国际眼科时讯

用于眼部疾病早期筛查的非接触式技术

2021-08-30 10:52:00
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编者按：近年来，眼科检查技术不断发展，逐渐向智能化、精准化、无创化转变，近期滑铁卢大学(University of Waterloo)工程研究人员开发了一项新技术，致力于检测视网膜血液和组织中主要的致盲疾病，并发表于Scientific Reports期刊，这项技术通过提供眼睛的氧饱和度和氧代谢等功能参数检测结果，有望在多种致盲眼病的早期筛查、诊断和管理中发挥关键作用，提高诊断效率，改善疾病预后。

技术发展大势所趋

眼科疾病的早期诊断提高了对病理生理学的认识，有助于准确监测和有效治疗。准确测量眼组织中发色团浓度的能力对提高大多数眼病的筛查和诊断水平至关重要。既往部分研究已经证明，眼部氧饱和浓度(SO2)和黑色素浓度的变化在各种流行眼病的发生发展中起到重要作用。例如，在糖尿病视网膜病变(DR)、青光眼疾病和视网膜静脉阻塞中，视网膜氧饱和度异常。此外，视网膜色素上皮(RPE)层的黑色素丢失被证明是影响年龄相关性黄斑变性(AMD)进展的主要因素。因此，准确测量眼内组织的发色团浓度可能使基于生物标记物的早期诊断成为可能。然而，受目前检测方法的限制，AMD、DR和青光眼等早期没有症状的疾病，通常只有在视力受到可逆转的影响后才被诊断出来。

在过去的几十年里，科研人员做了大量的工作来精确测量眼组织中SO2和黑色素浓度。眼科研究中测量视网膜SO2的金标准是使用视网膜内电极直接测量氧含量张力。然而，该方法的侵入性限制了其临床应用，因此只能在外科手术过程中应用于人眼的测量。此外，使用这种方法不能绘制出大面积的氧合量。无法可视化眼血管中氧含量空间分布。磁共振成像(MRI)可以无创地检测人类视网膜氧的分布，然而，它的分辨率低，只能作为定性的测量工具。

先进的多模态眼成像平台在眼组件可视化方面发挥着至关重要的作用，为临床医生评估各种眼病提供了有价值的工具。近期，研究人员首次提出了非接触、多波长光声遥感(PARS)显微镜和光学相干断层扫描（SS-OCT）在体内的眼睛功能和结构成像。该系统提供了光学吸收和光学散射的互补成像对比，并用于小鼠眼睛的同步非接触活体成像。

图1. 多模态PARS-OCT系统的简化示意图和时序图

图2. 多模态PARS-OCT系统的成像性能。图a显示了PARS吸收对比机制中以直径为0.97μm的微珠溶液成像为特征的PSF。图b显示了PARS散射对比度的PSF。图c显示了SS-OCT的轴向PSF。图d显示了SS-OCT的灵敏度。

研究创新技术突破

为了评估多模态成像系统的体内应用能力，研究人员选择了对小鼠耳朵进行成像，这是一种长期建立的皮肤微循环动物模型，与人类皮肤非常相似。由于多模态系统与传统的光学显微镜相似，它可以很容易地应用于研究其他流行的动物模型。图3a显示了小鼠耳朵的白光照片，虚线矩形表示对应的PARS和OCT成像区域。图3b显示了SS-OCT系统通过0.26NA显微镜物镜在体内获得的2.5mm×2.5mm面积大小的裸鼠耳图像。SS-OCT系统提供了耳组织中无血管结构的显微解剖学(图3c)。从OCT横断面图像中，能够估计出成像区域的厚度在200μm到300μm之间。皮肤的正交视图(图3d)清晰地显示了由于高分辨率下的耳朵结构。耳组织由两层皮肤组成，由一层非散射的软骨分开，皮肤最外层的表皮往往表现为散射。表皮和真皮之间的连接清晰可见，其次是真皮、毛囊、毛泡轴、卵泡球和小血液和淋巴管的位置。嵌在皮肤层的低散射区域很可能是皮脂腺。然而，OCT图像上的血管并不明显。相比之下，PARS的吸收机制可准确定位耳朵的血管系统(图3e–g)。对于小鼠耳朵图像，信噪比被视为感兴趣区域的最大振幅投影像素超过噪声标准偏差的平均值，被量化为36±3dB。小鼠耳部图像的体内分辨率约为2.4μm±0.5μm。

图3

服务临床精准诊断

新系统的核心专利技术被称为PARS。它使用多色激光几乎可以在不接触人体组织的情况下即时成像。当用于眼睛时，非侵入性、非接触的方法极大地提高了患者的舒适度和测试结果的准确性。实验室的研究人员也在应用这项技术，为乳房、胃肠病学、皮肤和其他癌变组织提供显微分析，并使实时成像技术在脑肿瘤切除过程中辅助外科医生开展手术。研究人员表示：PARS可能会超越目前眼科成像的黄金标准，不仅在眼科，而且在整个医疗领域，第一次实现了在结构改变和功能丧失之前进行疾病的诊断和治疗。

希望在未来，随着检查技术的不断进展，不断实现眼科疾病的早期初期诊断。有望极大提高医疗服务效率和质量，减少延迟诊断引起的负面影响。在降低医疗负担和压力的同时，提高患者的视觉质量和预后。

参考资料：https://medicalxpress.com/news/2021-06-touchless-technology-early-eye-diseases.html