眼底光學影像檢查診斷技術是通過不同波長光學影像設備以及計算機技術記錄眼底各種組織反射光或自身熒光以及受一定波長外來光源激發后組織發射光, 從而對眼底視網膜、脈絡膜等組織結構和病理過程進行觀察分析的一種檢查診斷技術。激光、共焦激光、自身熒光、多光譜成像等眼底光學影像采集技術以及計算機儲存分析圖像技術進步, 推動眼底光學影像檢查診斷技術進入了以無創快速、廣角立體多層次整合、動態自動導航定位追蹤以及多種光學影像檢查診斷技術聯合應用為發展趨勢的高清數字影像時代。認識眼底光學影像檢查診斷技術的發展趨勢, 正確解讀眼底影像特征, 合理選用不同檢查技術, 建立規范化檢查診斷標準, 不斷拓展臨床應用, 將有助于加深對眼底病發病機制的理解, 優化療效評估, 促進交流, 推動眼底病臨床及科研水平提高。
引用本文: 宮媛媛, 孫曉東. 認識眼底光學影像檢查診斷技術發展趨勢, 推動光學影像檢查診斷技術臨床應用水平提高. 中華眼底病雜志, 2015, 31(5): 417-420. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2015.05.002 復制
眼底光學影像檢查診斷技術概括而言是指通過光學影像設備觀察記錄眼底各種組織反射光、自身熒光(AF)以及受一定波長外來光源激發后組織發射光等,并采用計算機技術進行合成分析,從而對眼底視網膜、脈絡膜等組織結構和病理過程觀察分析的檢查診斷技術[1]。在傳統的眼底彩色照相、熒光素眼底血管造影(FFA)、吲哚青綠血管造影(ICGA)等眼底影像檢查診斷技術基礎上,光相干斷層掃描(OCT)檢查技術臨床應用引領眼底光學影像檢查診斷技術進入了無創實時直觀的新時代[2, 3]。在此基礎上,激光、共焦激光、AF、多光譜成像等眼底光學影像采集技術以及計算機數碼儲存、圖像分析技術的廣泛應用,再一次推動眼底光學影像檢查診斷技術向高清、廣角、無創、立體、動態、自動導航定位追蹤以及多種光學成像技術聯合、自動疊加分析等前所未有的高清數字影像時代發展。與技術進步對應的數據采集應用和解讀分析也日益趨于規范化[4]。正確認識眼底光學影像檢查診斷技術的發展趨勢,不斷提高其臨床應用水平,將有助于加深對眼底病發病機制的認識,推動治療干預手段進步,促進眼底病臨床科研水平的進一步提高。
1 多方位聯合一體
傳統的眼底光學影像檢查設備多是應用單一技術,很難實現同一部位或同一組織結構形態分析、功能判斷的精確、統一。如今眼底光學影像檢查設備多方位聯合一體化趨勢體現在功能與形態、平面與斷層、靜態與動態、空間與時間、前節與后節、廣度與精度、檢查與治療等不同形式的聯合。目前OCT與眼底彩色照相及血管造影等眼底病現階段主要檢查診斷方法聯合一體化,不僅很大程度上簡化了操作流程,而且還能獲得更加豐富、精準的眼底病信息。未來導航化(應用在定位、隨訪、追蹤、治療等方面)、高清化、穿透化、大景深、無創化、動態化、立體化、激光化、廣角化等眼底影像檢查診斷技術的聯合形式將更加豐富多彩而使醫患雙方從中進一步獲益。如將各種波長的眼底平面照相技術結合眼底斷層掃描OCT,形成2維、3維技術集合,從表面往縱深發展;結合血管造影,形成視網膜脈絡膜斷層結構掃描結合血管造影的動態分析;融合FFA、精確定位下多焦電生理技術等功能分析技術,形成靜態形態、功能檢查結合動態4維分析結合,進行精確的形態功能觀察、對比、隨訪,從而提高對眼底病形態、功能判斷分析的準確性。此外,在OCT聯合造影技術的基礎上,雙光子眼底成像技術將帶來更清晰的微米級分辨率,對于單個視網膜色素上皮(RPE)細胞甚至光感受器細胞的病變觀察將更加細致入微,可用于RPE疾病及光感受器細胞病變的早期監測[5, 6]。不但可以觀察到視網膜組織分層,而且可以同時監測微觀的細胞水平。做到宏觀與微觀的結合。
眼底光學影像檢查設備聯合一體化、廣角、立體化、高分辨率、無創、動態化過程中,檢查技術、分析診斷技術以及定性、定量化有賴于相關計算機技術改進以及軟件分析功能日益強大。但其應用水平的體現和提高還與影像標準化、信息化、移動互聯、遠程醫療、臨床路徑等因素密切相關。多光學成像診斷及影像分析技術在設備一體化基礎上,基于醫學數字成像和通訊(Digital Imaging and Communications in Medicine)要求對醫學圖像和相關信息的標準化,結合傳統放射影像診斷、超聲影像、眼表數據的全眼球數據整合、分析與挖掘,也會成為眼科一門新的交叉分支學科,成為研究的新工具,新亮點。在大量數字影像設備支持下,眼科尤其是眼底光學影像檢查診斷將率先進入大數據時代。未來眼科必定是基于云處理的全數字化眼科(Digital Ophthalmology)。數字化網絡化也將極大促進不同醫院甚至不同地區的診斷設備創建統一的診斷信息數據庫,而使得遠程會診及學術交流更為便利。而與醫院信息系統相連的全數字化眼科,也將成為眼科疾病的“活體生物樣本信息庫”,在未來眼科疾病診斷和治療的新突破上發揮更為核心的作用。未來眼底病診斷平臺將以多光學成像和診斷分析技術聯合應用為核心,多元化組合,使得臨床醫生能看得更全、更廣、更深、更細,并且使無創情況下作出“病理診斷”成為可能。除了多種檢查設備和技術融合之外,聯合一體化的趨勢還表現在檢查診斷與治療設備技術一體化。共焦激光技術的成功應用,推動了高清、廣角、無創眼底光學影像技術發展。自動圖像隨訪和分析技術的應用,使得對于眼底病灶的精確定位和隨訪成為了可能。多波長、微脈沖眼底激光光凝技術與多點掃描激光技術的融合與完善,表明眼底激光光凝這一眼底病最常用治療技術無論技術設備還是治療理念也都有長足的發展。眼底光學影像技術精確定位和導航技術引導下精準個性化治療設備,將成為新一代眼底病診斷治療設備一體化的發展方向。結合形態和功能判定的精確激光光凝,將以優化的能量參數設定和病灶定位,為閾下激光、微脈沖等激光光凝新技術提供全新的參數設定和效果判別參照。從而使激光光凝治療的安全性和適用范圍大大提高,推動眼底病激光光凝治療進入一個精準的個性化治療時代。通過一臺設備同時完成各項眼底高清檢查并同步進行治療將最大程度體現聯合化的優勢。
2 廣角、高分辨、立體化
常規眼底照相或血管造影技術只能拍攝到50~60°范圍;嚴格標準的7個視野檢查,也只能達到75°范圍。而超廣角視網膜成像技術可獲得將近200°范圍的眼底成像,從而能夠清晰觀察到近眼底周邊鋸齒緣部位。隨著激光掃描技術的發展,采用紅、綠、藍等不同波長激發光,可進行眼底彩色照相、FFA、AF拍攝,甚至可以掃描視網膜、RPE以及脈絡膜,非接觸、非拼圖甚至小瞳孔下就可以輕松獲得超高分辨率超廣角的血管造影圖像。超廣角成像技術使糖尿病視網膜病變、老年性黃斑變性等眼底病診治獲得新的發現與提高[7-13]。在嬰幼兒眼底病早期篩查中,超廣角視網膜成像技術能夠提供更多周邊視網膜病變信息,指導進行精確的激光光凝治療[14-16]。在此技術基礎上,眼底成像進一步向立體化發展,便于觀察不同層次的視網膜脈絡膜層次結構,隆起程度,立體觀察視盤深度、形態等。小瞳孔下超廣角眼底成像以及3維成像技術或許將成為眼科醫生未來的常規需求之一,并由此改變目前眼科常規診療流程,使眼底成像與視力、眼壓一樣成為眼科標準預檢;也使基于社區的遠程診療模式更容易實現。
3 無創細微多層次化
與其他眼底成像技術廣角化立體化發展一樣,無創細微多層次化將極大地體現在OCT技術的進步上。OCT將突破眼底后極部檢查的傳統局限,通過進行一次范圍更廣、速度更快的全景式掃描,即可獲得更大范圍的周邊視網膜斷層結構信息。此外,掃描深度也將從視網膜向更深的脈絡膜層面發展,通過玻璃體、視網膜、脈絡膜的一次性成像,在獲得更加清晰的玻璃體視網膜界面影像的同時獲得脈絡膜厚度影像。通過高對比度的玻璃體圖像和脈絡膜深層圖像,增進玻璃體、視網膜、脈絡膜疾病形態觀察效果。更加細微的多層次化圖像將提供更多有助于疾病診斷的信息[17-20]。此外,C掃描模式是傳統OCT技術的另外一個新發展。通過C掃描模式所呈現的是與視網膜表面平行的冠狀位斷層圖像,能從視網膜內界膜、內叢狀層、神經纖維層、RPE層等不同層面逐層觀察黃斑及周圍的結構。初步應用顯示,在慢性中心性漿液性脈絡膜視網膜病變的RPE和脈絡膜、脈絡膜新生血管(CNV)、息肉樣脈絡膜病變、黃斑旁毛細血管擴張癥等病變觀察中,與眼底彩色照相、AF、FFA、ICGA等檢查結果為參照,顯示出比傳統OCT更大的優勢。與一般B掃描模式相比,能更清晰顯示RPE以及脈絡膜改變,顯示更多新生血管、血管擴張、光感受器細胞丟失、脈絡膜血管丟失現象等信息。是此類病變隨訪觀察中無創直觀有用的工具[21-24]。
除掃描范圍和深度之外,OCT圖像采集與計算機圖像分析技術融合,將同一位置反復掃描的OCT頻幅分成數段,使用去相關法進行分析的分頻幅去相關血管成像OCT(SSADA)技術,使OCT具有動態顯示血管的“造影”功能是OCT技術的另一重大突破[25]。SSADA技術不僅能實現視網膜形態圖像的精密采集,還能以無創操作方式觀察視盤、黃斑甚至是脈絡膜血管形態。與多普勒和其他相位分析技術相比,分頻幅去相關技術對橫向血流很敏感,不受相位噪聲影響,明顯改善信噪比,從而清晰顯示視網膜微循環網絡,提供視盤或黃斑區域所有血流情況。如青光眼視盤血管狹窄、血流中斷均可以直觀觀察到;對于黃斑區不同深度的血流狀態也能逐層顯示。無論是脈絡膜還是視網膜新生血管,都能直觀觀察到血管形態、位置、深度以及血流狀況。可以有效觀察青光眼視盤灌注狀況,評估監測青光眼進展[26];顯示黃斑變性CNV位置及血流狀況,區分CNV類型,并可發現滋養血管[27];在視網膜血管的分層顯示上,相比FFA顯示更清晰且更加細微[28]。但目前傳統血管造影技術結合超廣角技術在提供更精確更豐富的血管信息方面還有一定優勢,SSADA和斷層掃描技術暫時還不可能將其替代。在未來一定時間范圍內,這些技術將通過互相彌補的方式共存和共同發展。未來如何融合OCT斷層掃描技術提供的結構特征以及SSADA提供的動態特征,將眼底血管病變的診斷完全無創化還有賴于技術發展和臨床應用研究的不斷深入。
大數據時代計算機圖像分析技術的發展,使自動精確分析玻璃體視網膜界面、視網膜脈絡膜組織結構和生理病理變化成為可能;并且還可能通過數據挖掘,進一步探討分析其間的相互作用和影響。這對眼底病診斷、隨訪、療效精確判斷以及病理機制探討將提供更多客觀、可靠的信息。由于這些學科領域和相關技術本身也處在不斷發展的過程中,理論知識和具體技術也還具有更多的提升和轉化應用空間;數據采集以及分析報告規范標準還在不斷建立和完善。所以,眼底光學影像檢查診斷技術臨床應用的更多前景還有待廣大眼科同道與相關學科專業的技術人員共同探索和開發。需要相關同道們加強繼續教育和學術交流,重視臨床病史和檢查資料的全面采集和客觀分析,避免主觀臆斷;正確認識眼底光學影像檢查診斷技術的發展趨勢以及各種技術的特色和優勢,合理應用這些先進技術提高臨床診斷水平,不斷加深對眼底病發病機制的認識,推動眼底病診斷治療水平的進一步提高。
眼底光學影像檢查診斷技術概括而言是指通過光學影像設備觀察記錄眼底各種組織反射光、自身熒光(AF)以及受一定波長外來光源激發后組織發射光等,并采用計算機技術進行合成分析,從而對眼底視網膜、脈絡膜等組織結構和病理過程觀察分析的檢查診斷技術[1]。在傳統的眼底彩色照相、熒光素眼底血管造影(FFA)、吲哚青綠血管造影(ICGA)等眼底影像檢查診斷技術基礎上,光相干斷層掃描(OCT)檢查技術臨床應用引領眼底光學影像檢查診斷技術進入了無創實時直觀的新時代[2, 3]。在此基礎上,激光、共焦激光、AF、多光譜成像等眼底光學影像采集技術以及計算機數碼儲存、圖像分析技術的廣泛應用,再一次推動眼底光學影像檢查診斷技術向高清、廣角、無創、立體、動態、自動導航定位追蹤以及多種光學成像技術聯合、自動疊加分析等前所未有的高清數字影像時代發展。與技術進步對應的數據采集應用和解讀分析也日益趨于規范化[4]。正確認識眼底光學影像檢查診斷技術的發展趨勢,不斷提高其臨床應用水平,將有助于加深對眼底病發病機制的認識,推動治療干預手段進步,促進眼底病臨床科研水平的進一步提高。
1 多方位聯合一體
傳統的眼底光學影像檢查設備多是應用單一技術,很難實現同一部位或同一組織結構形態分析、功能判斷的精確、統一。如今眼底光學影像檢查設備多方位聯合一體化趨勢體現在功能與形態、平面與斷層、靜態與動態、空間與時間、前節與后節、廣度與精度、檢查與治療等不同形式的聯合。目前OCT與眼底彩色照相及血管造影等眼底病現階段主要檢查診斷方法聯合一體化,不僅很大程度上簡化了操作流程,而且還能獲得更加豐富、精準的眼底病信息。未來導航化(應用在定位、隨訪、追蹤、治療等方面)、高清化、穿透化、大景深、無創化、動態化、立體化、激光化、廣角化等眼底影像檢查診斷技術的聯合形式將更加豐富多彩而使醫患雙方從中進一步獲益。如將各種波長的眼底平面照相技術結合眼底斷層掃描OCT,形成2維、3維技術集合,從表面往縱深發展;結合血管造影,形成視網膜脈絡膜斷層結構掃描結合血管造影的動態分析;融合FFA、精確定位下多焦電生理技術等功能分析技術,形成靜態形態、功能檢查結合動態4維分析結合,進行精確的形態功能觀察、對比、隨訪,從而提高對眼底病形態、功能判斷分析的準確性。此外,在OCT聯合造影技術的基礎上,雙光子眼底成像技術將帶來更清晰的微米級分辨率,對于單個視網膜色素上皮(RPE)細胞甚至光感受器細胞的病變觀察將更加細致入微,可用于RPE疾病及光感受器細胞病變的早期監測[5, 6]。不但可以觀察到視網膜組織分層,而且可以同時監測微觀的細胞水平。做到宏觀與微觀的結合。
眼底光學影像檢查設備聯合一體化、廣角、立體化、高分辨率、無創、動態化過程中,檢查技術、分析診斷技術以及定性、定量化有賴于相關計算機技術改進以及軟件分析功能日益強大。但其應用水平的體現和提高還與影像標準化、信息化、移動互聯、遠程醫療、臨床路徑等因素密切相關。多光學成像診斷及影像分析技術在設備一體化基礎上,基于醫學數字成像和通訊(Digital Imaging and Communications in Medicine)要求對醫學圖像和相關信息的標準化,結合傳統放射影像診斷、超聲影像、眼表數據的全眼球數據整合、分析與挖掘,也會成為眼科一門新的交叉分支學科,成為研究的新工具,新亮點。在大量數字影像設備支持下,眼科尤其是眼底光學影像檢查診斷將率先進入大數據時代。未來眼科必定是基于云處理的全數字化眼科(Digital Ophthalmology)。數字化網絡化也將極大促進不同醫院甚至不同地區的診斷設備創建統一的診斷信息數據庫,而使得遠程會診及學術交流更為便利。而與醫院信息系統相連的全數字化眼科,也將成為眼科疾病的“活體生物樣本信息庫”,在未來眼科疾病診斷和治療的新突破上發揮更為核心的作用。未來眼底病診斷平臺將以多光學成像和診斷分析技術聯合應用為核心,多元化組合,使得臨床醫生能看得更全、更廣、更深、更細,并且使無創情況下作出“病理診斷”成為可能。除了多種檢查設備和技術融合之外,聯合一體化的趨勢還表現在檢查診斷與治療設備技術一體化。共焦激光技術的成功應用,推動了高清、廣角、無創眼底光學影像技術發展。自動圖像隨訪和分析技術的應用,使得對于眼底病灶的精確定位和隨訪成為了可能。多波長、微脈沖眼底激光光凝技術與多點掃描激光技術的融合與完善,表明眼底激光光凝這一眼底病最常用治療技術無論技術設備還是治療理念也都有長足的發展。眼底光學影像技術精確定位和導航技術引導下精準個性化治療設備,將成為新一代眼底病診斷治療設備一體化的發展方向。結合形態和功能判定的精確激光光凝,將以優化的能量參數設定和病灶定位,為閾下激光、微脈沖等激光光凝新技術提供全新的參數設定和效果判別參照。從而使激光光凝治療的安全性和適用范圍大大提高,推動眼底病激光光凝治療進入一個精準的個性化治療時代。通過一臺設備同時完成各項眼底高清檢查并同步進行治療將最大程度體現聯合化的優勢。
2 廣角、高分辨、立體化
常規眼底照相或血管造影技術只能拍攝到50~60°范圍;嚴格標準的7個視野檢查,也只能達到75°范圍。而超廣角視網膜成像技術可獲得將近200°范圍的眼底成像,從而能夠清晰觀察到近眼底周邊鋸齒緣部位。隨著激光掃描技術的發展,采用紅、綠、藍等不同波長激發光,可進行眼底彩色照相、FFA、AF拍攝,甚至可以掃描視網膜、RPE以及脈絡膜,非接觸、非拼圖甚至小瞳孔下就可以輕松獲得超高分辨率超廣角的血管造影圖像。超廣角成像技術使糖尿病視網膜病變、老年性黃斑變性等眼底病診治獲得新的發現與提高[7-13]。在嬰幼兒眼底病早期篩查中,超廣角視網膜成像技術能夠提供更多周邊視網膜病變信息,指導進行精確的激光光凝治療[14-16]。在此技術基礎上,眼底成像進一步向立體化發展,便于觀察不同層次的視網膜脈絡膜層次結構,隆起程度,立體觀察視盤深度、形態等。小瞳孔下超廣角眼底成像以及3維成像技術或許將成為眼科醫生未來的常規需求之一,并由此改變目前眼科常規診療流程,使眼底成像與視力、眼壓一樣成為眼科標準預檢;也使基于社區的遠程診療模式更容易實現。
3 無創細微多層次化
與其他眼底成像技術廣角化立體化發展一樣,無創細微多層次化將極大地體現在OCT技術的進步上。OCT將突破眼底后極部檢查的傳統局限,通過進行一次范圍更廣、速度更快的全景式掃描,即可獲得更大范圍的周邊視網膜斷層結構信息。此外,掃描深度也將從視網膜向更深的脈絡膜層面發展,通過玻璃體、視網膜、脈絡膜的一次性成像,在獲得更加清晰的玻璃體視網膜界面影像的同時獲得脈絡膜厚度影像。通過高對比度的玻璃體圖像和脈絡膜深層圖像,增進玻璃體、視網膜、脈絡膜疾病形態觀察效果。更加細微的多層次化圖像將提供更多有助于疾病診斷的信息[17-20]。此外,C掃描模式是傳統OCT技術的另外一個新發展。通過C掃描模式所呈現的是與視網膜表面平行的冠狀位斷層圖像,能從視網膜內界膜、內叢狀層、神經纖維層、RPE層等不同層面逐層觀察黃斑及周圍的結構。初步應用顯示,在慢性中心性漿液性脈絡膜視網膜病變的RPE和脈絡膜、脈絡膜新生血管(CNV)、息肉樣脈絡膜病變、黃斑旁毛細血管擴張癥等病變觀察中,與眼底彩色照相、AF、FFA、ICGA等檢查結果為參照,顯示出比傳統OCT更大的優勢。與一般B掃描模式相比,能更清晰顯示RPE以及脈絡膜改變,顯示更多新生血管、血管擴張、光感受器細胞丟失、脈絡膜血管丟失現象等信息。是此類病變隨訪觀察中無創直觀有用的工具[21-24]。
除掃描范圍和深度之外,OCT圖像采集與計算機圖像分析技術融合,將同一位置反復掃描的OCT頻幅分成數段,使用去相關法進行分析的分頻幅去相關血管成像OCT(SSADA)技術,使OCT具有動態顯示血管的“造影”功能是OCT技術的另一重大突破[25]。SSADA技術不僅能實現視網膜形態圖像的精密采集,還能以無創操作方式觀察視盤、黃斑甚至是脈絡膜血管形態。與多普勒和其他相位分析技術相比,分頻幅去相關技術對橫向血流很敏感,不受相位噪聲影響,明顯改善信噪比,從而清晰顯示視網膜微循環網絡,提供視盤或黃斑區域所有血流情況。如青光眼視盤血管狹窄、血流中斷均可以直觀觀察到;對于黃斑區不同深度的血流狀態也能逐層顯示。無論是脈絡膜還是視網膜新生血管,都能直觀觀察到血管形態、位置、深度以及血流狀況。可以有效觀察青光眼視盤灌注狀況,評估監測青光眼進展[26];顯示黃斑變性CNV位置及血流狀況,區分CNV類型,并可發現滋養血管[27];在視網膜血管的分層顯示上,相比FFA顯示更清晰且更加細微[28]。但目前傳統血管造影技術結合超廣角技術在提供更精確更豐富的血管信息方面還有一定優勢,SSADA和斷層掃描技術暫時還不可能將其替代。在未來一定時間范圍內,這些技術將通過互相彌補的方式共存和共同發展。未來如何融合OCT斷層掃描技術提供的結構特征以及SSADA提供的動態特征,將眼底血管病變的診斷完全無創化還有賴于技術發展和臨床應用研究的不斷深入。
大數據時代計算機圖像分析技術的發展,使自動精確分析玻璃體視網膜界面、視網膜脈絡膜組織結構和生理病理變化成為可能;并且還可能通過數據挖掘,進一步探討分析其間的相互作用和影響。這對眼底病診斷、隨訪、療效精確判斷以及病理機制探討將提供更多客觀、可靠的信息。由于這些學科領域和相關技術本身也處在不斷發展的過程中,理論知識和具體技術也還具有更多的提升和轉化應用空間;數據采集以及分析報告規范標準還在不斷建立和完善。所以,眼底光學影像檢查診斷技術臨床應用的更多前景還有待廣大眼科同道與相關學科專業的技術人員共同探索和開發。需要相關同道們加強繼續教育和學術交流,重視臨床病史和檢查資料的全面采集和客觀分析,避免主觀臆斷;正確認識眼底光學影像檢查診斷技術的發展趨勢以及各種技術的特色和優勢,合理應用這些先進技術提高臨床診斷水平,不斷加深對眼底病發病機制的認識,推動眼底病診斷治療水平的進一步提高。