临床试验。当临床试验获得足够的数据，即可向相关部门申请上市。” 周传清表示， 在北京、深圳等地，团队均开展了相关的数据积累，但由于疫情的原因，各地的临床试验入组工作推进比预期缓慢。目前看数据乐观，预估完成足够规模人群的检测和数据的全部收集分析之后，两个月即可拿到注册证。

设备样机

据介绍，由于该眼底相机操作简便，两眼检查10分钟内便可完成，数据传输到后台进行分析后，半小时内可出结果，其使用范围不局限于医院，也可在社区用于广泛的筛查，建立疾病诊断和发现的“瞭望哨”。

“我们希望两三年内能够推动该仪器进入社区作为疾病的筛查设备，由于其采用了全自动的设计，特别适合大规模人群的筛查。” 周传清说。

与此同时，团队还在与各大医院的眼科、神经内科、心内科以及肾内科等合作，进行大样本临床基础研究，以探求“水晶球”中的景象与疾病间一一对应的关联。

标签： 临床试验 医疗器械 血红蛋白

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