北大任秋實團隊推出多模態眼功能成像新技術,可無創篩查重大慢病

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近日,北京大學/深圳灣實驗室任秋實團隊提出了一項無創檢測視網膜動態氧代謝功能的多模態眼功能成像新技術,目前,針對這項技術,團隊正與各大醫院合作展開大樣本臨床研究,推進產業化程序。

成果創新:

多模態眼功能成像新技術

視網膜是人體中唯一可以直接觀察的微迴圈系統,視網膜微迴圈的結構與功能性分資訊對於疾病的篩查、診斷以及預後具有重要的指導意義。

視網膜多光譜成像技術是可以評估視網膜血氧飽和度,實現不同層次下的視網膜結構成像的技術,可以輔助展開病灶評估;另一方面,鐳射散斑成像技術可獲得無創、大視野的視網膜灌注成像資訊,為視網膜供血及血流動力學分析提供了有效資訊。然而,現有的視網膜結構與功能成像儀器相互獨立,難以實現同步測量與評估,極大限制了視網膜結構與功能性分析。

為了解決這個問題,任秋實團隊將兩種技術做了有機融合,結合眼動分析與瞳孔檢測技術,提出了一種 新型的多模眼功能成像分析技術 (圖1所示)。這項新技術可實現視網膜多光譜成像、眼底彩色合成影象、視網膜血管直徑測量、視網膜血氧飽和度測量、視網膜及脈絡膜血流灌注成像、視網膜血流搏動分析、視網膜氧代謝動力學等結構性與功能性資訊, 為更加全面地評估視網膜微迴圈特徵提供了強有力的工具

圖1 多模態眼功能成像分析系統(左:成像模態;右:工程樣機)

研究團隊針對系統採用了自動對焦技術,可以實現資料一鍵採集,多光譜影像採集時間為1s,鐳射散斑影像採集時間為5s。通過12波長多光譜影像採集,隨著波長的增加可以觀察到 不同深度下的視網膜結構資訊 ,對於病灶的診斷具有參考意義。

同時,本技術將470 nm, 548 nm 和 600 nm多光譜影象進行了彩色合成,可根據醫生需求個性化設定,通過彩色資訊可以更加直觀地標識出相關病灶;在功能成像方面,本技術通過548nm和600nm多光譜影象分析視網膜血氧飽和度;通過受試者視網膜與脈絡膜的平均血流灌注影象,分析血液流速;通過繪製視網膜血液流速隨心臟跳動所變化的搏動曲線,可以評估心率、收縮期時間、舒張期時間等資訊,對血管彈性、血流動力學分析具有潛在價值。

圖2 視網膜結構和功能成像結果

(a) 多光譜影象;影象中白色文字為對應波長;(b) 彩色眼底合成影象;通過470 nm, 550 nm 和 600 nm合成;(c) 由550nm和600nm影象計算的視網膜血氧飽和度分佈圖。藍色環形區域用於計算視網膜平均血氧飽和度;(d) 平均血流灌注影象,影象中顯示了視網膜和脈絡膜血管;(e) 視網膜微迴圈搏動波形;(f)不同時刻下血流灌注影象。縮寫:SO2血氧飽和度;LSC 鐳射散斑襯比值(1/ LSC2與血液流速正相關)

產業應用:

重大慢病管理預警、篩查與監測

我國人口基數大,視覺殘疾人數多,青光眼等致盲性疾病嚴重威脅中老年人的視覺健康。此外,多種重大慢病可能併發或繼發眼病。臨床研究證實,眼底病變也是冠心病、神經退行性病變、糖尿病和腎病等多種慢病的標誌性特徵,可以作為疾病早期篩查和輔助診斷的判斷標準。

因此,能夠實現智慧化的多模態視覺功能檢查技術裝置,並結合大資料與人工智慧技術,對致盲性眼病和其它慢病進行預警、篩查與監測,實現重大慢病管理的前移,對節省醫療資源、推進人民健康都具有重要的意義。

目前,任秋實課題組研發的多模態眼功能成像新技術正在與各大醫院合作開展多模眼功能成像分析技術在眼科、神經內科、心內科以及腎內科等的大樣本臨床研究,預期將對疾病的篩查、診斷以及預後展開更加全面的研究,讓心靈之窗為健康護航。

參考文獻

[1] Feng, X., Yu, Y., Zou, D., et al., 2021. Functional imaging of human retina using integrated multispectral and laser speckle contrast imaging, Journal of Biophotonics, e202100285.

作者:任秋實團隊

編輯:酥魚

排版:尹寧流

研究團隊

通訊作者任秋實:現任北京大學資訊學部副主任,北京大學未來技術學院生物醫學工程系教授,教育部長江學者特聘教授,國家傑出青年基金獲得者,美國生物與醫學工程學會會士(AIMBE Fellow),國際光學學會會士(SPIE Fellow),北京大學深圳研究生院生物醫學工程研究所所長,深圳灣實驗室生物醫學工程研究所召集人,深圳精準醫學影像大設施總工程師。任秋實團隊主要研究方向為多模態眼功能成像的技術開發,團隊將持續深入地對本技術進行研究和優化升級。該團隊目前正和各大醫院合作開展多模眼功能成像分析技術在眼科、神經內科、心內科以及腎內科等的大樣本臨床研究,預期將對疾病的篩查、診斷以及預後展開更加全面的研究,讓心靈之窗為健康護航。該研究得到了國家生物醫學成像裝置基金、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、深圳科技計劃深圳南山創新與業務發展基金的經費支援。

任秋實教授

論文資訊

釋出期刊JOURNAL OF BIOPHOTONICS

釋出時間2021年11月2日

論文標題Functional imaging of human retina using integrated multispectral and laser speckle contrast imaging

(DOI:https://doi.org/10.1002/jbio.202100285)