基于双光子荧光的无损视网膜生物成像

眼底镜检查是一种常规的眼科检查，其对眼球背面进行成像来观察眼底，以检查视网膜脱落的症状或青光眼等眼部疾病。近年来，光学成像技术的进步带来了更详细的眼底结构信息。近日，波兰和美国的研究人员开发了一种双光子激发的荧光扫描激光眼底仪，它不仅能探测眼底结构，还能探测其生物化学特性（J. Clin. Investig., doi: 10.1172/JCI154218）。该仪器能够非侵入性地测量发生在人类视网膜上的代谢过程，能够实现更早期和更准确的疾病诊断。

双光子激发的荧光扫描激光眼底镜

目前的眼科光学方法虽然提供了高分辨率的视网膜和其他结构的图像。然而，目前的技术只能在病人的眼睛已经出现疾病后才能发现异常。Maciej Wojtkowski的研究团队旨在创造一种新的仪器和测量方法，能够检测出视网膜中与年龄或疾病有关的早期病变。早在2001年，他们率先开发了用于体内视网膜成像的傅里叶光学相干断层扫描（OCT）。现在，他们希望观察视黄醇的产生。视黄醇是一种触发视觉过程的光活性分子，其可以用来测试眼睛中光感受器的效率。

波兰科学院国际眼科转化研究中心（ICTER）的研究人员Wojtkowski表示，对上述过程（也叫做视觉周期）进行无创的体内成像对眼科医生和相关研究人员具有重要意义。这可以帮助他们更快地进行诊断并监测疗法的有效性。

测试安全性

像视黄醇这样的生化标志物必须用紫外线激发，紫外线有损害眼睛的角膜和晶状体的危险，因此在实际应用中需要避免。因此，Wojtkowski的团队决定使用非线性的双光子激发过程，用近红外（730-760 nm）的短脉冲光照射眼睛，双光子激发的荧光发生会在视网膜上。然而，目前还不明显的是荧光是否会影响眼睛的安全。

在这个双光子激发荧光扫描激光眼镜的研究中，研究人员首先确定了飞秒激光脉冲的长度和重复频率，使传递到眼睛的光功率低于标准安全阈值。然后，实验中确认了该仪器没有损害小鼠视网膜。最后，团队在Wojtkowski自己的眼睛上进行了类似的实验。

以临床为目标

虽然获得的信号很弱，但研究人员利用计算机算法与传统的扫描激光眼底镜的数据相结合，能够提高图像质量。与各种视觉障碍的小鼠模型的成像结果的比较证实，他们的设备可以有效地观察参与视觉周期的生物标志物。

下一步，研究团队需要定量地确定和验证具体的参数，这些参数将在未来用于临床实践的生物标志物。具体地，他们还需要测试从所产生的荧光信号中提取光谱信息的多种方法，并对患者进行多次测量。