基于传输干涉显微镜技术的人眼前节细胞成像突破：实现角膜与晶状体微结构无标记高分辨率可视化

研究人员针对传统眼科成像技术视野受限、对比度不足的难题，创新性地将阿贝(Ernst Abbe)传输干涉原理应用于活体人眼成像。通过将照明光投射至后部巩膜形成次级光源，实现了前节角膜各层细胞(包括Fuch's内皮营养不良病理特征)和晶状体上皮细胞/纤维的2mm视野高对比度成像。这项发表于《Nature Communications》的研究为3亿角膜内皮失代偿患者提供了新型筛查工具，其消费级相机搭建方案更利于资源匮乏地区的眼科疾病诊断。

　　

在眼科诊疗领域，清晰观察人眼前节微观结构始终是重大挑战。全球每年有2600万白内障手术和500万屈光手术患者，但现有成像技术各存局限：共聚焦显微镜(CM)需接触式检测且视野不足0.5mm，光学相干断层扫描(OCT)设备昂贵复杂，而传统裂隙灯检查又缺乏细胞级分辨率。尤其对于影响3亿人口的Fuch's内皮营养不良(FED)等疾病，临床常用的镜面显微镜(SM)仅能观察内皮单层，无法全面评估角膜神经或上皮状态。这种技术瓶颈导致约10%术后并发症难以预防，包括需要角膜移植的内皮失代偿和终身依赖人工泪液的干眼症(DED)。

法国巴黎萨克雷大学的Viacheslav Mazlin团队在《Nature Communications》发表创新研究，将经典光学理论转化为临床解决方案。受阿贝传输干涉原理和泽尼克相位对比理论的启发，研究人员设计出革命性的成像方案：用850nm近红外LED通过显微镜物镜将光聚焦于巩膜，利用其后向散射光作为次级光源照亮前节结构。这种几何构造模拟了传统显微镜中缩小的聚光镜孔径，通过控制空间相干性显著提升干涉对比度。研究团队构建了桌面式临床原型机，采用消费级天文相机(ASI432/ASI585)和0.3-0.4NA物镜，通过交叉偏振设计消除角膜表面反射干扰。

关键技术包括：1) 可变照明系统调节巩膜光斑尺寸(0.3-15mm)，定量验证小光源提升干涉对比度的效应；2) 双相机相位差分层技术实现角膜基质层析成像；3) U-net神经网络自动分割神经网络；4) 安全评估体系确保脉冲照明(10ms开/90ms关)符合ISO 15004-2视网膜辐照标准。研究纳入4名健康者和2名患者(78岁FED合并白内障、82岁角膜雾状混浊)，对比金标准CM/SM/TD-FF-OCT(时域全场OCT)进行验证。

物理机制创新方面，研究通过波方程模拟揭示：当散射体位于物镜焦平面附近时，衍射波与零级透射波在相机平面产生相长/相消干涉，形成明暗对比。巩膜照明光斑直径从15mm缩小至0.3mm时，有效数值孔径NA_eff降低使干涉对比度提升3倍(图3d)，但代价是景深从34μm增至19μm。人工眼实验证实，晶状体散射(模拟白内障)会扩大次级光源导致对比度下降，而瞳孔缩小主要影响信号强度。

临床成像成果显著：1) 角膜上皮层可见1mm视野下单帧显示的40μm表层细胞、20μm翼状细胞和10μm基底细胞，通过可调焦透镜实现50μm上皮层飞越成像(补充视频3)；2) 基底神经丛中神经密度测量值22mm/mm²与CM结果一致，U-net网络实现全自动分割；3) FED患者的内皮疣状突起(guttae)呈现独特的相位反转特征，2mm视野远超SM的0.25mm范围；4) 82岁受试者角膜基质中观察到与圆锥角膜相关的微褶皱(striae)；5) 首次活体清晰分辨晶状体10-15μm上皮细胞和Y型纤维缝合线，细胞密度达5000个/mm²。

讨论部分强调了三重转化价值：术前筛查方面，扩大视野能更准确评估FED患者内皮细胞密度分布；术中引导上，可验证新型屈光手术设备的微结构改造效果；在神经疾病领域，非接触式大视野成像为糖尿病/帕金森病相关神经病变研究提供新工具。尤其突出的是，该技术采用<1000美元的消费相机组件，特别适合发展中国家基层医疗。未来通过整合固视靶标和深度学习算法，有望进一步推动其在干眼症药物评估和干细胞治疗监测中的应用。

这项研究巧妙运用生物组织散射特性调控空间相干性，证实了传输干涉原理在厚组织成像的普适性。正如审稿人所评："将150年前的光学理论转化为解决现代临床难题的工具，展现了基础科学与临床需求的完美结合"。团队已通过SharpEye公司进行专利布局，其技术路线或将成为眼科显微成像的新标准。