研究人员开发并演示了第一款具有分辨率增强自适应光学技术的手持式眼科仪器，该技术可以对眼睛中的各个光感受器进行成像。新的便携式仪器将改善眼部疾病的诊断，并能够及早发现与脑相关的疾病和创伤。
 
在Optica，光学学会的高影响力研究期刊中，研究人员报告了他们的新型轻量级仪器，其尺寸仅为10×5×14厘米。他们在儿童和成人身上对该设备进行了测试，证明了它能够拍摄甚至靠近视网膜中心的非常小的光感受器的图像，这些感光器在视觉中起着关键作用。
 
光感受器，即将进入眼睛的光转换成发送到大脑的信号的专用神经元，是身体中唯一可以非侵入性成像的神经元。成像光感受器不仅对于诊断眼部疾病很重要，而且还可以提供对大脑中发生的过程的见解。初步研究表明，在阿尔茨海默氏症等疾病的早期阶段和脑震荡等创伤性脑损伤后，可以观察到视网膜的变化。
 
“到目前为止，高分辨率光感受器成像所需的成像系统由光学平台上的大而重的部件组成，只能与直立的合作成人一起使用，”研究小组负责人，生物医学工程和眼科部门的新浪Farsiu说。美国北卡罗来纳州杜克大学。“我们的便携式手持系统可以将这种重要的成像技术扩展到儿童和婴儿，以及可能无法坐直并直视前方的成年人。”
 
该系统可用于在接受手术时处于斜躺位置的人，例如，Farsiu的团队报告。它还可以帮助医生快速评估可能的脑部创伤，例如足球运动员因头部受伤而离开球场。
 
“由于MRI的分辨率有限-生活人群大脑成像的标准方法-基于MRI的疾病评估或大脑创伤无法在单个细胞水平上进行，”法尔苏说。“然而，在视网膜中，单个光感受器的成像分辨率比使用脑成像高100倍，可以看到非常细微的变化。”
 
缩小光学系统
 
为了使感光器成像，医生通常使用称为自适应光学扫描激光检眼镜（AOSLO）的装置。尽管与标准扫描激光检眼镜相比，自适应光学系统大大提高了分辨率，但是所需的光学部件也增加了整个系统的尺寸，重量和成本。
 
自适应光学技术通过使用称为波前传感器的光学组件来检测由眼睛引起的光失真来提高图像质量。然后使用快速改变形状的可变形镜来补偿检测到的光失真，从而产生更清晰的图像。
 
为了缩小AOSLO中的组件，研究人员开发了一种新算法来执行波前传感。“其他研究人员已经证明，波前传感器可以用算法代替，但这些算法还不够快，不能用于手持设备，”Farsiu说。“我们开发的算法比以前使用的技术快得多，而且准确。”
 
研究人员还采用了市售的基于MEMS的可变形反射镜，其直径仅为10.5毫米。“光学和机械设计与我们的新算法相结合，使得创建手持设备成为可能，”Duke光学专家兼团队成员Joseph Izatt说。“自适应光学系统对轻微的振动或运动非常敏感，但我们设计的系统非常稳定。光学系统在运输时保持对齐，并且还可以补偿使用过程中的手部运动。”
 
在人们中成像
 
他们使用他们的新系统，称为HAOSLO手持AOSLO，对12名健康成人志愿者和两名麻醉儿童的视网膜进行成像。该系统在一个31个月大的孩子身上的应用代表了首次使用自适应光学系统对儿童的光感受器进行成像。
 
成年人眼睛中的光感受器逐渐变小，朝向被称为视网膜中央凹的视网膜中心区域。HAOSLO系统能够对距离中心凹1.4度的光感受器成像，其中光感受器的平均间距仅为4.5微米。没有自适应光学系统的最接近的是3.9度。在开始使用该仪器进行大规模临床试验之前，研究人员计划采用其他可用于检测疾病的成像模式。
 
为了帮助其他科学家针对特定应用调整其系统，研究人员为新的HAOSLO系统免费提供光学和机械设计，计算算法和控制软件。