低成本的视网膜扫描仪有助于预防失明

这个由杜克大学设计的OCT系统比目前的商业系统轻15倍、小15倍，由成本不到商业系统零售价格十分之一的部件制成。

来源:杜克大学

多亏了重新设计的3d打印光谱仪，扫描仪比目前的商业系统轻15倍、小15倍，而且由成本不到商业系统零售价格的十分之一的部件制成——所有这些都没有牺牲成像质量。

在第一次临床试验中，新的OCT扫描仪产生了120个视网膜的图像，其清晰度是目前商业系统拍摄的视网膜图像的95%，足以进行准确的临床诊断。

自20世纪90年代以来，OCT成像已经成为许多视网膜疾病的诊断标准，包括黄斑变性和糖尿病视网膜病变，以及青光眼。然而，OCT很少被包括在标准的筛查检查中，因为仪器的成本可能超过10万美元，这意味着通常只有较大的眼科中心才有。杜克大学生物医学工程教授亚当·瓦克斯(Adam Wax)说:“一旦失去视力，就很难再恢复，所以预防失明的关键是及早发现。”“我们的目标是大幅度降低OCT的价格，这样更多的诊所就能负担得起这种设备，特别是在全球卫生领域。”

OCT是一种光学模拟超声波，它的工作原理是将声波发送到组织中，然后测量它们返回的时间。但是因为光比声音快得多，所以测量时间比较困难。为了计算从被扫描组织反射回来的光波的时间，OCT设备使用光谱仪来确定与经过相同距离但没有与组织相互作用的相同光波相比，光波的相位发生了多少位移。

使更小、更便宜的OCT设备成为可能的主要技术是一种新型的光谱仪，由Wax和他以前的研究生Sanghoon Kim设计。传统的光谱仪主要是由精密切割的金属部件组成，光线通过一系列的透镜、镜子和w形的衍射缝直接照射而成。虽然这种装置提供了很高的精度，但由碰撞甚至温度变化引起的轻微机械偏移可能会造成对准误差。

然而，Wax的设计是将光在一个主要由3d打印塑料制成的外壳内的圆形路径上。由于分光计的光路是圆形的，任何由于温度变化而产生的膨胀或收缩都是对称的，它们彼此平衡以保持光学元件的对齐。该装置还在光的旅程结束时使用了一个更大的探测器，以降低不校准的可能性。

传统的OCT机器重量超过60磅，占据整张桌子，价格在5万到12万美元之间。这种新的OCT设备重4磅，大约是一个饭盒大小，Wax预计售价将低于1.5万美元。“现在，OCT设备都在自己的房间里，需要一个博士科学家来调整它们，让它们正常工作，”Wax说。“我们的电脑可以放在办公室的架子上，取下来、用完再放回去，都没有问题。我们用它来扫描星巴克里的人。”

在这项新研究中，北卡罗来纳大学医学院视网膜外科医生、眼科副教授J. Niklas Ulrich将新型OCT扫描仪与海德堡工程公司生产的一种商业仪器进行了对比测试。他对60名患者的双眼进行了临床成像，其中一半来自健康志愿者，另一半患有某种视网膜疾病。

为了比较两台机器产生的图像，研究人员使用了对比度-噪声比——一种在医学成像中经常用来确定图像质量的方法。结果显示，通过这个指标，低成本的便携式OCT扫描仪提供了有用的对比度，仅比商用机器低5.6%，这仍然足以用于临床诊断。乌尔里希说:“我对这种低成本设备的图像质量印象深刻——它绝对可以与我们的标准商业机器相媲美。”“它显然缺乏我们10万美元OCT扫描仪的一些附加功能，但可以准确诊断结构性视网膜疾病，并监测治疗成功。安装快速、简单，占地面积小，允许设备在较小的卫星办公室运行良好。我希望这种低成本OCT的开发将改善患者对OCT技术的获取，并为挽救北卡罗来纳州乃至全国乃至全世界的视力做出贡献。”

Wax正在通过一家名为Lumedica的初创公司将该设备商业化，该公司已经在生产和销售第一代用于研究应用的仪器。该公司希望在不久的将来获得风险投资支持，并正在与外部公司谈判潜在的许可协议。Wax说:“有很多人想把OCT带到全球的新地方，也有很多人想把OCT带到美国服务不足的地方。”“随着美国、印度和中国等地糖尿病视网膜病变病例的增加，我们希望通过大幅增加这项技术的使用，可以挽救很多人的视力。”