国外激光治疗近视的多么

近视率高达90%？研究人员开发无创激光视力矫正法

■本报记者李晨阳

近视眼或许是世界上最有群众基础的“绝症”。在一些东亚国家，近视眼患病率已经达到70%~90%。但人类只能矫正视力，无法根治近视。好在医学科学工作者们从未放弃“鸟枪换炮”的努力。

日前，哥伦比亚大学SiiVki团队开发出一种非侵入性的无创激光视力矫正法，发表在《自然—光子学》上。《中国科学报》记者采访到主要研究人员和数位第三方专家，共同探讨这一技术的意义与前景。

隔空发力，无创矫正

最早的激光治疗近视眼手术于1987年应用于临床。30多年来，这一技术至少经历了6个发展阶段。目前最先进的全飞秒激光微创手术，已经将切口缩小到了2~4毫米。

而Vki团队的目标在于实现真正的无创视力矫正。与前辈一样，他们选择了飞秒激光这种神奇的工具，但具体做法却显著不同。

研究人员用飞秒振荡器产生极高频率的脉冲式激光。它可以诱导角膜内水分子的电离，产生活性氧物质并与周围的胶原蛋白相互作用，形成交联，从而改变角膜结构，以达到矫正视力的效果。

“所谓交联，就是增加角膜胶原纤之间的化学连接，可以起到加固角膜的作用。”北京协和医院眼科专家赵家良解释道。

实验证明角膜的这种变化是光化学性质的，胶原纤维并没有遭受热变性。研究人员还提供了各种证据，证明这种方法没有对活体实验动物的眼睛造成任何伤害。

如果说传统近视眼手术就像“真刀实枪”，切开角膜瓣，磨削部分角膜组织；这种新技术更像“六脉神剑”，催动“内力”，隔空“发功”，改变患处的角膜结构。

“用这种办法，可以针对患者患处，实施不同程度的治疗。”论文第一作者、华人科学家王超说，“也就是说可以实现个性化的治疗。”

论文中特别提到，这种方法不光能用在眼睛上，在其他富含胶原蛋白的生物组织上都有应用潜力。

重大进步，值得关注

“传统的激光手术，或多或少都有隐患。”淮南市寿阳近视斜弱视防控研究所所长金鑫告诉《中国科学报》记者。

目前常用的准分子激光、飞秒激光技术都需要做角膜瓣，就连最先进的全飞秒激光技术也会产生切口。如果患者原本有眼干症状，术后因角膜相关神经被切断，症状就会加重。还有极少数人术后角膜生物力学发生改变，可能诱发圆锥角膜，导致视力下降甚至失明；术后感染更是医生最担心的问题。

金鑫说：“新技术单从‘无创’这点，就避免了上述风险，目前来看的确是一个很好的矫正方式。”

“这是一个值得欢迎、关注的进步。”赵家良表示，“我们之前做的交联手术，是用维生素B2加紫外光照射实现的，这种方法不适合准确锁定治疗部位。而这种激光方法，恰恰能在角膜的不同位置进行交联，能解决我们不少问题。”

“我很高兴看到，这项成果的主要作者是一位年轻的中国科学家。”赵家良说。

长路漫漫，前途未卜

欣喜之余，大家也清醒地认识到，这项成果目前还处于动物实验阶段，要真正用于患者，还有很长的路要走。基础研究上是一大步，在应用领域才刚刚迈出了一小步。

王超向记者证实，该技术预计今年底、明年初在全球展开临床试验，具体时间则取决于美国食品药品监督管理局的审核进度。据悉，包括他本人在内的研究者也在积极联系中国单位一起合作，期待早日用于广大国内患者。

有专家根据论文指出，这项技术只能矫正345度以下的近视，对远视的矫正度数还要更小。王超对此的解释是：“目前来看该技术不存在具体限制，动物实验表明在保守参数治疗下，至少可以实现500度的治疗，调整参数有望治疗1000度以上近视。”

至于治疗效果能否持久，王超说：“目前8个月活体动物实验显示，屈光度改变比较稳定。”

赵家良指出，要达到临床应用的水平，研究人员应当在屈光度变量的控制、交联范围的确定等方面开展进一步的探索。

“当前世界上致力于近视治疗变革的科研团队很多，前有声称10秒恢复视力的加拿大仿生镜片，后有宣扬一滴看清世界的以色列纳米眼药水。包括这项无创激光矫正术在内，每个技术都可能在上市前就被更好的方法取代。”金鑫说，“这项技术仍然前途未卜。但对普通患者来说，不管最后是谁胜出，都是一件大好事。”

《中国科学报》(2018-07-03第4版综合)

造价47亿的哈勃望远镜天生“近视眼”？且看美国科学家怎么做

天文学家很讨厌“一闪一闪亮晶晶”你还记得那首很有名的儿歌吗？“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星，挂在天空放光明，它是我们的小眼睛......”。很好听是吧？这首歌其实是英国儿歌《Twik,wik,i》翻译过来的，已经有200多年历史了。它告诉孩子们，天上的星星是会闪烁的，就像调皮的孩子眨眼睛一样。

群星闪烁的模拟动画

星星本身不会眨眼睛，它之所以看起来一闪一闪，是因为大气湍流的缘故。天空中的空气密度不均匀，它在流动时会导致星光发生不规律的折射和散射，这给天文观测带来不小的麻烦。

为了解决大气湍流造成的问题，科学家们想了许多办法，一是建造更大的光学望远镜；二是配合激光监测大气湍流，再通过改进计算方法来进行图像补偿，进而获得更高的分辨率；再就是把望远镜放到更高、更干燥的地方。但这些办法都不能从根本上消除空气对天文观测的影响。

用激光束监测大气湍流

1946年，天文学家莱曼·斯皮策写了一篇论文《外星天文台的天文优势》，提出把望远镜发射到太空中去，这样至少有两个好处：一、没有大气的散射，可以用更小的望远镜获得更清晰的图像；二、在太空可以观测紫外线和红外线，这些光大部分会被大气层吸收，地面设备无法接收到。

哈勃望远镜在距离地面538公里的高度运行

经过科学家们几十年的努力争取，由欧洲航天局和美国NASA牵头，加上几十所大学的科研团队共同参与，在耗费47亿美元（FAST才6.67亿RMB）之后，哈勃太空望远镜于1990年4月24日由发现号航天飞机携带升空，在距离地面约538公里的近圆轨道上运行。到现在它总共花了100亿美元。

转眼间，哈勃望远镜已经升空30周年了。

哈勃30周岁生日

哈勃明亮深邃的大“眼睛”按照设计，哈勃太空望远镜有一颗直径达2.4米的硕大“眼睛”。这个主镜片对于地面的天文台来说尽管不算大，但它在大气层外的理论角分辨率将达到0.05弧秒，这至少是地面最大光学望远镜的十倍以上，当时地面最好的望远镜的角分辨率只有0.5~1.0弧秒。

通常，我们想看清楚遥远的物体需要满足三个条件：你眼睛要足够大；视力正常，不能近视；空气要好，有雾霾不行。

眼睛更大，进入眼球的光更多，视网膜对光线细节的收集能力就越强。对于望远镜来说，它的物镜直径越大，聚光能力就越强，望远镜收集光的能力与物镜的面积成正比，也就是与直径的平方成正比。在资金和技术都满足的前提下，天文学家们都倾向于打造更大口径的望远镜，就是这个道理。哈勃望远镜最开始的计划是制造一块直径3米的主反射镜，后来算算钱不够，最后决定把直径定为2.4米。

技术人员在检查哈勃主镜

单单眼睛大不行，人说“大眼无光”，你近视眼就什么都看不清楚。眼科医生管近视眼叫“屈光不正”，也就是说你要么是晶状体弯曲的角度不对，要么是眼球变形导致光线不能聚焦在视网膜上，所以你看远处物体都是模糊的，需要戴眼镜来矫正。很遗憾，哈勃望远镜也是这情况。

哈勃通过双反射镜聚集光线

哈勃为什么近视？哈勃望远镜是通过光反射来将遥远的星光汇聚于一点的。它有两面反射镜，其中主镜直径2.4米，它的中间有一个圆孔；主镜将光线反射到前方的副镜上，再经过二次反射，使光线穿过圆孔，聚焦到主镜后面的接收设备上。

哈勃望远镜的两个镜面都是双曲面的反射镜，其加工工艺非常复杂，精度要求极高。理论上，主反射镜的精度应该被控制在10纳米之内，也就是红光波长的1/65。一般情况下，位于地面的光学望远镜镜面抛光的精度要求是可见光波长的1/10，由于哈勃望远镜需要具备在太空观测宇宙中紫外波段光线的能力，因此它的精度也应该比地面上的望远镜高得多。

哈勃可探测的光谱范围很宽

镜片从1979年开始制造，康宁公司提供了玻璃毛坯，珀金埃尔默（Pki-E）公司专门定制了一套计算机控制的抛光设备用于打磨镜面。与此同时，柯达公司也参与竞标做同样的工作，NASA要求两家公司互相检查对方的质量（结果证明这样做是失败的）。珀金埃尔默公司干了三年，于1981年底完成了主镜面的打磨。

由计算机控制的打磨机正在打磨主镜

但是，但是！珀金埃尔默公司的技术人员犯了一个极低级的错误，他们在安装将其中一个光学检测透镜时忘记揭掉支架两端的塑料保护膜，使检测设备实际垫高了1.3毫米，这导致镜片在打磨的过程中计算数据偏差，结果这个凹面镜的外侧比设计要求的参数磨平了2200纳米（相当于人头发丝直径的1/50）！大家知道哈勃的主镜片的精度要求只有10纳米，相比之下它这2200纳米差得也太多了，但是如此“巨大”的误差两家公司都没检查出来，更要命的是NASA在装配之前也没做检查，哈勃失去了在地面纠正错误的机会。

柯达加工的主镜没有镀膜，它是透明的，后面是网格状支架

我们在前节说了，人近视的其中一个原因就是“曲光不正”，晶状体不能将光线正确聚焦到视网膜上，你看东西就是模糊的。哈勃的主镜打磨得十分光滑，但它的形状错了，于是导致光线在二次反射之后不能正确聚焦，其焦点在轴线上分布的范围达到38毫米。

哈勃主镜打磨错误导致焦点模糊

当哈勃发射升空，开始向地面传送照片时，科学家们才发现，这台大家寄予厚望的太空望远镜是个“近视眼”，它能达到的最优角分辨率半径大于1个弧秒。尽管角分辨率与地面上的光学望远镜差不多，但对于花了近50亿美元得到的这样结果，科学家们显然不会满意。

哈勃“近视手术”前后拍摄同一星系的图像对比

拯救哈勃哈勃望远镜在设计之初就确定了“模块化”的方针，它的绝大部分的构件都是可更换的，一方面可以很方便地在轨维修，同时还能根据任务的需要和未来技术发展安装新的部件——除了外壳。

但搞笑的是，望远镜的这个出问题的组件恰恰是哈勃无法更换的那个部分。为了保证光线的精准传输，哈勃的两个最重要的反射镜被牢牢固定在它的主体结构上，要想替换掉它，你需要用航天飞机将其带回地面，修理完成后再重新发射上天，这样一来成本会很高。

为了让哈勃继续发挥作用，科学家们需要为它专门打造一套“近视眼镜”。这并不简单。

近视的矫正很简单

我们矫正近视可以戴眼镜，镜片将光线射入眼睛之前就预先调整一个角度，当光线再经过晶状体，就能准确地在视网膜上聚焦。

这在哈勃望远镜上并不容易实现，因为哈勃望远镜是用来分析遥远星光以及它们的光谱。科学家们不仅要求得到清晰的图像，还要求不能出现像差和色差，由于光线校准带来的任何畸变对于科学研究来说都将是灾难。

不同波长的光线折射率不同

比如说当一束白光通过三棱镜后，由于不同颜色的光其波长和频率不同，它的折射率会存在差异，因此其聚焦的焦点也会有区别，如果单纯地用一片透镜来进行图像矫正，就会出现不同颜色的光聚焦的点不一样，从而造成色差，这对于以光的波长来判断天体成分的天文学研究来说是不允许的。

透镜会造成图像色差

为了既纠正像差又保持色彩的准确，科学家们需要设计一组复杂的反射镜和透镜，并且将其安装到哈勃望远镜的最核心部分，也就是在图像到达OTA传感器之前就拦截光线，在进行修正之后再传输到正确的焦面上。其原理如下图所示：

哈勃“近视矫正”原理简图

整个这一套矫正设备设计得十分复杂，它被称为“空间望远镜光轴补偿校正光学系统”，简称COSTAR。

COSTAR上的一组光学镜片

COSTAR有一台冰柜那么大，因此需要牺牲掉哈勃望远镜上的一台设备以腾出位置来安装它，最后科学家们决定去掉哈勃望远镜设备舱里的高速光度计（HSP）。高速光度计原本是用来测量那些快速变化天体的亮度和极性的，但为了安装COSTAR，它舍弃掉了。

宇航员将COSTAR从航天飞机安装到哈勃望远镜上

在1993年12月使用COSTAR对光线进行矫正之后，科学家们获得了比较满意的图像。但由于整个矫正的过程光线经过多轮反射与折射，它的亮度大打折扣，因此远没有达到哈勃望远镜最初设计的要求。

在其后的几次维修中，NASA逐步替换了哈勃望远镜里所有的设备，并且在新的设备上直接内置了新的光学矫正系统，使它的成像效果得到进一步提高。直到2009年进行第五次（也是最后一次）维修任务时，COSTAR模块被取出，取而代之的是宇宙起源频谱仪（COS）。完成使命的COSTAR被航天飞机带回地面，在美国国家航空航天博物馆展出。

拆卸下来展出的COSTAR

写在最后：哈勃望远镜作为世界上少数最伟大的天文观测设备之一，它极大地拓展了人类探索宇宙的视野，它拍摄的照片不仅具有极高的科学研究价值，也极大地激发了许多人对太空、对科学的兴趣。

仙后座星云，哈勃拍摄

在哈勃望远镜升空30周年之际，我们将这件事拿出来进行剖析，并没有“揭短”的意思。而是以此提醒我们，科学来不得半点马虎，任何一点小的差错（比如忘记揭掉塑料膜）都将造成数以十亿计的金钱损失和更加宝贵的时间浪费。

哈勃在轨维护

与此同时，哈勃的模块化结构设计也为拯救这台昂贵的天文望远镜提供了可能。相信未来与中国空间站共轨运行的太空望远镜也会以哈勃为借鉴，以更优化的设计和更严谨的制造支持我们科学探索目标。

疑因不堪激光近视手术后遗症 美国著名天气主播自杀身亡

据美国中文网报道，当地时间13日早上，美国福克斯在密歇根州当地电视台“Fx2”台宣布，其35岁的天气主播斯塔尔自杀身亡。离世之前，斯塔尔饱受眼睛激光近视矫正手术后遗症的痛苦。

11月，斯塔尔曾经在社交媒体上对她的粉丝说，在她接受眼部镭射激光手术之后，视力一直无法恢复正常，并且也常常为此感到困扰。斯塔尔自2011年开始在“WJBKFx2”工作，12月13日早上，她的同事在电视直播中悲痛地宣布了斯塔尔的去世的消息，“昨天晚上，我们得到了我们的朋友、同事和天气主播斯塔尔自杀的消息。我们所有人对此感到震惊，我们不相信这样一位优秀的人才已经无法和我们在一起。”

尽管有关斯塔尔自杀的更多信息还未被公布，但近期的激光手术明显在她生命的最后一个月内给她带来了不小的打击。斯塔尔10月接受了手术，并在休息了四周之后于11月重返岗位。11月13日，就在她返回工作的那一天，斯塔尔上传了一段视频，她在视频里呼吁给她祈祷祝福，帮助她度过这个艰难的时刻。不过，据她同事说，斯塔尔工作之后觉得眼睛非常不舒服，并于第二天返回了家中。

她曾在一个月内接受两次眼部激光手术，而给她带来痛苦的是第二次手术。目前还不清楚斯塔尔在死前是否有服用任何药物来帮助她恢复。据悉，激光近视矫正手术是利用激光刀将近视患者的眼角膜切薄，由于角膜变薄、焦距变短，外部进来的光线就可精准对焦在视网膜上，从而达到矫正近视的目的。但该手术导致的后遗症风险和危害有多大仍未有定论，毕竟激光治疗近视手术用于临床不到三十年。

上个月，加拿大百万富翁，56岁的菲兹帕翠克(PFizik)同样是因为不堪激光近视手术所带来的痛苦而自杀。他在1996年接受了手术，在此后的20多年里，术后的伤痛一直困扰着他：长时间头痛、眼睛如遭针扎般疼痛，以及严重的干燥灼痛感。他在遗书中说，眼睛的痛苦是把他推向死亡的主要原因。

（编辑：斯雯）