發明家回顧眼科影像技術的重大突破

如果你曾看過眼科醫生並拍攝過眼球內部的影像，那很有可能是透過光學相干斷層掃描（OCT）完成的——這項技術由臨床科學家黃大衛（David Huang ’85, SM ’89, PhD ’93）發明，目前每年用於 4,000 萬次醫療程序中。

OCT 是一種非侵入性技術，用於產生複雜生物組織（如視網膜和可能在冠狀動脈中堆積的斑塊）的詳細影像。它描繪了從組織反射的光波的飛行時間，並繪製出內部結構的高解析度圖像。

「與眼底攝影（另一種常見的眼科成像方法）的強烈閃光相比，它使用的是幾乎看不見的紅外光，並能以更高的解析度提供更多資訊——是三維而非二維的資訊，」黃大衛表示。這項發現使他和他的共同發明人入選了 2025 年美國國家發明家名人堂，並在 2023 年獲得了拉斯克獎（Lasker Award）以及美國國家技術與創新獎章。

黃大衛在麻省理工學院（MIT）大學部學習電機工程時，並未預料到自己會改變眼科成像的範式，但他對利用工程思維為醫學進步做出貢獻深感興趣。他認為，這可能是他追隨身為家庭醫師的父親腳步的方式。

OCT 誕生於他在哈佛-麻省理工健康科學與技術計畫（HST）攻讀醫學博士（MD-PhD）期間的研究工作。在 MIT 師從電機工程 Elihu Thomson 教授詹姆斯·藤本（James Fujimoto ’79, SM ’81, PhD ’84）研究超快雷射時，黃大衛的任務是利用雷射來改進各項眼科工作，包括測量角膜和視網膜的厚度。

黃大衛認為，一種被稱為干涉測量法（interferometry）的方法可以將飛行時間測量精確到一千兆分之一秒，從而將厚度測量的解析度提升至微米級。黃大衛的實驗顯示，該技術能夠偵測到來自視網膜內部微細結構的極微弱信號。藤本和黃大衛意識到發明一種新型成像技術的潛力，並尋求當時在林肯實驗室利用干涉測量法進行衛星間通訊的艾瑞克·史旺森（Eric Swanson, SM ’84）的幫助，共同開發出一台用於生物應用的 OCT 機器。黃大衛在透過哈佛醫學院取得的幾種組織上測試了這台新機器，發現它在視網膜和冠狀動脈樣本的成像上特別成功。他與同事於 1991 年在《科學》（Science）雜誌上發表了初步研究結果，正式確立了 OCT 作為一種新型成像模式的地位。

「由於我們有能力與醫生建立合作關係，加上在林肯實驗室和 MIT 能輕易獲得更先進的技術，我們得以讓這項新的成像技術脫穎而出，而當時在同一領域探索的其他研究者則未能展示出成像結果，」他表示。

在這項突破性發明之後，黃大衛完成了眼科醫師的學術與醫學培訓，而藤本和史旺森則成立了一家新創公司，以確保該設備能進入醫療診所。

在接下來的幾十年裡，黃大衛持續精進 OCT 在各種領域的應用。如今，作為奧勒岡健康與科學大學（OHSU）凱西眼科研究所的研究主任，他領導的研究團隊正在探索 OCT 的新用途，例如 OCT 血管造影（成像精細至毛細血管層級的血流）和 OCT 光學視網膜電圖（描繪視網膜感光細胞的光反應）。

除了進行研究外，他還負責看診，並且是兒童視力篩檢數位平台 GoCheck Kids 的共同創辦人。

黃大衛將他的創新天賦歸功於他處於多元領域交匯點的位置。「對於純粹的醫生或純粹的雷射工程師來說，很難意識到有機會發明一種能解決臨床實際問題的新設備，」他說。「但當你同時具備兩方面的知識時，這就變得非常容易。」