推动智慧城市系列 中大工程学院研发数码全息扫描器 追踪神经细胞活动　揭疾病成因

香港中文大学（中大）工程学院机械与自动化工程学系副教授 陈世祈教授 及其团队，最近成功将三维全息影像技术引入雷射显微镜，研发出首台「数码全息双光子激发」（Digital Holography-based Two-Photon Excitation，简称DH-TPE）显微镜。它能够以超高速拍摄活体神经细胞的三维成像，以此纪录神经细胞之间的互动，对科学家研究青光眼等视觉神经疾病的成因尤有贡献。 

陈教授的研究团队正与中大医学院眼科及视觉科学学系 梁启信教授 的团队在香港眼科医院合作进行实验，透过扫描活体动物的视觉神经细胞，进一步了解神经系统退化的原因，以科技推动智慧城市医疗质素。

三维成像纪录细胞之间活动 助研究青光眼发病机制

科学家对神经细胞的结构和网络，以及细胞之间信号传递的模式一直所知不多。主要原因是传统显微镜不能解析活体组织中复杂的细胞网络，亦不能详细纪录神经细胞群对外界刺激的反应，窒碍相关医学研究。为打破限制，陈世祈教授及其团队花了近四年时间，开发出低成本的精密数码全息雷射扫描器，结合双光子激发技术，制作全新雷射显微镜。与最尖端的商用TPE显微镜相比，DH-TPE显微镜提供了一套独特、创新的成像功能，包括（1）随机存取成像（2）多平面成像（3）三维可编程成像平面（4）波前校正（5）同步高速成像及多点光学刺激。 

扫描器的核心元件「数码微镜阵列」，是一颗包含了数百万个微小反射镜的光控制装置，常用于一般投影机。其千变万化的微镜组合（即Binary Holograms二值全息图）可将显微镜发出的雷射同时聚焦在最多20个目标，并能以每秒逾2万2千的超高帧率，拍下细胞实时萤光成像和同步多点光学刺激，详细记录细胞之间的活动情况。此外，雷射可穿透活体组织近一毫米，例如扫瞄眼底等形状不规则的细胞，追踪和纪录细胞迁移，例如血液细胞进出淋巴结和视网膜等，以至流动过程中细胞之间的互动情况。 

陈教授的团队获得香港政府创新科技署资助，正与中大医学院眼科及视觉科学学系和香港眼科医院合作，将新技术应用在青光眼的研究中。其中一个方向是通过在活体内双光子影像，分析视网膜神经节细胞的代谢功能失常来研究青光眼发病机制。 

青光眼是全球导致不可逆转失明的主要原因。青光眼患者视网膜上的视觉神经细胞受损，导致视力下降和视野缩窄。视觉神经受损后，视网膜神经节细胞中一种名为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的辅助因子会减少，透过测量NADH的萤光强度，能够了解视网膜神经节细胞的代谢功能失常程度。 

DH-TPE显微镜的独特设计允许针对性的波前校正，通过非入侵性及无需标记的视网膜影像，分析视网膜神经节细胞代谢功能失常，有助研究青光眼和非青光眼性视觉神经病患者的神经保护，以及神经再生的治疗方法。 

DH-TPE显微镜适用于活体研究，研究员可长时间跟进同一实验动物的细胞活动，用以比较前后的变化，更准确地找出病因。研究团队成员张大鹏博士表示：「数码全息雷射扫描器可应用于各类型的病症研究，例如因大脑皮质神经细胞活动过度或异常引发的癫痫症，以及人体重要的免疫器官淋巴结的相关症状等，技术对发掘疾病成因有莫大的贡献。」 

对于数码全息扫描器的普及发展，张大鹏博士表示非常乐观，主要原因是半导体发展成熟，扫描器组件材料价格低廉；此外，扫描器体积轻薄如一张流动电话SIM卡，应用灵活，配合特制镜头，方便研究人员调节观察角度，相比传统显微镜的弹性较高、应用面更广，突破研究局限。

有关中大工程学院「推动智慧城市」系列

中大在人工智慧及深度学习方面的研究领先全球，曾先后在人脸识别和视觉识别的国际挑战赛中名列前茅；中大多媒体实验室被誉为「人工智慧研究先锋」，与美国加州大学柏克莱分校、麻省理工学院、史丹福大学及牛津大学等齐名，是亚洲唯一获此美誉的高等学府。工程学院下设的资讯工程学系、电子工程学系、系统工程与工程管理学系及计算机科学与工程学系多个研究团队，均致力开发人工智慧及深度学习在智慧生活、智慧出行和智慧环境等方面的应用，致力把香港构建为一个世界级的智慧城市。未来，中大将推出更多利用人工智慧改善人类生活质素的创新项目，并陆续于「推动智慧城市」系列中与公众分享。

有关香港中文大学

香港中文大学 (中大) 成立于1963年，为一所享誉国际的研究型综合大学。中大位处于亚洲的中心地带，一直秉持「结合传统与现代，融会中国与西方」之使命。中大合共有九所书院，它们与大学相辅相成，提供以学生为本的全人教育和关顾辅导，加强师生间的交流和互动。大学设有文学院、工商管理学院、教育学院、工程学院、法律学院、医学院、理学院及社会科学院，连同研究院，共开设超过300个本科及研究生课程。中大各学院积极参与广泛的研究领域，设有多个研究所及研究中心，于优质的跨学科研究中各有专精。 

中大在今年的「路透社：亚太区最具创新力大学」（Reuters: Asia Pacific region’s most innovative universities）排名中，再次在香港区位列榜首，整体排名第22位。中大一直致力推动创新科技，目前在全球各地有超过800个获授权的专利项目，部份已经与业界达成合作协议，把创新科技引入市场。单在2016-17年度，中大已申请了223个专利，以及有132项专利获审批授权，涉及医疗科技、生物科技、信息科技、电讯及材料科学等领域。