劉文芳，王 浩，宋 鵬，龐辰久

0 引言

目前臨床上常用的眼前節(jié)生物成像測(cè)量技術(shù)主要有三種，即Scheimpflug相機(jī)成像技術(shù)[1]、光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)技術(shù)[2]和超聲成像技術(shù)。眼科常用于測(cè)量前節(jié)的超聲包括A超、B超和超聲生物顯微鏡(ultrasound biomicroscope，UBM)[3]。UBM不僅可以對(duì)眼前房進(jìn)行測(cè)量，還可以對(duì)眼后房進(jìn)行觀察，在臨床上應(yīng)用廣泛。但UBM檢查為侵入式，需要表面麻醉，放置浴杯，表面麻醉藥物可能對(duì)角膜造成影響，檢查過(guò)程中超聲探頭可能壓迫眼球或探頭沒(méi)有垂直于角膜均可能對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響。ArcScan Insight 100超高頻(very high-frequency，VHF)數(shù)字超聲掃描儀是美國(guó)ArcScan公司基于超聲原理設(shè)計(jì)的一款新型非接觸式超高頻超聲生物顯微鏡，基本原理與UBM相同，但其不需眼表面麻醉、不直接接觸角膜、坐位檢查，超聲探頭沿角膜表面曲線運(yùn)動(dòng)，近似于眼球表面弧度進(jìn)行弧形掃描，掃描深度7.6mm，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)子午線獲取數(shù)據(jù)，生成特定子午線上的眼部影像圖。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀能執(zhí)行角膜成像、眼前節(jié)成像和晶狀體囊成像三種不同類(lèi)型的掃描。目前國(guó)內(nèi)尚缺乏相關(guān)報(bào)道，本文對(duì)ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀在臨床應(yīng)用的進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀發(fā)展史

1993年，Reinstein等[4]根據(jù)超聲原理設(shè)計(jì)出一款超聲探頭不直接與角膜接觸的眼部掃描儀，掃描深度為7.6mm，命名為Cornell Bio-Acoustic Research Facility(BARF)。1997年掃描儀引入電弧掃描，這樣可確保超聲探頭在掃描的過(guò)程中始終與角膜表面保持垂直，保證測(cè)量結(jié)果的精確性[5]。1999年將超聲配件更換為聚二氟乙烯(PVDF)傳感器，并將掃描系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)，使患者可以坐著進(jìn)行掃描檢查，命名為Artemis-1。2001年又將儀器中的傳感器更換為靈敏度更高的鈮酸鋰傳感器，改進(jìn)后的設(shè)備命名為Artemis-2。后又進(jìn)行內(nèi)部軟件升級(jí)及外部部件更新，最新一代產(chǎn)品ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀于2016年成功在歐美上市后開(kāi)始應(yīng)用于臨床，并逐漸在國(guó)內(nèi)外醫(yī)院中應(yīng)用(圖1)。

圖1 VHF數(shù)字超聲掃描系統(tǒng)發(fā)展史 A：1996～1999年第一代由Reinstein設(shè)計(jì)的眼部掃描儀；B：1999年更換傳感器后的眼部掃描儀Artemis-1；C：2001年更換為靈敏度更高的鈮酸鋰傳感器，改進(jìn)后的設(shè)備命名為Artemis-2；D、E：最新一代產(chǎn)品ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀。

2 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀使用方法

檢查時(shí)被檢者處于坐姿，將下頜放在下頜托上，將眼睛浸入一個(gè)類(lèi)似于游泳時(shí)使用的護(hù)目鏡的EyeSealTM軟邊眼杯中(一次性使用)，被檢者睜開(kāi)眼睛，檢查者通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕觀察瞳孔位置，當(dāng)被檢者瞳孔位于掃描圖像中央時(shí)，囑被檢者閉上眼睛，通過(guò)打開(kāi)眼杯上藍(lán)色閥門(mén)向眼杯內(nèi)注入生理鹽水(約33℃)，直至眼杯內(nèi)充滿(mǎn)生理鹽水，囑被檢者睜大眼睛，當(dāng)從電腦屏幕上觀察到被檢者眼睛充分暴露在液體中時(shí)可開(kāi)始掃描，掃描結(jié)束后，囑被檢者閉上眼睛，然后打開(kāi)眼杯上的白色閥門(mén)，排空眼杯內(nèi)的液體，被檢者將頭部從儀器上移開(kāi)，檢查結(jié)束。測(cè)量時(shí)間不超過(guò)5min，同一只眼睛每2次測(cè)量間隔時(shí)間大于5min。

3 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀主要眼部測(cè)量參數(shù)

ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀可測(cè)量的主要眼部測(cè)量參數(shù)：(1)角膜相關(guān)參數(shù)：中央角膜厚度(central corneal thickness,CCT)、角膜上皮厚度、角膜瓣厚度、角膜帽厚度、角膜基質(zhì)厚度、剩余基質(zhì)厚度；(2)前房相關(guān)參數(shù)：前房深度(anterior chamber depth，ACD)、角到角寬度(angle to angle，ATA)、前房寬度(anterior chamber width，ACW)、前房角(anterior chamber angle，ACA)、溝到溝寬度(sulcus to sulcus，STS)、溝到溝平面矢高(sulcus to sulcus lens rise，STSL)、鞏膜突到鞏膜突的距離、睫狀突到睫狀突距離(cililary body inner distance，CBID)、虹膜突前250、500、750μm房角開(kāi)放距離(angle opening distance，AOD250、AOD500、AOD750)、虹膜小梁網(wǎng)夾角(angle of iris trabecular mesh，TIA)、小梁網(wǎng)-虹膜空間面積(trabecular meshwork-iris space area，TISA)等，其中房角開(kāi)放距離由該設(shè)備內(nèi)置軟件自動(dòng)測(cè)量；(3)晶狀體相關(guān)參數(shù)：晶狀體厚度(lens thickness，LT)、晶狀體矢高(crystalline lens rise，CLR)、晶狀體表面曲率；(4)其他：拱高、角膜瘢痕厚度、鞏膜厚度(scleral thickness)、虹膜及睫狀體腫物大小、青光眼引流物通暢情況等，見(jiàn)表1。

表1 使用Artemis超高頻數(shù)字超聲測(cè)量眼前節(jié)數(shù)據(jù)的相關(guān)文獻(xiàn)

4 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀的臨床應(yīng)用

4.1角膜屈光手術(shù)角膜屈光手術(shù)是矯正屈光不正的重要方法，手術(shù)成功需要嚴(yán)格的適應(yīng)證篩選、精準(zhǔn)的手術(shù)設(shè)計(jì)。角膜屈光手術(shù)前角膜厚度的精確測(cè)量對(duì)手術(shù)類(lèi)別選擇、光學(xué)區(qū)設(shè)計(jì)、術(shù)后屈光度數(shù)的穩(wěn)定及安全性都非常重要，也是角膜屈光手術(shù)醫(yī)師最為關(guān)心的數(shù)據(jù)。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀能獲得準(zhǔn)確的眼前部測(cè)量數(shù)據(jù)，其重復(fù)性為1.68μm，再現(xiàn)性為1.5μm，精確性為0.71μm，不同操作者之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[6-7]。AlFarhan等[8]使用Artemis VHF數(shù)字超聲掃描儀對(duì)60眼患者CCT進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示平均CCT為554.73±31.97μm，與UBM、Orbscan Ⅱ及OCT在角膜中央3.0mm范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果的一致性較好[9-12]。

在角膜厚度一定的情況下，角膜瓣厚度與角膜基質(zhì)床厚度密切相關(guān)，角膜瓣厚度是影響角膜基質(zhì)床厚度的重要因素之一，特別是對(duì)于準(zhǔn)分子激光原位角膜磨鑲術(shù)(laser-assistedin-situkeratomileusis，LASIK)術(shù)后的增強(qiáng)手術(shù)，需要精確評(píng)估角膜瓣和角膜基質(zhì)床厚度來(lái)選擇增強(qiáng)手術(shù)的方式。目前臨床上常用眼前節(jié)OCT(anterior segment optical coherence tomography，AS-OCT)測(cè)量屈光手術(shù)后患者角膜瓣厚度[13]，由于術(shù)后時(shí)間過(guò)長(zhǎng)角膜瓣與基質(zhì)床交界面的反光效應(yīng)減弱等原因，OCT較難分辨角膜瓣的正確位置，給測(cè)量屈光手術(shù)后的角膜瓣和角膜基質(zhì)厚度帶來(lái)困難。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀可精確測(cè)量角膜瓣和角膜基質(zhì)床厚度，使醫(yī)生能對(duì)角膜擴(kuò)張的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)預(yù)防術(shù)后角膜擴(kuò)張具有重要意義[14]，為更高要求的科研和臨床診斷提供新的測(cè)量手段，為臨床醫(yī)生提供解決角膜屈光手術(shù)后光學(xué)并發(fā)癥的相關(guān)方法。

角膜屈光手術(shù)后角膜上皮重新分布，其變化可能是由于角膜屈光手術(shù)后會(huì)發(fā)生部分屈光回退。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀可以測(cè)量角膜上皮厚度，觀察屈光手術(shù)后角膜上皮厚度的變化及其對(duì)屈光回退的影響。Reinstein等[15-16]觀察近視患者LASIK術(shù)后角膜上皮厚度變化時(shí)發(fā)現(xiàn)其引起的近視飄移在低度近視患者中更明顯，表明角膜上皮增厚程度與激光消融深度相關(guān)，代償性角膜上皮厚度增加幅度隨著消融深度的增加而增加，中央?yún)^(qū)比周?chē)鷧^(qū)增厚多，22%的角膜中央上皮增厚發(fā)生在24h內(nèi)，58%的角膜中央上皮增厚發(fā)生在1d～1mo內(nèi)，28%的角膜中央上皮增厚發(fā)生在1～3mo內(nèi)，3～12mo角膜上皮厚度變化趨于穩(wěn)定。消融區(qū)域角膜上皮增厚是導(dǎo)致屈光回退的原因，表明代償性角膜上皮厚度變化會(huì)影響屈光手術(shù)效果[17]。角膜上皮細(xì)胞的重新分布也有一定益處，可以彌補(bǔ)角膜表面的不規(guī)則性，重建一個(gè)光滑的、對(duì)稱(chēng)的光學(xué)表面，改善不規(guī)則散光患者術(shù)后視覺(jué)質(zhì)量和手術(shù)效果[18]。

4.2圓錐角膜的早期診斷和隨訪圓錐角膜是一種中央角膜變薄、前突呈圓錐形、常伴有高度不規(guī)則散光的進(jìn)行性原發(fā)性角膜變性疾病，角膜上皮厚度測(cè)量有助于圓錐角膜的早期診斷。角膜上皮重塑是圓錐角膜發(fā)展的特征[19]，是鑒別圓錐角膜的重要方法。目前臨床上常用Pentacam角膜地形圖顯示的角膜前后表面曲率、角膜表面高度、角膜厚度建立的變量模型用以區(qū)分圓錐角膜與正常角膜[20]，但不能觀察角膜上皮的變化，ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀的內(nèi)置軟件系統(tǒng)有根據(jù)角膜上皮厚度變化進(jìn)行圓錐角膜篩查、排除及評(píng)估圓錐角膜嚴(yán)重程度的逐步線性判別分析和6個(gè)變量模型，可通過(guò)不同散光軸上的角膜上皮厚度分布情況識(shí)別亞臨床圓錐角膜[21]，其原理是根據(jù)圓錐角膜患者的角膜前表面曲率、角膜后表面曲率、角膜厚度等建立逐步線性判別分析(linear discriminant analysis，LDA)變量模型，根據(jù)模型下的敏感度與特異度識(shí)別圓錐角膜并判別圓錐角膜的嚴(yán)重程度[22]。Reinstein等[23]使用Artemis VHF數(shù)字超聲掃描儀測(cè)量圓錐角膜患者角膜地形圖顯示角膜上皮層呈現(xiàn)“甜甜圈模型”，其特征表現(xiàn)為角膜中央上皮增厚較少的區(qū)域被周邊增厚較多的上皮環(huán)包圍。遠(yuǎn)視患者行LASIK術(shù)的目的是使中央角膜曲率變陡，術(shù)中取出透鏡為凹透鏡，術(shù)后角膜形態(tài)與圓錐角膜相似，故遠(yuǎn)視術(shù)后的角膜上皮厚度曲線變化可能遵循圓錐角膜的相似模式，顯示為“甜甜圈模型”[16]。因此，角膜上皮厚度變化在圓錐角膜識(shí)別中非常重要，將可疑圓錐角膜確定為非圓錐角膜[24]，也可以作為評(píng)估圓錐角膜和紫外線-核黃素交聯(lián)術(shù)后角膜擴(kuò)張是否進(jìn)展的指標(biāo)[25]。

4.3有晶狀體眼人工晶狀體植入術(shù)有晶狀體眼后房型人工晶狀體(implantable collamer lens，ICL)植入術(shù)是矯正高度近視的有效手段，對(duì)于不適合行角膜激光屈光矯正的中低度近視患者也是一種有效補(bǔ)充方法[26]。將ICL植入睫狀溝內(nèi)，具有可靠的眼內(nèi)穩(wěn)定性。ICL手術(shù)成功的重要標(biāo)志之一是術(shù)后具有理想的拱高[27]，拱高是ICL后表面到透明晶狀體前囊膜的直線距離，過(guò)高的拱高具有造成房角關(guān)閉導(dǎo)致繼發(fā)青光眼的風(fēng)險(xiǎn)[28]，而過(guò)低的拱高則具有引起白內(nèi)障的風(fēng)險(xiǎn)[29]。ICL有4種大小不同型號(hào)，既往ICL型號(hào)的選擇一般依據(jù)角膜橫徑白到白(white to white，WTW)，并且參考ACD的大小適當(dāng)調(diào)整ICL型號(hào)，但有研究表明WTW與STS之間相關(guān)性并不一致[30]。與單純根據(jù)WTW及ACD用于STAAR公司在線計(jì)算系統(tǒng)(Online calculating &Ordering System，OCOS)進(jìn)行ICL尺寸的測(cè)算相比，通過(guò)ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀測(cè)量的ACD、ATA、ACW、ACA、STS、STSL、CLR和CBID等眼前節(jié)參數(shù)可輸入ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀專(zhuān)用ICL在線計(jì)算系統(tǒng)(www.iclsizing.com)，從而得出各個(gè)尺寸的ICL植入后的預(yù)測(cè)拱高值[31]，同時(shí)考慮了ATA、STS等比WTW更為真實(shí)的眼內(nèi)空間水平距離，以及CLR和STSL代表的晶狀體厚度對(duì)術(shù)后拱高的影響。目前ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀已在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于ICL術(shù)前評(píng)估睫狀突大小及測(cè)量CBID，并推導(dǎo)拱高預(yù)測(cè)公式[32]，其對(duì)于ICL術(shù)后拱高的預(yù)測(cè)具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性。

5 小結(jié)

綜上所述，ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀是一種超高頻非接觸式超聲生物顯微鏡，其可以準(zhǔn)確測(cè)量眼前節(jié)生物學(xué)參數(shù)、清楚觀察前后囊袋表面和有效人工晶狀體位置[33]以及虹膜后結(jié)構(gòu)的高清圖像[34]，這會(huì)極大改善患者檢查時(shí)的體驗(yàn)及晶狀體屈光手術(shù)效果。目前，ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀已經(jīng)逐步應(yīng)用于臨床，關(guān)于其在角膜屈光手術(shù)、ICL植入術(shù)和早期圓錐角膜診斷中的應(yīng)用已取得一定進(jìn)展，但在白內(nèi)障、青光眼及眼外傷等檢測(cè)與管理中的應(yīng)用仍有待進(jìn)一步研究。隨著ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀在臨床應(yīng)用的推廣，大量研究的開(kāi)展及長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累，其在臨床中的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)展。