詹姆斯·藤本、埃里克·斯旺森和大卫·黄赢得拉斯克奖

拉斯克基金会任命詹姆斯·藤本 ’79、SM ’81、博士 ’84、伊莱胡·汤姆森电气工程教授和电子研究实验室 （RLE） 的首席研究员，因其在光学相干断层扫描方面的开创性工作而获得 2023 年 Lasker-DeBakey 临床医学研究奖。藤本与麻省理工学院电子研究实验室的研究附属机构、麻省理工学院Deshpande技术创新中心的导师Eric Swanson SM ‘ 84和俄勒冈健康与科学大学眼科教授David Huang博士’93分享了该奖项。

拉斯克奖被认为是生物医学研究最负盛名的奖项之一，旨在表彰“在理解、诊断、治疗、治愈和预防人类疾病方面取得重大进展”的个人。很大一部分拉斯克奖获得者都获得了诺贝尔奖。

根据拉斯克基金会的引文，藤本，黄和斯旺森因“光学相干断层扫描（OCT）的发明而受到表彰，OCT是一种彻底改变眼科的技术 – 可以快速检测损害视力的视网膜疾病。描述该作品的动画视频可在此处获得。

“我很荣幸能成为这个奖项的获得者之一，”藤本说。“OCT代表了科学家，工程师，临床社区和行业数十年来的多学科合作伙伴关系的努力。我们感谢有机会帮助改善患者护理，并衷心感谢激光基金会。

在OCT发明之前，诊断眼科疾病的标准方法是有限的。在1990年代初期，电气工程师和先进激光技术专家藤本与卫星通信工程师斯旺森（当时在麻省理工学院林肯实验室）和医学博士生黄合作，设计了一种更好的疾病诊断方法。使用一种称为干涉测量的光学技术，他们开发了一种技术，可以首次对活视网膜的三维微观结构进行成像。

他们的工作于1991年发表在《 科学》杂志上，彻底改变了眼科领域，并提供了一种更精确的方法来检测疾病和监测治疗。本文的其他合著者是Charles P. Lin，Joel S. Schuman，William G. Stinson，Warren Chang，Michael R. Hee，Thomas Flotte，Kenton Gregory和Carmen A. Puliafito。

用光的回波彻底改变眼科

要了解光学相干断层扫描的工作原理，考虑使用回波的其他成像方法很有用。“OCT是超声波或雷达的光学模拟，”藤本解释说。“它不是声音，而是测量反射光或散射光的回波延迟，以便对组织或材料中的亚表面微观结构进行成像。

短波长的光允许OCT生成的图像的微观分辨率，但是使用光 – 而不是声音，声音传播速度较慢，波长更长 – 引入了棘手的技术问题。

“光速非常快，”藤本指出。“来自月球的光在1.3秒内传播到地球。因此，为了测量生物组织中非常小尺寸的回波时间延迟，您需要极高分辨率的测量技术。

在这里，藤本、斯旺森和黄发现，他们不同的背景增强了他们解决问题的能力。

“OCT利用了高速光通信领域的许多进步，”藤本解释说。该团队意识到，红外光提供了良好的人体组织穿透力，干涉测量可以达到所需的高分辨率和灵敏度。这使得测量反射或散射红外光波的“回波时间”成为可能，从而创建组织内部地下结构的微观分辨率三维图像。

进行光学活检

重要的是，该技术不是超声波，CT或MRI的替代品，而是一种具有独特和互补优势的不同工具。MRI，CT和超声波可以深入身体以创建全身图像，但分辨率有限。OCT可以进行“光学活检”，即以微观分辨率对地下结构进行成像，而无需切除和处理标本。OCT在眼睛以外的组织中的成像深度有限，但可以与其他光学仪器结合使用以在体内成像。

如果没有与临床医生科学家的跨学科合作，OCT就不可能开发出来。当时分别在新英格兰眼科中心和塔夫茨大学医学院的Carmen Puliafito和Joel Schuman领导了OCT在糖尿病视网膜病变，年龄相关性黄斑变性和青光眼中的首次临床研究。这些研究有助于确定OCT在眼科的未来临床应用和商业化。

视网膜成像成为OCT的最大应用;在世界各地的眼科医生办公室，它现在被认为是诊断和监测眼部疾病的标准护理。OCT还有助于提高对疾病机制的理解，并加速新药物治疗的开发。

许多眼科医生说，OCT允许非专业人员以接近专家的灵敏度检测疾病。糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性和青光眼等疾病在早期可能不会产生明显症状，可以在不可逆的视力丧失之前发现和治疗。

现在，OCT的应用正在开发中，以便在眼科诊所之外更广泛的公众使用。“未来，可以通过在当地药店进行自动OCT检查来筛查疾病。眼睛是健康的窗口 – 除了视力受损的眼部疾病外，OCT还可以检测全身性疾病，如糖尿病和神经系统疾病。对公共卫生的影响可能是巨大的，“藤本解释说。

OCT的应用也远远超出了眼科。该团队很快意识到，光纤可用于将OCT的覆盖范围扩展到身体的更深处，通过导管，内窥镜和腹腔镜成像。

血管内成像是OCT的第二大应用，是与麻省总医院和哈佛医学院的心脏病专家Mark Brezinski合作开发的。Brezinski证明OCT可以检测导致心脏病发作的不稳定动脉粥样硬化斑块，并领导了许多首次证明OCT用于光学活检的研究。

“有些组织通常不会进行活检，例如视网膜，冠状动脉，神经和大脑，OCT可以原位和实时地提供有关病理的信息，”藤本说。“另一个应用是手术引导 – 在切口之前，您可以看到组织表面下方以避开敏感的神经和血管。

随着许多研究小组和诊所开发技术和应用，华侨城是跨学科和国际科学合作潜力的光辉典范。“跨学科合作现在非常流行，但在 1990 年代，当 OCT 首次开发时，这种情况相对不常见，”藤本解释说。

对于藤本来说，OCT的成功及其不断增长的应用清单有力地提醒了跨学科工作的重要性。“在医学以及许多其他领域，技术的使用越来越多，包括先进的硬件和分析技术以及人工智能。现代医学可以利用这些技术来推进患者护理并降低死亡率。