研究团队提出多模态眼功能成像新技术 用于重大慢性病的无创筛查

来源：北京大学2022-01-04 08:12

人脑80%以上的外部信息是通过眼睛感知的，因此眼睛健康对保证人们的生活质量至关重要。同时，人眼也是观察大脑认知、人体代谢、人体微循环和心脑血管状态的天然窗口。许多主要的慢性疾病可能是复杂的或继发于眼疾。临床上也有研究证实，眼底疾病具有高血压、脑卒中、冠心病、神经退行性疾病、糖尿病和肾病的标志性特征，可作为疾病早期筛查和辅助诊断的标准。因此，研究

人脑80%以上的外部信息是通过眼睛感知的，因此眼睛健康对保证人们的生活质量至关重要。同时，人眼也是观察大脑认知、人体代谢、人体微循环和心脑血管状态的天然窗口。许多主要的慢性疾病可能是复杂的或继发于眼疾。临床上也有研究证实，眼底疾病具有中风、冠心病、神经退行性疾病、肾病等多种慢性疾病的标志性特征，可作为疾病早期筛查和辅助判断的标准。因此，研究一种智能多模态视功能检查技术和设备，结合人工智能技术，对致盲眼病等慢性病进行预警、筛查和监测，实现重大慢性病的前瞻性管理，对节约医疗资源、促进人民健康具有重要意义。

近日，北京大学未来技术研究院/深圳湾实验室团队任秋实提出了一种多模态眼功能成像新技术，用于无创检测视神经和视网膜的动态氧代谢功能。论文《利用集成多光谱和激光散斑对比成像对人类视网膜进行功能成像》的部分研究成果发表在国际权威生物医学光子学杂志《生物光子学杂志》上。

视网膜是人体内唯一可以直接观察到的微循环系统，也是人体耗氧量最高的器官之一。视网膜微循环的结构和功能分析信息对疾病筛查和预后具有重要的指导意义。随着光学成像技术的发展，视网膜微循环的评价逐渐从结构分析转向功能分析。视网膜多光谱成像技术不仅可以评估视网膜血氧饱和度，还可以实现不同层次的视网膜结构成像，从而更好地评估病变。另一方面，激光散斑成像技术可以获得无创、宽视野的视网膜灌注成像信息，为视网膜供血和血流动力学分析提供有效信息。然而，现有的视网膜结构和功能成像仪器相互独立，难以实现同时测量和评估，极大地限制了对视网膜结构和功能的分析。任秋实教授团队将多光谱成像技术与激光散斑成像技术有机融合，结合眼动分析和瞳孔检测技术，提出了一种新型的多模态眼功能成像分析技术(如图1所示)，可实现视网膜多光谱成像、眼底彩色合成图像、视网膜血管直径测量、视网膜氧饱和度测量、视网膜和脉络膜血流灌注成像、视网膜血流脉动分析、视网膜氧代谢动力学等结构和功能信息。并提供更全面的视网膜微循环特征评价。

该系统采用自动对焦技术，一键实现数据采集。多光谱图像采集时间为1s，激光散斑图像采集时间为5s。图2(a)显示了6波长多光谱图像的结果(图像中的白色字符标识相应的波长)。随着波长的增加，我们可以观察到不同深度的视网膜结构信息，对病变有参考意义。此外，该系统提供了可扩展的光源接口，可进一步扩展至12个波长，不仅有助于视网膜不同层次结构信息的分析，而且对视网膜微循环的组织成分分析具有潜在价值。考虑到眼科医生阅读图片的习惯，这项技术将470 nm、550 nm和600 nm多光谱图像在色彩上进行了融合。如图2(b)所示，组合中使用的波长可以根据医生的需要单独设置，通过颜色信息可以更直观地识别相关病灶。血氧饱和度(血液中氧合血红蛋白和还原血红蛋白的百分比)是评价氧供应的重要手段之一。在550纳米波长下，氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收能力大致相等。在600纳米波长下，氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收能力有很大不同。基于这一原理，本研究通过550纳米和600纳米多光谱图像分析视网膜氧饱和度。如图2(c)所示，图像越接近红色，氧饱和度越高。更接近蓝色意味着更低的氧饱和度。图2(d)示出了对象的视网膜和脉络膜的平均血流灌注图像，并且图像越接近白色，血流速率越高；越接近黑色，血流速度越低。图2(e)示出了视网膜血流速率随心脏跳动而变化的跳动曲线。搏动曲线的分析不仅可以评估心率、收缩时间和舒张时间等信息，而且对血管弹性和血流动力学的分析具有潜在价值。最后，图2(f)显示了不同时间的视网膜血流速度分布。随着心脏的跳动，视网膜的血流速度也周期性地增加和减少。图像中的白色字符识别不同的时间，越接近红色，血流速度越高。更接近蓝色意味着更低的血液流速。(100yiyao.com)

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