先进眼科成像设备开发

眼睛是人类最重要的感觉器官之一，大脑中约80%的信息是通过眼睛获得的。近年来，眼底病如年龄相关性黄斑变性（AMD）、糖尿病性视网膜病变（DR）等已代替白内障成为新的致盲主因。高分辨率、实时眼底成像技术是致病机理研究和临床诊断的重要手段。眼底成像技术主要包括激光共聚焦扫描眼底镜（CSLO）、眼底相机（Fundus Camera）和光学相干断层扫描仪（OCT），将它们与分子影像（Molecular Imaging）、高光谱成像（Hyperspectral Imaging）技术相结合，可以获得更丰富的组织信息和功能信息。

本实验室致力于开发用于小动物眼底研究的高分辨率实时成像设备以及用于临床诊断的先进眼科成像设备，并与北京大学实验动物中心、北京大学医学部视觉功能重建系统实验室、北京大学生命科学学院等开展动物实验研究。

1.      小动物眼底在体实时成像技术研究

大鼠和小鼠，易饲养，成本低，是最常用的实验动物，眼科领域也不例外，他们常被用来造眼底病模型。但是这类小动物眼球体积小，角膜曲率大，眼球的光学参数与人眼有较大差异，使用人眼的成像设备直接成像效果不佳，且操作不够便捷。

本实验室研发了一套针对小动物眼底成像的激光共聚焦扫描眼底镜（CSLO），如图1所示，双路探测可实现反射信号和荧光信号同时成像。小动物在麻醉状态下易发生暂时性白内障，因此，快速对焦，减少实验准备时间显得尤为重要。

本实验室的系统采用自主设计的柔性接触式镜头对大鼠和小鼠视网膜进行成像，通过接触式镜头修正人眼与大、小鼠眼的屈光度差别，且镜头与CSLO主体机身连为一体，只需将动物眼球贴合接触式镜头，大大提高了对焦效率，有效提高图像质量，减少对焦时间。

对比采用柔性接触式镜头和不采用接触式镜头对大鼠、昆明鼠、Balb/c小鼠的实验结果如图2、3、4所示。

图1小动物CSLO系统光路

图2大鼠使用接触式镜头（a，b）与不使用（c，d）对比成像结果

图3昆明鼠使用接触式镜头（a，b）与不使用（c，d）对比成像结果

图4Balb/c小鼠使用接触式镜头（a，b）与不使用（c，d）对比成像结果

目前课题组致力于将CSLO其他成像模态相结合，发挥多模态的综合优势，进行在体的对眼底、视网膜的形态和功能的研究。

2.      可临床应用的人体眼底宽场成像

人眼的视网膜又称为眼底, 是人眼的重要组成部分。由于眼底不会发光，外界光线进入眼睛由瞳孔控制，并且由巩膜包绕，正常情况下无法直接观测眼底，只能借助眼底成像设备。眼底照相机是用来观察和记录眼底状况的眼科医疗光学仪器, 它能够将眼底图像以黑白或彩色照片的形式记录和保存下来，如图5所示。人眼的病态, 除小部分是因为角膜、水晶体等而引起的外, 大部分是因为眼底病态而引起的。因此, 眼底是诊断眼病甚至是全身多种疾病的重要依据，对眼底的观测成像有着重要的临床意义。

图5典型的正常眼底图

课题组提出了针对宽场眼底相机设计的优化方法，一个环形照明光（内/外直径为5/7mm）与瞳孔和孔镜（中心有孔，替代分束器，将光源折射入瞳孔，并允许成像光从中心孔通过）共轭，在视网膜上产生均一照明。获得的图像将进行后处理，以提取特征信息并校正由于眼球运动及光晕造成的不均一照明。

成像光路的光线追迹和照明光路设计及瞳孔和视网膜平面的光强分布分别如图6和图7所示。课题组完成了一个应用波前和孔径调节新方法的高光谱高分辨率成像优化的眼底相机设计，并在模型眼中取得了高分辨率的结果，如图8所示。

图6成像光路的光线追迹

图7照明光路设计及瞳孔和视网膜平面的光强分布

图8模型眼中的成像结果

目前课题组在进行高光谱眼底相机的优化，能一次获取受检眼眼底的上百幅波长十分接近的光谱图像，每幅图像对应一个光谱波段，因此可以同时从眼底的形态特征和光谱特征对眼底病进行诊断。希望在不久的将来，高光谱眼底相机可以广泛应用与临床，使得眼底疾病的诊断更加直观、精确、快捷、个性化。