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低成本的视网膜扫描仪可以帮助预防全球失明

北卡罗来纳州达勒姆 - 杜克大学的生物医学工程师开发出一种低成本便携式光学相干断层扫描(OCT)扫描仪,有望将视力节约技术带到美国和国外服务欠缺的地区。

得益于经过重新设计的3D打印光谱仪,该扫描仪比现有商用系统轻15倍,并且由零件价格低于商业系统零售价的零件制成 - 所有这些都不会牺牲成像质量。

在其第一次临床试验中,新的OCT扫描仪产生了120个视网膜的图像,其比现有商业系统所采用的图像高95%,这足以进行准确的临床诊断。

结果将于6月28日在ARVO期刊Translational Vision Science&Technology上发布。

自20世纪90年代开始使用以来,OCT成像已成为诊断许多视网膜疾病(包括黄斑变性和糖尿病性视网膜病以及青光眼)的标准护理。然而,OCT很少被列为标准筛查考试的一部分,因为机器的成本可能超过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·沃克斯说:“一旦失去视力,就很难将其恢复,因此预防失明的关键是及早发现。”“我们的目标是使OCT大幅降低成本,以便更多的诊所能够负担得起这些设备,尤其是在全球健康环境中。”

OCT是超声波的光学模拟,它通过将声波发送到组织中并测量它们返回的时间来起作用。但由于光比声音快得多,因此测量时间更加困难。为了使光波从被扫描的组织反弹回来,OCT设备使用光谱仪来确定与已经行进相同距离但未与组织相互作用的相同光波相比它们的相位移动了多少。

使用更小,更便宜的OCT设备的主要技术是由Wax和他的前研究生Sanghoon Kim设计的新型光谱仪。传统的光谱仪主要由精确切割的金属部件和直射光通过一系列镜头,镜子和形状像W的衍射狭缝制成。虽然这种设置提供了高精度,但是由于碰撞或甚至温度变化引起的轻微机械偏移可以创造错位。

然而,Wax的设计将光照在外壳内的圆形路径上,该外壳主要由3D打印塑料制成。因为光谱仪光路是圆形的,所以由于温度变化引起的任何膨胀或收缩都是对称地发生的,使它们自身平衡以保持光学元件对准。该设备还在灯光行程结束时使用更大的探测器,以减少错位。

传统的OCT机器重量超过60磅,占用整个桌面,成本在50,000美元到120,000美元之间。新的OCT设备重4磅,大约相当于午餐盒的大小,而Wax预计售价将低于15,000美元。

“现在OCT设备就坐在他们自己的房间里,需要一位博士科学家来调整它们以使一切工作正常,”Wax说。“我们可以坐在办公室的架子上,然后将其拆下,使用并毫无问题地放回去。我们用星巴克扫描星巴克的人。”

在这项新研究中,北卡罗来纳大学医学院视网膜外科医生和眼科副教授J. Niklas Ulrich将新的OCT扫描仪用于海德堡工程公司生产的商用仪器的测试。他对60名患者的双眼进行了临床成像,一半来自健康志愿者,另一半来自某种视网膜疾病。

为了比较两台机器产生的图像,研究人员使用了对比度 - 一种常用于确定医学成像图像质量的测量方法。结果显示,通过该指标,低成本便携式OCT扫描仪提供的有用对比度仅比商用机器低5.6%,这仍然足以进行临床诊断。

“我对低成本设备的图像质量印象非常深刻 - 它与我们的标准商用机器绝对相媲美,”Ulrich说。“它显然缺少我们的10万美元+ OCT扫描仪的一些花俏,但可以准确诊断结构性视网膜疾病以及监测治疗成功。设置快速简便,占地面积小,使设备运行良好更小的卫星办公室。我希望这种低成本的OCT的发展将改善患者对OCT技术的使用,并有助于在北卡罗来纳州以及全国和全世界保护视力。“

Wax通过一家名为Lumedica的初创公司将该设备商业化,该公司已经开始生产和销售用于研究应用的第一代仪器。该公司希望在不久的将来获得风险投资支持,并且还在与外部公司谈判潜在的许可协议。

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