Light | 基于相位敏感光学相干断层扫描的活体视网膜热变形测量

近日，来自美国斯坦福大学的Yueming Zhuo教授团队，开发了一种新型的视网膜激光疗法，该疗法通过使用相位敏感光学相干断层扫描技术（pOCT），在活体中测量视网膜在10 ms激光脉冲照射下的热变形而引起的光程长度变化（ΔOPL），并实现对视网膜<1°C精度的温升实时监测与精确控制。此项技术对于视网膜激光治疗的安全性和有效性至关重要。

该工作以“Retinal thermal deformations measured with phase-sensitive optical coherence tomography in vivo” 为题，发表在国际光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》。

 研究背景 

在视网膜激光治疗中，精确控制组织温升对治疗效果的预测至关重要。视网膜对激光能量的吸收和温度升高受多种因素的影响，如不同个体的差异、同一个体的视网膜内不同区域的差异以及年龄和疾病对透明眼组织透光性的影响，都可能导致治疗过度或不足。

在临床中，视网膜激光损伤阈值常由医生对视网膜周边测试病灶的主观评估来确定，但这种方法极易受主观判断影响。一种光声系统在此前的研究中被提出，该系统利用脉冲激光诱导黑色素颗粒发生热弹性膨胀，并通过检测压力瞬变来确定温度，进而优化激光功率或辐照时间。但由于该系统需要更昂贵复杂的激光系统和光声检测技术难以广泛应用。 创新研究 

1. pOCT测量激光加热下的WT与RCS两种大鼠视网膜的热力学响应差异

研究团队首先通过pOCT对比了正常野生型（WT）与退化（RCS）大鼠视网膜在激光加热下的热力学响应差异。结果存在显著差异（如图1）：WT视网膜的OPL变化位于光感受器外段（OS），而RCS视网膜的则位于内层。

此外还通过热机械模型解析（如图2），验证了该视网膜热力学响应：直接影响视网膜热力学响应的是其光感受器的完整性，健康视网膜通过连接纤毛层（CCL）等结构限制热变形扩散，而退化的视网膜因结构破坏失去此能力，这为视网膜退化的生物力学诊断提供了新依据。

图1. pOCT测量激光加热下的WT与RCS两种大鼠视网膜的热力学响应图2. 热机械模型解析结果

2. 热机械模型与实验结果的对比及参数优化验证

进一步，研究团队通过对比热机械模型与实验结果（如图3），验证了热机械模型对于参数优化的有效性：图3a、图3b中，展示出模型模拟的ΔOPL空间分布和时间动态响应均与实验高度匹配，并验证了通过实验数据反推出的吸收系数（Cμ≈0.3）和光透射率（η≈0.3）的可靠性，该模型能够精准预测视网膜温升，且误差<1°C，满足临床需求。此结果表明该模型能准确捕捉视网膜在激光加热下的动态变化，为后续个性化激光治疗提供了可靠坚实的依据。

图3. 热机械模型与实验结果的对比

3. pOCT装置的光路设计及布局

最后，研究团队展示了该pOCT装置的光路设计及布局。该装置通过超连续激光器产生光源，经准直透镜和滤波器后形成线光源，再通过一系列光学组件实现对视网膜的高分辨率成像。加热视网膜的激光与OCT照明路径共轴耦合，确保精确的加热位置。此外，系统还能够有效补偿组织运动，实现对视网膜热变形的精确测量。

图4. pOCT装置示意图

 总结展望 

研究团队开发了一种新型基于相位敏感光学相干断层扫描（pOCT）的活体视网膜热变形测量方法，探究了正常与退化视网膜在热力学响应上的差异，这种差异归因于光感受器结构中的连接纤毛层（CCL）。此外，还证明了该方法在视网膜激光治疗中实时精确测量温度变化的能力，为视网膜光感受器退化疾病的诊断提供了一种新的非侵入性检测方法。未来，pOCT有望实现实时、自动化的激光治疗监测及激光参数调整，进一步提高治疗的安全性和有效性。

 论文信息  

Zhuo, Y., Bhuckory, M., Li, H. et al. Retinal thermal deformations measured with phase-sensitive optical coherence tomography in vivo. Light Sci Appl 14, 151 (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41377-025-01798-x