中科大校友一次意外事故，造就了让3000万人摘掉眼镜的手术

衡宇 发自 凹非寺
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密歇根大学一次意外的实验室事故，导致中国博士生视网膜中心烧伤（嘶，好痛）。
但也就是这么一次意外，后来造福了3000多万近视患者——
飞秒激光LASIK手术就此萌芽。
今年的金鹅奖，就颁给了该实验室的五人组，以表彰他们在近视手术领域所做出的突出贡献。
（金鹅奖，美国科学组织联盟颁发，获奖的都是令人惊呼“鹅妹子嘤”的研究课题。）


△杜德涛（左上角）与穆鲁、斯特里克兰、库尔茨、尤哈斯
5人名单中第三位，也是飞秒LASIK核心专利的第二发明人，正是开头说的这位有点“倒霉”的博士生，中国科学技术大学校友杜德涛。
那么，当年的那场意外，究竟为杜德涛和飞秒手术带来了什么？
博士生眼球意外成测试样本
此前，杜德涛在飞秒LASIK上的贡献鲜为人知。一切要从1993年说起。
那个时候，杜德涛正处于从理论物理领域转向实验光学领域的转型期，他加入了法国物理学家穆鲁的密歇根大学超快光学科学中心（CUOS），从事啁啾脉冲放大（chirped pulse amplification，CPA）新技术的开发。
CPA的特点是可以产生短而强的激光脉冲，在不附带损害周围材料的前提下，汽化精确的点。
这个技术让穆鲁和同伴斯特里克兰获得了2018年诺贝尔物理学奖，当然这是后话。


△2018年诺贝尔物理学奖得主
意外发生的始末是这样的：在某个做实验的日子，杜德涛在实验室对准飞秒激光反射镜时，不小心摘掉了护目镜。
几乎就是瞬间，他暴露在实验室最强大的可控激光能量中。
据他回忆，他看到了一束散乱射出的光束（而不是激光主光束），又看到一记闪光。
今天，杜德涛已经可以打趣这件往事：
我在实验室研究激光造成的光学材料损伤，不知怎么的，我的眼球就成了生物测试样本。

但在当时，并不近视的杜德涛心里只有一个念头，那就是火速找医生，确保眼睛没有受到潜在的伤害。
在密歇根大学的凯洛格眼科中心，住院医师库尔茨为杜德涛进行了伤势评估。库尔茨发现，激光在杜德涛的视网膜中心留下了堪称精确的激光烧伤，伤处特别圆，也特别小。
这个情况，用当时临床使用的其他激光都难以达到。以至于库尔茨当场发出了这样的感慨：


△图源金鹅奖官网视频
诊断过后，库尔茨和穆鲁团队碰面，一方面是为了加强实验室激光安全，另一方面则是探讨CUOS研发的激光有没有临床应用价值。
之前，激光技术的应用价值还不太被各界认可。2012年金鹅奖得主查尔斯 · H · 汤斯建造第一台微波放大器，向世界介绍激光技术原理时，怀疑者还大声批判着“这项技术没什么价值”。
这一边，穆鲁这位未来的诺奖获得者，差点因这次事故关闭了实验室。
万幸光束能量不强，杜德涛的视网膜灼伤很快就恢复了，实验室才逃脱关门噩梦。
杜德涛曾说，这种实验室意外并非好的研究榜样，“要是我有选择的话，我肯定不当小白鼠，因为风险是不确定的。”
但这次必然里的偶然，让杜德涛和研究伙伴歪打误撞，探究出了视力矫正的新方法。
3年狂赚8400万美元
杜德涛视网膜中心完美的圆形伤口让库尔茨心动不已，他主动请缨，加入了穆鲁实验室。
此后，他和杜德涛联手，试图确认这种彼时用来精确加工石英玻璃等透明材料的飞秒激光，在生物材料中究竟有何表现。
通过在动物角膜中验证，他们发现飞秒激光在生物材料上准确性极高，能在极短时间内聚焦于角膜组织的极狭小空间，最终实现精密度优秀的组织切割。
事故一年后，1994年的一次光学会议上，库尔茨和杜德涛讲述了他们的观察和发现，即“使用飞秒激光脉冲对（人体）组织和其它材料造成的损伤阈值”。
他们在会上遇到了尤哈斯，这位研究员也在研究飞秒激光在眼科领域应用。
会后没多久，尤哈斯就接到了前导师穆鲁的电话，邀请他去密歇根大学参与飞秒激光眼科手术的应用研发。


△穆鲁在实验室
至此，2022年金鹅奖的5名获奖成员悉数亮相。
密歇根大学很快意识到这个研究的潜力和前景。作为校方，密歇根大学提供了大学研究基金，协助推动和扩大研究。
另外，这项研究还通过美国小企业创新研究计划（SBIR），得到了来自美国国家科学基金会（NSF）和美国国立卫生研究院（NIH）的资助。
在库尔茨、尤哈斯和CUOS实验室的共同努力下，一种不伤害周边组织的视力矫正手术新方法问世。
虽然再后来的故事和杜德涛渐行渐远了，但它带来的医学价值，惠及了许多中国近视患者。
1997年，库尔茨和尤哈斯创立了IntraLase，一家将无刃LASIK技术商业化应用在视力矫正手术的公司。


△IntraLase机器
IntraLase的手术方案，是通过飞秒激光，而非传统的切开角膜手术，来重塑患者视力。由于其精确度，这种无刃方法比之前的手术办法并发症风险更小。
经过4年的临床研究，2001年，获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，公司推出了全球第一款商用飞秒激光设备。
3年后，IntraLase上市，狂赚8400万美元。
当然，由于个体差异，就算术前检查合格，飞秒激光手术也可能会带来眩光、干眼等术后后遗症。
不过，自飞秒激光治疗近视商用以来，迄今已经有超3000万人因此受益，手术数量每年增加200万到300万，已经成为世界上最常规的手术之一。


△图源金鹅奖官网视频
值得一提的是，CUOS并未停下研究的脚步，他们仍在探索飞秒激光的其他潜在应用。
2008年，库尔茨和尤哈斯再次合作，开发飞秒激光白内障手术，现已有15%的临床应用率。
现在，尤哈斯的公司正在探寻新办法，以通过飞秒激光更有效地治疗青光眼。
参考链接：
[1]https://www.goldengooseaward.org/01awardees/lasik
[2]https://www.youtube.com/watch?v=Bw8z74A-PVE&t=8s
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/6CoezyauQTVUuF1RNTAPQg
[4]https://www.goldengooseaward.org/awardees