交汇点讯 眼睛是人体最精密的器官之一，爱眼护眼已经成为关系人民健康的重要问题。近年来，以高度近视、白内障、青光眼为代表的眼视光疾病，在我国呈现高发趋势。据估算，我国高度近视人群将达到4000万-5150万人次。如何制造出精密的眼科设备，促进疾病的早诊早治，已经成为科研工作者近年来关注的核心问题之一。
近日，由中国科学院苏州医工所作为第一完成单位、史国华研究员作为第一完成人的“超广角单细胞分辨眼科光学成像技术与仪器”项目获得2023年度中国仪器仪表学会技术发明一等奖。这一兼具大视场、高分辨、多模态和智能诊断于一体的眼科光学仪器，成为全球首创，打破了国外仪器多年的垄断地位。
攻关十余年，率先攻克技术难题
“视觉障碍与心血管疾病、肿瘤并称全球三大严重影响人的生存质量的疾病，其中，视觉障碍的重度致残率甚至高于心脑血管疾病。”中国科学院苏州生物医学工程技术研究所史国华研究员介绍，以高度近视、白内障、青光眼为代表的眼科疾病，在我国有2.5亿的疾病人群，还有超过3000万的致盲患者，呈现高发、低龄化趋势。
眼球具有天然的屈光透明特性，是人体上唯一个能直接看到深度结构的组织，通过专业设备，可以透过眼睛看到视网膜的构成结构。因此，光学成像成为眼科诊疗的最佳手段。
“目前，眼科光学成像与疾病诊疗有四个发展趋势，即极限的单细胞分辨率、超大成像视场、多模态的光学成像和智能诊断。”史国华介绍。首先，正常的视觉功能依赖于视网膜细胞的正常活动，如果仪器能接近单个感光细胞的分辨率，对视网膜最基本的结构与功能单位，即细胞、神经、微血管等，实现多维度的检测，就能够实现更精准的诊断。第二，眼科疾病通常是从周边视野开始病变，再向中心扩散，实现接近180 全视野成像，有利于在疾病发展的早期发现病灶。至于多模态的光学成像功能，则能够获取视网膜病灶的多维度信息，更好地进行病灶评估。而智能诊断，则是用人工智能分析将医生从庞杂的数据中解放出来，提高诊断效率。
高分辨率和广角视野难以兼顾，是国际公认的眼科光学仪器研发难题。如英国欧堡公司研发的眼底照相机，能够实现超广角，但无法对病灶区域进行单细胞和毛细血管级别的成像。德国海德堡公司研发的眼底血管造影仪，具备多模态能力，但并未实现超广角和高分辨率功能。
如何在技术上解决成像难题，支撑疾病早期诊断，让更多患者及早获得治疗？带着这样的问题，史国华的科研团队走上探索之路。“项目团队历经十余年的关键技术攻关，研制出兼具大视场、高分辨、多模态与智能诊断于一体的先进眼科光学仪器，于2020年推出，技术领先国际竞争者。仪器实现了视网膜最基本视觉单元‘感光细胞’的活体高分辨率成像，将长期以来国际公认的视网膜血氧测量的管径极限从50 m突破至26 m，达到三级毛细血管的尺度。”史国华研究员介绍。
据了解，团队研制的单细胞分辨激光共聚焦扫描眼底造影机先后通过了美国FDA、欧盟CE、中国CFDA的注册认证，单次成像视场达160 ，光学分辨率最高5 m，是目前世界最高分辨率的超广角、多模态眼科成像仪器。同时，功能“升级“的情况下，售价上仍与同类仪器持平。该仪器于2023年9月获得“中国分析测试协会科学技术奖-分析测试技术奖”，简称BCEIA金奖。
打破进口依赖，发明符合国人生理特性的光照模型
我国科学家对眼科光学成像仪器的研发历程可以追溯到二十年前。2000年，中科院光电所成功研制出视网膜高分辨率观测用的自适应光学系统。当我国对于眼科光学成像的研究初现成果之时，美国、德国等国已提前起跑。目前，我国自研技术成果已经领先国际，从跟跑、并跑到领跑，我国科研人员在高端医疗仪器的研制上实现跨越。
“1997年，德国海德堡公司推出全球首家眼底造影机HR ，在此之后，基于共聚焦的眼体造影成像成为眼科视网膜疾病诊断的‘金标准’。在1997年到2015年的18年间，世界上只有德国海德堡公司一家可以提供共聚焦眼底造影机。”史国华介绍，2015年，项目团队推出第一代激光共聚焦扫描眼底造影机，并获得医疗器械注册证，以及美国FDA、欧盟CE认证，打破国外的市场垄断。
“2015年的第一代设备推出后，我们认为还有一些缺陷需要改进，视场太小、高分辨还没有实现……”史国华回忆，研发团队没有沉浸在成果中，而是立刻投入了下一阶段的研究。以往眼科产品的研发和设计，大都建立在Liou-Brennan眼模型之上，这一模型是欧美人种1997年建立的的人眼模型，不仅无法准确反映中国人的生理特性，还缺少眼球的生理量，不包含病眼信息。想要更精确地检测我国眼科病人的眼部情况，就需要构建一个符合中国人生理特性的眼模型。
为此，研究团队收集了超过12000人次的视觉人因实验数据，总计约500万条数据。在这些实验数据中，不仅包括正常眼数据，也包含了病眼的信息，涵盖黄斑变性、视网膜静脉阻塞、青光眼等多项眼科疾病。
“团队发明了符合中国人群眼视功能生理屈光特性的健康光照模型，建立了光学物理参量和眼球生理参量的数学量效关系，可以有针对性地设计符合中国人眼球生理特性的光学系统，设备的光学成像性能得以大大提高。”史国华介绍。
走向未来，在全球开展技术替代
“做仪表仪器是一个长周期的工作，我们的目标是做一个让百姓、科研人员真正能使用的设备。”谈到研究眼科仪器的初衷，史国华告诉记者，一台医疗设备被研发出来，只是距离成功的一小步，在技术难题攻克后，还要不断对核心器件、整机进行改进，在此之后，还要推进申请医疗注册证、推广销售等工作……协调多方参与跟进，流程多、周期长，一台器械从科研走向产业，过程实属不易。
“经过多年的发展，国产医疗设备在小细分领域上，发展得未必比国外差。”史国华表示，团队研制的眼底造影机已入选中科院“自主研制科学仪器”、卫健委“优秀国产医疗设备”产品目录，在国内外多家顶级医院进行推广。“在‘寸土寸金’的三甲医院，曾经要对患者的眼部进行多模态检测，需要使用不同的设备，而现在的仪器可以将8种成像模态集一身，大大提高患者的就诊效率。”史国华介绍，设备走向实际应用，受到了不少眼科专家的认可。
“下一步，我们在进行视网膜微观形态学的疾病图谱的研究，根据中国近视人群的特点，我们聚焦国内高度近视的4000多万人群。许多高度近视的人群在尚未有眼底并发症出现的时候，眼部视细胞的微结构就会发生改变，我们希望能掌握这一变化，推动早期诊断。另外，我们希望设备能助力基因筛查，替代花费高、时间长的全基因组测序，帮助患者预防中青年不可逆致盲。”
史国华表示，疾病图谱的研究，将推动我国先于国际社会建立致盲疾病的早期诊断标准，未来有望面向全球推广这一普适性的诊断标准。
新华日报 交汇点记者 杨易臻
（来源：https://jhd.xhby.net/share-webui/detail/s659d0b0be4b0057884fce053）
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