国际眼科纵览 2015 年 8 月第 39 卷第 4 期 IntRevOphthalmol,Aug.2015,Vol.39,No 眼底图像被保存在胶片上 1991 年, 胶片被电荷耦合器件 (chargecoupleddevice,ccd) 照相机取代, 因此, 图像可以直接在数码照相机

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颠己鄂
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1 224 综述眼底成像技术新进展共聚焦激光扫描检眼镜霍妍佼魏文斌摘要视网膜成像技术的进步是一个将 3D 视网膜结构转变成 2D 平面图像的光学过程由于视网膜成像快速便捷, 在眼科领域广泛被应用, 尤其在眼底病的筛查诊断治疗评价方面发挥着重要作用近几年, 随着共聚焦激光扫描检眼镜技术的应用, 出现了非散瞳的视网膜成像方法, 其图像清晰且可分层显示视网膜和脉络膜结构, 有助于进一步提高对眼底疾病的诊断水平 ( 国际眼科纵览,2015,39: ) 关键词眼底成像 ; 视网膜 ; 共聚焦激光扫描检眼镜 ; 眼底病 / 诊断 Progresinfundusimaging:confocalscanninglaseropthalmoscope HUOYan jiao,weiwen bin. BeijingTongrenEyeCenter,BeijingKeyLaboratoryofOphthalmologyandVisualSciences,BeijingTongren Hospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100730,China Corespondingauthor:WEIWen bin, weiwenbintr@163 com Abstract Fundusimagingisaproceswhere3Dstructureofretinaisprojectedontothe2Dplane. Withthecharacteristicsofquickandconvenient,fundusimagingwaswidelyusedinophthalmologicalfields, especialyinthescreening,diagnosisandtherapeuticasesmentofocularfundusdiseases.recentyears, thedevelopmentofconfocalscanninglaserophthalmoscope(cslo)technologyhaveenablenon mydriatic fundusimagingwithhighresolutionandcanshowlayersinretinaandchorioidseparately,whichcanhelpus understandfundusdiseasesmoredeeply.(intrevophthalmol,2015,39: ) Keywords fundusimaging;retina;confocalscanninglaserophthalmoscope;fundusdiseases/diag nosis 视网膜成像技术是一个将 3D 视网膜结构转变为 2D 平面图像的过程, 实现这个光学过程需要面对两方面的挑战第一, 照明光和反射光必须通过同一个小孔即瞳孔来观察眼底结构第二, 眼底是包含不同的功能层次的整体, 因此, 可以逐层观察是非常重要的当眼底的厚度从 500μm 到 2000μm 之间变化时, 要求成像系统必须具有高空间分辨率以往眼科医生通常利用直接检眼镜和间接检眼镜来实现视网膜光学成像, 但存在主观无法客观记录等 DOI: /cma.j.isn 基金项目 : 北京市医院管理局临床医学发展专项经费 (ZYLX201307); 国家自然科学基金 ( ); 北京市自然科学基金 ( , ) 作者单位 : 首都医科大学附属北京同仁医院北京同仁眼科中心眼科学与视觉科学北京市重点实验室通信作者 : 魏文斌, weiwenbintr@163 com 缺点将眼底情况客观记录下来, 对于分析疾病的病理状态及监测疾病的发展非常重要目前临床中记录眼底的方法有多种 :2D 成像技术主要有彩色眼底照相无赤光眼底照相眼底立体照相激光扫描检眼镜 (scanninglaserophthalmoscope,slo) 技术等视网膜结构观察以及荧光素眼底血管造影 (fluo rescentangiography,fa) 和吲哚青绿眼底血管造影 (indocynainegreenangiography,icga) 等视网膜功能观察 ;3D 成像主要包括计算机断层摄影磁共振成像超声成像红外温度记录彩色多普勒成像相干光断层扫描 (opticalcoherencetomography,oct) 等本文主要讨论视网膜结构的 2D 成像进展一彩色眼底照相 1985 年出现早期的眼底照相机, 彩色眼底照相成为眼科检查的重要手段彩色眼底照相的光学原理是基于间接检眼镜, 可以提供放大观察, 所获得的

2 国际眼科纵览 2015 年 8 月第 39 卷第 4 期 IntRevOphthalmol,Aug.2015,Vol.39,No 眼底图像被保存在胶片上 1991 年, 胶片被电荷耦合器件 (chargecoupleddevice,ccd) 照相机取代, 因此, 图像可以直接在数码照相机上显示 [1], 也可以连接到电脑显示器上进行查看并储存眼底相机系统包括低倍的显微镜及其顶部安装的照相机照相机可观察的视网膜范围为 30 ~50, 放大倍率为 2 5 倍如果使用附加镜头, 则可放大至 5 倍, 可观察的视网膜范围扩大到 15 ~140 照明光线通过一系列镜头之后经过一个类似面包圈样的小孔, 光线通过小孔中心在照相机目镜和视网膜之间形成环面反射光线通过照明系统的小孔聚焦, 最后光线穿过低倍放大目镜形成图像由于视网膜色素上皮细胞 (retinalpigmentepi thelium,rpe) 很少吸收红光, 彩色眼底成像主要显示的是脉络膜的颜色因此, 可以使用对比滤片来改变照明光源的频谱范围, 以加强某些结构的可见性由于绿光具有易被血液吸收而被 RPE 反射的特点, 在绿光下可以显示视网膜血管网, 对于玻璃膜疣及渗出等呈现较好的对比敏感度因此, 绿光 ( 无赤光 ) 眼底像在临床广泛应用 [2] 在此设备基础上, 如果让光线从角膜的不同方向进入, 可以增加视觉深度实现立体成像, 提供更多信息另外, 使用暗室或者药物散瞳再进行眼底照像, 可以使疾病诊断更敏感近几年, 眼科成像领域发展迅速 [3], 尤其是随着智能手机的普遍使用, 眼底照像变得更廉价更安全, 而操作更简便在进行直接眼底镜检查时, 可以使用手机进行眼底照像, 这些科技进展极大地方便了眼科的常规检查 [4] 二激光扫描检眼镜技术在眼底照相机中, 通常使用白光作为眼底照明的光源, 光线从视网膜反射之后, 被胶片或数码设备获取, 图像的亮度代表了光线的反射量 Webb [5] 等报道了一种使用激光进行眼底成像的方法, 称为激光扫描检眼镜 (SLO) 技术, 为眼底成像提供了新的选择其工作原理是激光机在短时间发出一个高度校准的细光束, 通过多边形的镜子水平反射形成线扫, 对视网膜进行扫描, 从视网膜反射的光线可由光束分离器收集并通过镜头聚焦在图像探测器上, 进而同步解码到显示屏上形成图像 [6] 此外, 数字技术的应用, 还可以对图像进行自动诊断和筛查 [7] SLO 可以应用在两种不同的成像模式上, 包括非共聚焦模式和共聚焦模式近几年主要使用的是共聚焦 SLO(confocalSLO,cSLO) 模式, 这种模式有两个优势 : 第一, 光线不是从照明点散射, 而从视网膜各层或各区域散射, 增加了图像的对比度第二, 共聚焦模式可以决定接受眼底某一层的光线, 因此使得断层成像成为可能 [8] 三 cslo 模式的眼底成像 ( 一 )cslo 工作原理由于光线可以穿过组织主要是依靠其固有的波长, 因此想获得视网膜不同层次的解剖结构和病理特点的眼底成像时, 可使用不同波长的光线长波长的光线如红外光 (Infrared,IR), 可以穿透更深层的组织, 因此可以加强深部视网膜和脉络膜的成像 ; 反之, 如果使用短波长光如蓝光, 可以观察到表浅视网膜的结构, 例如视网膜神经纤维层和视网膜血管网中间波长光如绿光 ( 无赤光 ) 则可以提供眼底的整体图像目前, 可以进行 cslo 成像的设备主要有两个 : 基于海德堡视网膜血管成像 (Heidelberg retinaangiography,hra) 2 的 MultiColor 成像系统, 可以提供 cslo 的 IR 反射 (815nm) 绿光反射 (518nm) 和蓝光反射 (486nm) [9] 还有一个更为便携和简单操作的 Easyscan 系统 (i Optics,theNether lands), 这个设备使用的是绿光 (532nm) 和 IR (785nm), 可以呈现视网膜和脉络膜两个层次的成像及电脑合成的伪彩眼底成像, 此外, 还可提供采集过程中视网膜的动态影像这些均可在免散瞳的情况下进行, 甚至最小到 2mm 的瞳孔都可以得到清晰的视网膜成像 ( 二 ) 正常眼底的 cslo 成像以 Easyscan 系统为例,cSLO 成像可以获得视网膜的扫描区域, 与传统彩色眼底相机成像相比, 可以提供视网膜 ( 绿光 ) 脉络膜 (IR) 两个层次的眼底成像及合成的伪彩成像 ( 图 1) 从正常人的 cslo 眼底成像可看到, 整体视网膜血管的对比度优于传统眼底彩像, 尤其是微血管的末端成像较清晰 ( 三 )cslo 成像在眼底病诊断中的应用 cslo 眼底成像技术因其快速操作简便, 患者配合程度高, 在眼科临床中得到了广泛应用由于其能客观记录眼底细节, 对于疾病筛查了解疾病进展均有重要帮助尤其是晶状体混浊的患者在使用传统眼底照像时成像质量差, 眼底结构不清, 但 cs LO 成像可以明显提高成像质量 [10] 白内障患者传统眼底彩照与 cslo 成像进行对比, 发现 cslo 成像血管走行清晰, 视盘边界清楚, 对比度好, 成像质量

226 散瞳及暗室环境, 甚至在瞳孔仅有 2mm 时也能得到清晰的眼底成像效果, 有些研究称之为零散瞳 (zerodilation) [11], 这样大大提高了临床工作效率在对一例 DR 患者进行传统眼底彩照和 cslo 成像时发现,cSLO 成像中可见到的渗出和片状视网膜出血均较传统眼底彩照更明显 ( 图 3) 同时, 还可见黄斑区有局部病灶, 而在传统眼底彩照则不明显之后, 对该患者进行

cslo 眼底成像之间的对比 A: 变 (polypoidalchoroidalvasculopathy,pcv) 传统眼底彩照 ;B:cSLO 伪彩眼底成像 ;C:cSLO 绿光反射成像, 可看到清患者进行传统眼底彩照和 cslo 成像对晰的神经纤维层反射和黄斑区的血管细节 ;D:cSLO IR 反射成像, 这是比从传统眼底像上黄斑区隐约可见色 cslo 特有的优势,

3 226 散瞳及暗室环境, 甚至在瞳孔仅有 2mm 时也能得到清晰的眼底成像效果, 有些研究称之为零散瞳 (zerodilation) [11], 这样大大提高了临床工作效率在对一例 DR 患者进行传统眼底彩照和 cslo 成像时发现,cSLO 成像中可见到的渗出和片状视网膜出血均较传统眼底彩照更明显 ( 图 3) 同时, 还可见黄斑区有局部病灶, 而在传统眼底彩照则不明显之后, 对该患者进行 OCT 检查发现存在明显黄斑水肿鉴于 cslo 成像对于视网膜血管细节描述的优势, 对一例 Coats 病患者进行传统彩照和 cslo 成像对比 ( 图 4) cslo 成像颞上方血管弓处可见典型的微血管改变, 局部可见小动脉瘤形成和小静脉闭塞而在传统眼底彩照上微血管的改变不明显 cslo 另一个独有的优势是脉络膜成像对一例特发性息肉状脉络膜血管病图 1 正常成年人传统眼底照相机成像与 cslo 眼底成像之间的对比 A: 变 (polypoidalchoroidalvasculopathy,pcv) 传统眼底彩照 ;B:cSLO 伪彩眼底成像 ;C:cSLO 绿光反射成像, 可看到清患者进行传统眼底彩照和 cslo 成像对晰的神经纤维层反射和黄斑区的血管细节 ;D:cSLO IR 反射成像, 这是比从传统眼底像上黄斑区隐约可见色 cslo 特有的优势, 可见到脉络膜较粗大的血管特点素改变, 其余无明显异常 ( 图 5A) cslo 明显优于传统眼底彩照 ( 图 2) 的绿光成像无明显异常 ( 图 5B), 而 cslo 由于 cslo 的成像质量高, 有研究显示对于早的 IR 成像中可见视盘颞上血管弓处局部高信号反期糖尿病视网膜病变 (diabticretinopathy,dr),cslo 射 ( 图 5C), 提示脉络膜层次出现病变同时对该患成像与普通眼底彩照相比, 检出敏感性高, 特异性者进行了 ICGA 检查, 可见同一位置出现异常脉络好, 能够明显提高 DR 筛查效率 [11] 而且, 很多患膜血管网 ( 图 5D) 相应 OCT 扫描显示浅 RPE 脱者在进行传统眼底彩照时, 由于瞬时闪光, 瞳孔往往离, 黄斑区可见神经上皮层脱离 ( 图 5E) 另一例会小于 3 3mm, 必须等待瞳孔扩大才能进行另一只 PCV 患者中同样显示了 cslo 成像较传统眼底彩照眼图像的采集而 cslo 成像对瞳孔要求小, 无需的优势 ( 图 6), 在普通眼底彩照中模糊可见黄斑区局部病灶, 边缘不清 ( 图 6A) 在 cslo 的 IR 成像中, 除了黄斑区境界清晰的圆形病灶外, 还可见点状的高信号区域 ( 图 6B) 同时对该病例进行自发荧光检查, 可见黄斑鼻侧出现片状局部高荧光病灶 ( 图 6C) 相应 OCT 扫描可见多发 RPE 脱离 ( 图 6D) 这 2 例病例可看出 cslo 成像可以更明确地显示脉络膜层次的病变, 为眼底病的诊断提供更多依据, 较传统眼底彩照具有明显优势然而,cSLO 的眼底图 2 白内障患者的传统眼底彩照和 cslo 成像对比 A: 传统眼底彩照 ; 成像技术比较新, 目前在临床中应用不 B:cSLO IR 反射成像多, 所涉及的文献也很少, 其成像的优势

国际眼科纵览２０１５年８月第３９卷第４期ＩｎｔｒｅｖｏｐｈｔｈａｍｏＡｕｇ２０１５Ｖｏ３９Ｎｏ４２２７传统眼底相机或是ＬＯ成像其产生图像都是在３０５０之间无法覆盖周边部的视网膜区域近几年出现了非接触超广角成像系统ｏｓ２００Ｔｘ系统Ｏｐ例如Ｏｐｔ

ｃＬＯ成像较普通眼底彩视网膜疾病的诊断分析记录上获得很大的帮助１２有研究发现超广角荧光造影可照更明显Ｄ黄斑区ＯＣＴ扫描以多发现６２的周边无灌注区是周边视网膜缺血的有效检查工具１３二自适应光学技术传统眼底照相机和ＬＯ成像的横向光学分辨率很有限自适应光学很大程度上提高了横向分辨率可以获得视

接反映然而用带有暗视野探测技术的自适应成像技术可以对存在于视网膜动脉和小动脉管腔里的壁细胞成像因此可以对视网膜血管进行直接成像１４图５ＰＣＶ患者的传统眼底彩照和ｃＬＯ成像对比Ａ传统眼底彩照ＢｃＬＯ绿光反三眼底自发荧光射成像ＣｃＬＯ的ＩＲ反射成像白圈内显示脉络膜病灶ＤＩＣＧＡ像

4 国际眼科纵览２０１５年８月第３９卷第４期ＩｎｔｒｅｖｏｐｈｔｈａｍｏＡｕｇ２０１５Ｖｏ３９Ｎｏ４２２７传统眼底相机或是ＬＯ成像其产生图像都是在３０５０之间无法覆盖周边部的视网膜区域近几年出现了非接触超广角成像系统ｏｓ２００Ｔｘ系统Ｏｐ例如ＯｐｔｔｏｓＤｕｎｆｅｒｍｉｎｅ苏格兰可以获取２００的视野范围如果在散大瞳孔情况下获取的照片可扩展到锯齿缘超广角眼底成像及超广角荧光造影的运用使得眼科医生在周边图３糖尿病视网膜病变患者传统眼底彩照和ｃＬＯ成像对比Ａ传统眼底彩照ＢｃＬＯ伪彩成像ＣｃＬＯ绿光反射成像白圈显示的病灶区域ｃＬＯ成像较普通眼底彩视网膜疾病的诊断分析记录上获得很大的帮助１２有研究发现超广角荧光造影可照更明显Ｄ黄斑区ＯＣＴ扫描以多发现６２的周边无灌注区是周边视网膜缺血的有效检查工具１３二自适应光学技术传统眼底照相机和ＬＯ成像的横向光学分辨率很有限自适应光学很大程度上提高了横向分辨率可以获得视网膜近细胞水平的成像但图４Ｃｏａｔｓ病的传统眼底彩照和ｃＬＯ成像对比Ａ传统眼底彩照ＢｃＬＯ伪彩成缺点是视野范围依然很有限目前自适应光学技术仅在研像ＣｃＬＯ绿光反射白圈内可见局部小动脉瘤和静脉闭塞究机构研究应用还未得到商业应用传统眼底成像中可见的视网膜血管主要是通过对视网膜血管管腔内成分间接反映然而用带有暗视野探测技术的自适应成像技术可以对存在于视网膜动脉和小动脉管腔里的壁细胞成像因此可以对视网膜血管进行直接成像１４图５ＰＣＶ患者的传统眼底彩照和ｃＬＯ成像对比Ａ传统眼底彩照ＢｃＬＯ绿光反三眼底自发荧光射成像ＣｃＬＯ的ＩＲ反射成像白圈内显示脉络膜病灶ＤＩＣＧＡ像白圈内显示脉络眼底自发荧光是一种呈膜异常血管Ｅ病灶处ＯＣＴ扫描成像现ＲＰＥ及视网膜病理改变的成像方法１５眼底自发荧光及在眼底病中的应用还需要进一步探讨的主要来源是脂褐素是一种光感受器外节的产物四其他基于ｃＬＯ技术的成像设备在ＲＰＥ中堆积因此通过自发荧光可以了解ＲＰＥ一超广角成像代谢的改变提供ＲＰＥ的功能信息对于更好地了

228 解视网膜衰老疾病的生物学改变具有重要意义但是由于自发荧光较难定量和比较, 在临床中应用受到一定限制五展望近几年, 随着电子设备和成像技术的革新, 眼科成像领域快速发展, 为眼科医生记录评价监控疾病发展提供很大帮助 [16] 从传统眼底彩照发展到通过 cslo 技术眼底成像, 有利于进一步了解眼底病发生发展过程中的各种图 6 PCV 患者的传统眼底彩照和 cslo 成像对比

5 228 解视网膜衰老疾病的生物学改变具有重要意义但是由于自发荧光较难定量和比较, 在临床中应用受到一定限制五展望近几年, 随着电子设备和成像技术的革新, 眼科成像领域快速发展, 为眼科医生记录评价监控疾病发展提供很大帮助 [16] 从传统眼底彩照发展到通过 cslo 技术眼底成像, 有利于进一步了解眼底病发生发展过程中的各种图 6 PCV 患者的传统眼底彩照和 cslo 成像对比 A: 传统眼底彩照 ;B:cSLO 的 IR 成形态学特征 cslo 眼底成像像 ;C: 自发荧光成像 ;D: 黄斑区 OCT 扫描成像的优势有 : 免散瞳, 甚至是零散瞳, 对于瞳孔小的患者可以得到清晰的眼底成像 ; 其次, 晶状体混浊的患者可以获得较传统眼底彩照清晰的眼底成像效果 ; 由于 cslo 成像清晰, 对于早期糖尿病视网膜病变患者筛查的敏感性高, 特异性好 ;cslo 成像能够提供脉络膜层次的眼底成像, 对于脉络膜疾病更具优势此外, 有些 cslo 设备还可动态记录眼底情况, 有助于区别玻璃体或是视网膜疾病然而,cSLO 成像仍有一些局限性 : 其照明光较传统眼底彩照光束集中, 患者感觉照明光较强, 有不适反应另外, 对于视网膜前出血及视网膜脱离等视网膜前病变成像效果差, 具体的原因还需要继续探讨随着成像技术的不断提高和临床应用的进一步深入,cSLO 技术更多潜在的临床意义将被发现参考文献 [1] ShirakiK,HarimuraY,MoriwakiM,etal.Digitalfluorescein fundusangiographywithdfc 512andIMAGEnetsystems.EurJ Ophthalmol,1991,1(1):39 44 [2] ElsnerA,BurnsSA,WeiterJ,etal.Infraredimagingofsub ret inalstructuresinthehumanocularfundus.visionres,1996,36 (1): [3] BennetTJ,BaryCJ.Ophthalmicimagingtoday:anophthalmic photographer sviewpoint areview.clinexperimentophthalmol, 2009,37(1):2 13 [4] DarmaS,ZantvoordF,VerbraakFD.Thequalityandusabilityof smartphoneand hand held fundus photography, compared to standardfundusphotography.actaophthalmol,2015,93(4): e [5] WebbRH,HughesGW,PomerantzefO.FlyingspotTVophthal moscope.applopt,1980,19(17): [6] WebbRH,HughesGW,DeloriFC.Confocalscanninglaseroph thalmoscope.applopt,1987,26(8): [7] BernardesR,SeranhoP,LoboC.DigitalOcularfundusimaging: areview.ophthalmologica,2011,226(4): [8] SharpPF,ManivannanA.Thescanninglaserophthalmoscope. PhysMedBiol,1997,42(5): [9] QuerquesG,SrourM,MasambaN,etal.ReticularPseudodrus en.ophthamology,2013,120(4): [10] KirkpatrickJN,ManivannanA,GuptaAK,etal.Fundusima ginginpatientswithcataract:roleforavariablewavelengthscan ninglaserophthalmoscope.brjophthalmol,1995,79(10): [11] EtenPG,BrouwereDD,WestersP,etal.Zerodilationoph thalmoscopy.jophthalmicphotogr,2014,36(2):55 62 [12] SilvaPS,CavaleranoJD,SunJK,etal.Nomydriaticultrawide fieldretinalimagingcomparedwithdilatedstandard7 field35 mmphotographyandretinalspecialistexaminationforevaluation ofdiabeticretinopathy.amjophthalmol,2012,154(3): [13] WeselMM,NairN,AakerGD,etal.Peripheralretinalische mia,asevaluatedbyultra widefieldfluoresceinangiography,is asociatedwithdiabeticmacularedema.brjophthalmol,2012, 96(5): [14] ChuiTY,GastTJ,BurnsSA.Imagingofvascularwalfine structureinthehumanretinausingadaptiveopticsscanninglaser ophthalmoscopy.investophthalmolvissci,2013,54(10): [15] vonruckmanna,fitzkefw,birdac.distributionoffundus autofluorescencewith ascanninglaserophthalmoscope. BrJ Ophthalmol,1995,79(5): [16] KeanePA,SaddaSR.RetinalImaginginthetwenty firstcentury Stateoftheartandfuturedirections.Ophthalmology,2014,121 (12): ( 收稿日期 : )

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位自然科学版文章编号视网膜图像中视盘的快速自动定位方法赵晓芳林土胜李碧摘要基于眼底视网膜血管的分布结构及视盘本身的特点提出一种快速自动定位视盘的方法首先根据视网膜血管的网络分布结构大致定位视盘的垂直坐标然后根据视盘的亮度信息及视盘与血管的关系来定位视盘的水平坐标最后把视盘限定在以粗定位的视盘为中心的一个小窗口内用变换精确定位视盘中心该方法不需要事先分割视网膜血管也不需要对算法进行训练