柴永琦，關(guān)立南，高維奇

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科，哈爾濱 150000)

原發(fā)性閉角型青光眼(primary angle closure glaucoma，PACG)是我國青光眼的主要類型，以前房角關(guān)閉、眼壓升高和青光眼性視神經(jīng)病變?yōu)樘卣?，是亞洲不可逆性失明的主要原因[1-3]，與原發(fā)性開角型青光眼不同，狹窄的眼前段和前房角結(jié)構(gòu)是PACG的基本解剖學(xué)特征，前房角逐漸變窄、閉合的過程相當(dāng)復(fù)雜，涉及多種因素[4]。我國PACG房角閉合的機(jī)制主要有單純瞳孔阻滯型、高褶虹膜型以及多種機(jī)制共存型[5]。除上述發(fā)病機(jī)制外，臨床短軸眼是伴發(fā)PACG的高危因素[6]，特別是真性小眼球具有眼軸短、晶狀體和鞏膜較厚、前房角狹窄等解剖學(xué)特征[7]。上述引起PACG的不正常眼部形態(tài)可通過眼前段成像技術(shù)呈現(xiàn)，前房角的可視化是診斷PACG的關(guān)鍵。目前眼前段成像方式一般分為以下幾種。①光學(xué)輔助裝置：如前房角鏡；②超聲設(shè)備：超聲活體生物顯微鏡(ultrasonic biological microscope，UBM)是20世紀(jì)90年代后期開始應(yīng)用于眼科臨床的一種新型眼科超高頻超聲診斷設(shè)備，對眼前部結(jié)構(gòu)和病變的分辨能力強(qiáng)，可用于觀察活體的眼前節(jié)組織結(jié)構(gòu)的細(xì)微改變；③光學(xué)相干斷層掃描儀(optical coherence tomography，OCT)：如眼前段光學(xué)相干斷層掃描儀(anterior segment optical coherence tomography，AS-OCT)采用低相干干涉法原理獲得眼前段的斷層圖像；④眼前節(jié)照相分析系統(tǒng)：如Pentacam(三維眼前節(jié)分析診斷系統(tǒng))和RetCam(眼科廣域數(shù)字成像系統(tǒng))；⑤光聲成像設(shè)備：一種新型非入侵式成像模式[8]；⑥人工智能輔助技術(shù)：應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)識(shí)別圖像，進(jìn)行臨床診斷的智能輔助系統(tǒng)?，F(xiàn)對PACG前房角影像學(xué)研究進(jìn)展予以綜述。

1 光學(xué)輔助裝置

1914年，Salzmann設(shè)計(jì)了光學(xué)輔助裝置——房角鏡，成功觀察到房角結(jié)構(gòu)，目前房角鏡仍廣泛用于臨床。房角鏡有直接房角鏡(如Koeppe型、Troncoso型)和間接房角鏡(Glodmann、Volk、Zeiss、Posner、Sussman型等)兩種類型。直接房角鏡常在手術(shù)中應(yīng)用[9]，患者取仰臥位，將黏彈性物質(zhì)(如玻璃酸鈉)填充于角膜與房角鏡之間，借助手術(shù)顯微鏡觀察前房角形態(tài)。間接房角鏡有單面反射鏡、雙面反射鏡及四面反射鏡等，可借助裂隙燈顯微鏡照明放大房角結(jié)構(gòu)，使房角結(jié)構(gòu)清晰可見，臨床應(yīng)用廣泛[10]。間接房角鏡對房角結(jié)構(gòu)的觀察各具特點(diǎn)，其中Glodmann型房角鏡角膜接觸區(qū)域直徑為12 mm，適于觀察靜態(tài)周邊前房及房角結(jié)構(gòu)，而Volk、Zeiss、Posner、Sussman型房角鏡，角膜接觸區(qū)域均小于角膜直徑，更適于使用壓陷技術(shù)觀察動(dòng)態(tài)房角結(jié)構(gòu)。房角鏡檢查至今仍然是診斷房角狹窄的臨床金標(biāo)準(zhǔn)[11]，能提供真實(shí)的色澤信息，可在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下直接觀察房角形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化、房角粘連程度、色素沉積程度以及Schlemm管內(nèi)充血情況、虹膜病變等，并可為房角相關(guān)手術(shù)提供可視化操作。房角鏡也有許多局限性，它屬于接觸性檢查，存在角膜病變(如角膜白斑或術(shù)后)的患者，不適合使用房角鏡檢查，其高度依賴臨床醫(yī)師的技術(shù)和主觀判斷，且無法觀測到虹膜后和睫狀體的情況。Quigley等[12]研究證實(shí)，大部分臨床眼科醫(yī)師在常規(guī)檢查中以及青光眼患者的檢查中都沒有進(jìn)行房角鏡檢查。由此可見，目前房角鏡檢查并不適用于全部PACG患者。

近年術(shù)中房角鏡(如TVG手術(shù)房角鏡)的應(yīng)用逐步完善。1993年，Joos等[13]首次利用術(shù)中房角鏡探針成功對豬眼進(jìn)行前房角切開，認(rèn)為將房角鏡用于青光眼的診療，可以提高青光眼的診斷率和手術(shù)成功率，表明在術(shù)中房角鏡直視下進(jìn)行前房角手術(shù)可精準(zhǔn)地作用于手術(shù)部位，減少房角結(jié)構(gòu)損傷，使手術(shù)更直觀，操作更具目的性。未來房角鏡將向更便利、更清晰的方向發(fā)展，特別是術(shù)中房角鏡的廣泛應(yīng)用，將使光學(xué)輔助裝置煥發(fā)出新的動(dòng)力。

2 超聲設(shè)備

UBM由Pavlin和Foster于1989年發(fā)明的一種眼科檢測儀器[14]。1994年，我國首次引進(jìn)UBM設(shè)備[15]。與傳統(tǒng)B超掃描不同，UBM使用35～100 MHz的高頻超聲掃描傳感器，圖像分辨率可達(dá)到50～100 μm，掃描頻率越高，分辨率越高，但是掃描深度隨之降低，常規(guī)UBM使用35～50 MHz的掃描頻率，已達(dá)到分辨率和掃描深度的平衡。與房角鏡不同，UBM可高清顯示前房角閉合的程度，可顯示角膜水腫或混濁無法進(jìn)行房角鏡檢查時(shí)的房角形態(tài)。研究者認(rèn)為，鞏膜突是衡量房角異常的標(biāo)志性解剖位置，鞏膜突可在鞏膜不透光陰影與角膜相對透光陰影合并的區(qū)域被識(shí)別。根據(jù)鞏膜突可得到房角的其他測量參數(shù)，這些參數(shù)都與房角狹窄程度獨(dú)立相關(guān)[16]。Pavlin等[17]發(fā)現(xiàn)，UBM可檢測出高褶虹膜眼的睫狀體前位，表明虹膜后方的結(jié)構(gòu)也可以用UBM進(jìn)行成像和評估，這對于闡明高褶虹膜、睫狀體滲出綜合征、晶狀體半脫位、睫狀體囊腫或腫瘤等引起的房角閉合有重要意義[18]。由此可見，UBM能幫助評估房角閉合的潛在機(jī)制，對于確定適合PACG的治療方式有重要作用。但是UBM檢查仍有局限，檢查時(shí)需要使用眼球表面麻醉藥，將眼杯置于角膜上，并將超聲探頭放置于眼杯內(nèi)進(jìn)行掃描檢測；且測量前需要手動(dòng)識(shí)別鞏膜突，有些程序是半自動(dòng)的，圖像采集時(shí)間取決于患者的配合程度和檢查者的經(jīng)驗(yàn)。因此，UBM檢查需要由技術(shù)熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員進(jìn)行，以減少技術(shù)因素導(dǎo)致的結(jié)果誤差。

常規(guī)UBM僅可獲得二維圖像。Wu等[19]發(fā)明了一種3D UBM系統(tǒng)，通過旋轉(zhuǎn)采集二維圖像(數(shù)百張)并結(jié)合適當(dāng)?shù)膱D像處理技術(shù)構(gòu)建高分辨率的前房三維圖像。其中應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前房圖像識(shí)別，并通過自動(dòng)化方法尋找Schwalbe線來確定鞏膜突的位置，進(jìn)而得到虹膜小梁角，結(jié)果顯示，自動(dòng)測量和人工讀取的虹膜小梁角的角度數(shù)值比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且3D UBM系統(tǒng)較常規(guī)UBM更省時(shí)。但目前3D UBM系統(tǒng)還不成熟，其三維圖像重構(gòu)對齊技術(shù)、前房自動(dòng)識(shí)別以及TIA的測量方法仍需改善。此外，如果UBM技術(shù)能夠通過非接觸手段實(shí)現(xiàn)組織超高清分辨率，將會(huì)在眼科臨床中應(yīng)用更加廣泛。

3 OCT

AS-OCT是一種非接觸式的快速眼前段成像設(shè)備，其工作原理是使用低相干干涉法獲得眼前段的斷層圖像，1994年，Lzatt等[20]首次將OCT技術(shù)應(yīng)用于眼前節(jié)，并成功測得了角膜厚度、前房深度等。多年來，隨著技術(shù)的革新、功能的完善，AS-OCT由時(shí)域OCT(time-domain OCT，TD-OCT)發(fā)展到基于傅立葉域的頻域OCT(spectral-domain OCT，SD-OCT)和掃頻光源OCT(swept-source OCT，SS-OCT)。AS-OCT的成像速度快、分辨率高、信噪比好，可產(chǎn)生從20 kHz(840 nm光源)到400 kHz(1 310 nm光源)的A掃描速率，能夠?qū)Ψ拷请[窩進(jìn)行精確定量和定性分析，并對眼前節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維成像[21]。現(xiàn)對不同類型AS-OCT的原理、應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行介紹。

3.1TD-OCT TD-OCT采用1 310 nm波長的光源，通過調(diào)節(jié)參考光反射鏡的位置來改變探測深度。TD-OCT屬于機(jī)械式掃描，速度較慢(2 000 A-Scan/s)。Visante OCT和裂隙燈OCT是TD-OCT最常見的兩種類型，分辨率為10～20 μm[16]。TD-OCT能對虹膜角進(jìn)行可視化檢查，能定量測量PACG的關(guān)鍵生物參數(shù)，且操作方便、簡單。據(jù)報(bào)道，由中山大學(xué)中山眼科中心基于Visante OCT研發(fā)的房角評估軟件[22-23]能夠在手動(dòng)確定鞏膜突后，自動(dòng)輸出房角、虹膜和睫狀體相關(guān)參數(shù)。Leung等[24]發(fā)現(xiàn)，雖然Visante OCT和裂隙燈OCT具有極好的觀察者間再現(xiàn)性，但它們之間的一致性較差。TD-OCT只有一個(gè)橫斷面圖像，成像速度慢、分辨率較低，可能漏診局部周邊虹膜粘連或房角關(guān)閉。由于TD-OCT的局限性，隨后研發(fā)出了SD-OCT，但未能解決上述全部問題。

3.2SD-OCT 與TD-OCT不同，SD-OCT(Cirrus HD-OCT、Ivue/RTVue、Spectralis OCT等)使用近840 nm波長的近紅外光，參考光的反射鏡距離不變，較TD-OCT具有更高的分辨率和掃描速度[25-26]。更高分辨率的SD-OCT對角膜和房角以及小梁網(wǎng)、鞏膜突和Schwalbe線等眼部亞結(jié)構(gòu)的可視化檢測能力更高。Cheung等[27]使用改良SD-OCT可識(shí)別95%掃描中Schwalbe線以及85%掃描中的鞏膜突。臨床上，SD-OCT一般主要用于視網(wǎng)膜成像，同時(shí)也支持多種模式，使用一個(gè)前段透鏡接合器能夠?qū)崿F(xiàn)對眼前段和房角結(jié)構(gòu)的成像；但測量眼前節(jié)時(shí)，SD-OCT的穿透深度和掃描寬度下降，不能清晰顯示虹膜后界，測量的參數(shù)有限，限制了其在眼前節(jié)的臨床應(yīng)用，而在眼后段的應(yīng)用更廣泛[28]。綜上，SD-OCT的波長較TD-OCT短，縱向及橫向掃描范圍均不及TD-OCT，但其對房角細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示較TD-OCT更清晰。

3.3SS-OCT 2008年首個(gè)SS-OCT實(shí)現(xiàn)商業(yè)化[29]，其在1 310 nm波長的掃描激光源下工作，較840 nm波長光源的組織穿透性顯著提高。此外，SS-OCT可顯示眼前節(jié)細(xì)微結(jié)構(gòu)的高清圖像，如Schlemm管、小梁網(wǎng)、房水靜脈、鞏膜突等，并可進(jìn)行超廣角掃描，360°全方位測量房角結(jié)構(gòu)和形態(tài)。Porporato等[30]使用SS-OCT對新加坡一家社區(qū)綜合醫(yī)院2 027例50歲以上的老年人進(jìn)行掃描分析發(fā)現(xiàn)，SS-OCT診斷房角關(guān)閉的靈敏度和特異度分別為82.5%和78.5%，表明SS-OCT的圖像分辨率極高，能精確且可重復(fù)地測量周邊虹膜前粘連及房角閉合情況，是普通AS-OCT和房角鏡無法達(dá)到的。

近年來，基于掃頻光源的新一代SS-OCT已上市，其掃描速度由30 000 A-Scan/s提升到50 000 A-Scan/s，能對眼前節(jié)進(jìn)行超高清成像及三維重建，具有強(qiáng)大的自測功能，并可以在0.3 s內(nèi)自動(dòng)獲取眼前節(jié)16 mm(寬度)×13 mm(深度)范圍的立體圖像，包括角膜/晶狀體后表面以及部分玻璃體[31]；可以自動(dòng)分析圖像并獲取鞏膜突和房角隱窩位置，獲取房角開放距離、房角隱窩面積、小梁網(wǎng)虹膜空間面積、小梁虹膜角等參數(shù)，以及專有的虹膜小梁網(wǎng)接觸指數(shù)，對房角開閉情況進(jìn)行全自動(dòng)全周分析統(tǒng)計(jì)。此外，新一代SS-OCT還能測量前房、虹膜容積等參數(shù)，對鞏膜、上直肌進(jìn)行高清成像，并對濾過泡進(jìn)行三維成像和分析，計(jì)算濾過泡容積?？傊乱淮鶶S-OCT實(shí)現(xiàn)了更快、更精準(zhǔn)、更細(xì)微的前房角結(jié)構(gòu)測量，且達(dá)到了范圍更廣、更深的精準(zhǔn)定量測量，對PACG的早期發(fā)現(xiàn)和診斷有重要意義。

綜上所述，三種類型AS-OCT均操作簡單方便，能快速采集眼前段橫截面圖像，可重復(fù)性好、分辨率高，且非接觸方法消除了患者的不適以及對眼球的偶然壓迫[32]，能精確識(shí)別且量化與PACG相關(guān)的關(guān)鍵特征。Kara等[33]采用AS-OCT進(jìn)行量化分析顯示，真性小眼球患者的前房深度、房角開放距離、房角隱窩面積等前房參數(shù)均低于正常人群，表明AS-OCT對真性小眼球患者的PACG風(fēng)險(xiǎn)評估十分重要。隨著AS-OCT的快速發(fā)展，其未來可能取代UBM，但AS-OCT不能動(dòng)態(tài)觀測房角[34]，且對虹膜后方結(jié)構(gòu)的檢測能力有限，未來仍需要向更高分辨率、更深穿透力、更真實(shí)圖像三維再造、更智能化軟件分析的方向發(fā)展。

4 眼前節(jié)照相分析系統(tǒng)

4.1PentaCam PentaCam(三維眼前節(jié)分析診斷系統(tǒng))是近年發(fā)展起來并應(yīng)用于臨床的眼科成像設(shè)備，其成像原理是通過Scheimflug相機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描拍攝[35-36]，可在2 s內(nèi)收集和分析眼前節(jié)25 000～138 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得角膜到晶體后表面的光學(xué)截面，通過非接觸式設(shè)備提供完整的三維眼前節(jié)分析圖像，可用于測量角膜厚度、角膜直徑、曲率半徑、晶狀體位置、前房角、體積和深度。Pakravan等[37]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用PentaCam測量的前房體積、前房深度是預(yù)測急性閉角型青光眼的可靠參數(shù)。PentaCam具有非接觸、快速、易量化前房參數(shù)的優(yōu)勢，且重復(fù)性好，但不能詳細(xì)評估前房角，由于可見光無法深入組織，故不能直接可視化房角結(jié)構(gòu)。因此，臨床上PentaCam在角膜屈光檢測方面應(yīng)用較多，而房角形態(tài)結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用相對較少。

4.2RetCam RetCam(眼科廣域數(shù)字成像系統(tǒng))的成像原理是利用電腦圖像采集軟件[38]，配合多種鏡頭，其核心技術(shù)是用圓形均勻光場照明、環(huán)形光纖導(dǎo)入光路，可調(diào)焦距范圍大，具有微距成像功能，可實(shí)時(shí)采集并儲(chǔ)存眼底至眼前段全部圖像，臨床上主要用來采集嬰幼兒眼底圖像，當(dāng)配合130°廣角鏡頭時(shí)，可采集前房角的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)圖像[25]，通過四個(gè)象限來提供前房角的360°視圖，獲得直觀、彩色的房角圖像，與房角鏡觀察的圖像相似，提供更清晰、更高質(zhì)量和更高放大倍數(shù)的圖像，尤其對嬰幼兒青光眼的檢查有獨(dú)特優(yōu)勢[39]。由于嬰幼兒難以在裂隙燈下配合房角鏡檢查，RetCam提供了一種具有替代性、補(bǔ)充性的前房角鏡檢查方法。但是，Retcam不能對房角的信息進(jìn)行定量，并屬于接觸性檢查，較房角鏡檢查昂貴。

綜上所述，PentaCam和RetCam作為眼前節(jié)照相設(shè)備，都能通過照相顯示房角結(jié)構(gòu)，但其對于房角結(jié)構(gòu)參數(shù)測量的局限性決定了其在PACG的臨床應(yīng)用相對較少，若其房角結(jié)構(gòu)精細(xì)測量方面得到改善，其在PACG檢查的應(yīng)用將更加普及。

5 光聲成像系統(tǒng)

光聲成像是一種新型非入侵式成像模式，可用于眼前節(jié)成像，與UBM和AS-OCT不同，光聲成像的原理是脈沖激光照射組織并被組織吸收，吸收產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致組織周期性熱脹冷縮，進(jìn)而產(chǎn)生超聲信號，通過分析處理超聲信號得到組織的結(jié)構(gòu)和生理功能信息[30]。聲波對眼組織的穿透力明顯強(qiáng)于光波，因此，與OCT成像相比，光聲成像可顯示更深層的結(jié)構(gòu)[40]，光聲成像的分辨率很高，可以達(dá)到微米級別，并能對虹膜和睫狀體細(xì)微結(jié)構(gòu)的成像。光聲成像的優(yōu)勢在于可以得到組織的生理功能信息[41]，這是其他眼前節(jié)成像設(shè)備不具有的特點(diǎn)，因而在眼部分子生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。有報(bào)道顯示，眼前節(jié)組織的光聲成像特性有多方面的應(yīng)用，如對青光眼患者注射的干細(xì)胞進(jìn)行光聲成像追蹤，以再生小梁網(wǎng)[42-43]。目前光聲成像分子成像技術(shù)還處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，其相關(guān)技術(shù)還有待完善，作為解決眼前節(jié)分子成像需求的一種選擇，對未來青光眼分子治療的發(fā)展有重要意義。

6 人工智能輔助

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展[44]。人工智能主要通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)使自身具備完成某項(xiàng)較復(fù)雜任務(wù)的能力，如圖像識(shí)別、疾病診斷，機(jī)器學(xué)習(xí)過程通常利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，識(shí)別鞏膜突、計(jì)算房角閉合程度是診斷PACG的關(guān)鍵。Hao等[45]利用AS-OCT檢測房角閉合程度，并運(yùn)用基于深度學(xué)習(xí)的人工智能算法進(jìn)行圖像識(shí)別，包括定位前房角和識(shí)別前房角閉合程度，可自動(dòng)識(shí)別三類房角閉合程度，識(shí)別率識(shí)別結(jié)果的受試者工作特征曲線下面積為0.91。Fu等[46]組織了人工智能閉角型青光眼評估挑戰(zhàn)賽，對于給定樣本的測試結(jié)果顯示，性能最好的算法在鞏膜突定位項(xiàng)目中，平均誤差距離僅為10個(gè)像素(10 μm)，而在房角閉合分類任務(wù)中，最好算法的準(zhǔn)確率為100%，表明人工智能技術(shù)有助于可靠、快速地識(shí)別鞏膜突，并對閉角型青光眼進(jìn)行分類。當(dāng)人工智能算法趨于完善并接近于人工檢測時(shí)，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，人工智能的運(yùn)用在很大程度上能夠節(jié)約時(shí)間和人工成本，緩解醫(yī)療資源的緊張，并可改善醫(yī)療不發(fā)達(dá)地區(qū)患者的救治水平。由此可見，人工智能將在包括青光眼在內(nèi)的臨床診斷中發(fā)揮越來越大的作用，是房角影像學(xué)發(fā)展中不可或缺的部分。

7 小 結(jié)

PACG的影像學(xué)檢查手段眾多，其中房角鏡的優(yōu)勢是能動(dòng)態(tài)觀察到前房角結(jié)構(gòu)的真實(shí)結(jié)構(gòu)信息，UBM是一項(xiàng)接觸性檢查，能夠檢查虹膜后方結(jié)構(gòu)，應(yīng)用時(shí)受到患者眼部條件的限制。AS-OCT的分辨率較UBM更好，能更清晰地呈現(xiàn)前房角各細(xì)微結(jié)構(gòu)，且以非接觸方式實(shí)現(xiàn)三維成像，但檢測不到虹膜后方的情況。眼前節(jié)照相設(shè)備如PentaCam,RetCam也能檢測前房角結(jié)構(gòu)，但測量精度有限，與光聲成像相比，PACG在檢測眼睛內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢，為未來利用分子醫(yī)學(xué)干細(xì)胞治療青光眼提供了新的方向。近年來，人工智能輔助技術(shù)的開發(fā)，使前房角各參數(shù)能自動(dòng)、快速且精準(zhǔn)被識(shí)別，為眼前節(jié)成像檢測方面提供了新的發(fā)展方向。