2021 年 6 月 2 日,比利时鲁汶,来自 Katholieke Universiteit (KU) Leuven、Universitair Ziekenhuis (UZ) Leuven 和研究组织 VITO 的科学家和工程师团队与国际研发集团 imec 合作,使用了 imec 的高光谱快照相机,SNAPSCAN,在一次捕获中从 16 个光谱带(460 到 620 nm,10 nm 带宽)收集信息。使用 SNAPSCAN,该团队将高光谱视网膜成像和 OCT 相结合,创建了具有这两种技术功能的仪器,成功检测到了阿尔茨海默病的早期生物标志物。


视网膜成像作为阿尔茨海默病早期诊断工具的潜力是该团队研究的重点,该团队专门探索视网膜成像技术以量化大脑中β淀粉样蛋白的积累。


除了来自 16 个光谱带的信息外,该系统还能够检测每种蛋白质的波长特征。


在imec的帮助下,研究人员建立了眼底和SNAPSCAN的同步操作,将高光谱相机安装在标准眼底相机的顶部,并调整了图像处理软件和校正算法,以实现良好的图像质量和大视野。接下来,VITO 工程师使用机器学习技术来建立和训练一个分类模型,该模型可以区分阿尔茨海默病患者和健康个体。


在记忆临床环境中,诊断为临床可能的阿尔茨海默病或生物标志物证实的阿尔茨海默病的患者和对照患者接受了高光谱相机的无创视网膜成像。还使用 OCT 对个体进行成像以评估视网膜神经纤维层厚度。VITO Health Unit 前项目经理 Patrick De Boever指出,该模型在使用高光谱和 OCT 测量来区分阿尔茨海默氏症患者和对照组时,表现出 75% 至 80% 的确定性。


科学家将高光谱视网膜成像和 OCT 相结合,检测阿尔茨海默病的早期生物标志物

在鲁汶大学眼科 (RGO) 研究组负责人 Ingeborg Stalmans 教授的实验室安装组合高光谱和眼底相机,由 KU Leuven 和 imec 提供


“我们在高光谱成像的帮助下量化了视网膜中 Aβ 蛋白的积累,并用光学相干断层扫描研究了视网膜神经纤维层的变薄——神经变性的迹象,”医学博士 Sophie Lemmens 说:“通过结合这些测量,我们可以区分这两组。 阿尔茨海默氏症的特征在于大脑中 Aβ 和 tau 蛋白的积累。”


“这些蛋白质也出现在健康的大脑中,”研究员 Lies De Groef 和 Lieve Moons 教授说:“然而,由于细胞老化和其他致病机制,我们尚未完全了解,生产和清除过程失去平衡,蛋白质积累发生。这是解释阿尔茨海默病大脑中所谓的 Aβ 斑块和 tau 缠结形成的假设之一。”


Lemmens 说:“imec 的紧凑型相机实现了快速图像采集。为了获得可靠的结果并避免图像中的运动伪影,重要的是患者不要眨眼并将眼睛保持在固定位置。由于快照相机只需要几毫秒来收集图像,因此在患者身上使用是可行的。此外,因为只需要可见光谱的光,所以使用是安全的。”


将高光谱视网膜成像与 OCT 相结合的仪器可以帮助医生在阿尔茨海默病的症状前阶段诊断出阿尔茨海默病,此时有效治疗的机会被认为是最高的。

科学家将高光谱视网膜成像和 OCT 相结合,检测阿尔茨海默病的早期生物标志物

“专家认为,药物失败是因为在疾病进展过程中给药太晚,而此时太多神经元已经死亡,”莱蒙斯说:“我们相信,如果我们能在出现症状前 10 到 20 年对人们进行诊断,这些药物可能会更有效。 该系统最初将用于选择处于疾病早期阶段的人进行临床试验,并进行患者分层。该团队计划开发更好的硬件和软件来优化眼底相机。”


基于该模型的测试可能很快就会上市,因为该设备几乎已经开发完毕,并且已被证明可以安全地用于患者。据研究人员称,全球有几家公司正在采取第一步将该技术商业化,其中包括 VITO 健康部门的衍生产品 MONA。


该研究发表在阿尔茨海默氏症研究与治疗 上。



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