视网膜是人体中唯一可以直接观察的微循环系统也是人体中氧气消耗最高的器官之一。视网膜微循环的结构与功能性分信息对于疾病的筛查、诊断以及预后具有重要的指导意义。研究表明，冠心病、阿尔兹海默症、糖尿病、高血压等疾病均会引发视网膜的相关病变。随着光学成像技术的发展，视网膜微循环的评估也从结构性分析逐渐转为功能性分析。视网膜多光谱成像技术不仅可以评估视网膜血氧饱和度而且可以实现不同层次下的视网膜结构成像，更好的进行病灶评估。另一方面，激光散斑成像技术具有提供了，无创、大视野的视网膜灌注成像信息，对于视网膜供血及血流动力学分析提供了有效信息。然而现有的视网膜结构与功能成像仪器相互独立，难以实现同步测量与评估，极大的限制了视网膜结构与功能性分析。MILab研究团队将多光谱成像技术与激光散斑成像技术相互融合，并结合眼动分析与瞳孔检测技术，提出了一种新型的多模态眼功能成像技术并构建了验证技术的工程样机(图1所示)，研究成果形成封面文章《Functional Imaging of Human Retina Using Integrated Multispectral and Laser Speckle Contrast Imaging》发表在国际学术期刊 Journal of Biophotonics上。
图1.多模态眼功能成像系统样机
依托该技术实现的多模态眼功能成像系统可以提供视网膜多光谱成像、彩色眼底合成图像、视网膜血管直径测量、视网膜血氧饱和度测量、视网膜及脉络膜血流灌注成像、视网膜血流搏动分析等结构性与功能性信息，更加全面的评估视网膜微循环特征，此外也为氧代谢及微循环视网膜动力学的研究提供了强大助力。
图2展示了一名健康志愿者的视网膜结构和功能成像结果。 本系统采用自动对焦技术，一键实现数据采集，多光谱影像采集时间为1s激光散斑影像采集时间为5s。图2 (a)展示了6波长多光谱影像结果（图像中白字标识了对应的波长），随着波长的增加可以观察到不同深度下的视网膜结构信息，对于病灶的诊断具有意义。此外，本系统提供了可扩展的光源接口，可以进一步扩展至12波长不仅有助于视网膜不同分层的结构信息分析，而且对于视网膜微循环组织成分分析也具有潜在价值。考虑到眼科医生的读图习惯，本技术将470 nm, 550 nm 和 600 nm多光谱图像进行了彩色合成如图2 (b)所示，合成所采用的波长可根据医生需求个性化设置，通过彩色信息可以更加直观的标识出相关病灶。血氧饱和度(血液中氧合血红蛋白与还原血红蛋白的含量百分比)是评估供氧情况的重要手段之一，在550nm波长下，氧合血红蛋白与还原血红蛋白的吸收能力近似相等；在600nm波长下，氧合血红蛋白与还原血红蛋白的吸收能力相差较大。基于这一原理本研究通过550nm和600nm多光谱图像对视网膜血氧饱和度展开分析图2 (c)，图像中越接近于红色代表越高的血氧饱和度；越接近于蓝色代表越低的血氧饱和度。图2 (d)展示了受试者视网膜与脉络膜的平均血流灌注图像，图像中越接近于白色代表越高的血液流速；越接近于黑色代表越低的血液流速。图2 (e)展示了视网膜血液流速随心脏跳动所变化的搏动曲线，通过搏动曲线的分析不仅可以评估心率、收缩期时间、舒张期时间等信息而且对于血管弹性、血流动力学分析具有潜在价值。最后图2 (f)展示了不同时刻下视网膜血液流速分布图，随着心脏跳动，视网膜血液流速也呈现出周期性的增加与下降。图像中白字标识了不同的时刻，越接近于红色代表越高的血液流速；越接近于蓝色代表越低的血液流速。
图2. 一名健康志愿者的视网膜结构和功能成像结果。(a)多光谱图像；图像中白色文字为对应波长 (b)彩色眼底合成图像；通过470 nm, 550 nm 和 600 nm合成 (c)由550nm和600nm图像计算的视网膜血氧饱和度分布图。蓝色环形区域用于计算视网膜平均血氧饱和度；（d）平均血流灌注图像，图像中显示了视网膜和脉络膜血管；(e) 视网膜微循环搏动波形 (f) 不同时刻下血流灌注图像。
缩写：SO2 血氧饱和度；LSC 激光散斑衬比值（1/ LSC2与血液流速正相关）
论文第一作者为MILab课题组博士生冯夕萌、俞玥，任秋实教授为本文的通讯作者。其他合作者还包括深圳湾实验室周传清研究员，深圳湾实验室刘刚军研究员，美国麻省理工学院的 G. Fujimoto 教授，北京大学李长辉副教授和卢闫晔研究员。该研究得到了国家生物医学成像设备基金、国家自然科学基金（61875123）、北京市自然科学基金（Z210008）、深圳科技计划（1210318663）深圳南山创新与业务发展基金的经费支持。
文章链接：http://doi.org/10.1002/jbio.202100285
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