五分鐘了解//光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)（OCT）
目前光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)(OCT)已經(jīng)廣泛用于臨床眼科治療與檢查之中，作為一種良好的成像工具在各種眼科疾病的診療中發(fā)揮了巨大作用，隨著OCT技術(shù)的不斷進(jìn)步，有學(xué)者將自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)(AO)與OCT技術(shù)進(jìn)行結(jié)合產(chǎn)生了一種新的眼底成像工具---自適應(yīng)OCT， AO本身不是一種成像方式。它是一項(xiàng)輔助技術(shù)，可增強(qiáng)眼底攝像頭，掃描激光檢眼鏡（SLO）或OCT等在視網(wǎng)膜成像模式下的性能。而這種新的自適應(yīng)OCT(AO-OCT)具有超高的分辨率，可觀察到眼底視網(wǎng)膜微小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。這對于我們認(rèn)識(shí)眼底視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的病理生理學(xué)是至關(guān)重要的，許多病理改變源于細(xì)胞規(guī)模的功能和結(jié)構(gòu)改變，這有助于我們在疾病發(fā)生早期就可以注意到視網(wǎng)膜的病理變化。因此，對這些組織進(jìn)行足夠細(xì)致的研究，便可以更好地了解相關(guān)疾病的發(fā)展或治療干預(yù)的效果。AO-OCT的出現(xiàn)首次實(shí)現(xiàn)了具有高分辨率的體內(nèi)3D視網(wǎng)膜成像。本文將簡單的介紹一下這種具有很大潛力的眼科成像設(shè)備。
下圖為目前“標(biāo)準(zhǔn)”臨床OCT圖像（在瞳孔處約1.5 mm光束直徑的成像）和AO-OCT圖像（約7 mm光束直徑的成像和AO修正）對比不同橫向分辨率對視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量的影響。圖像顯示對于通過AO-OCT采集的圖像，減小平均斑點(diǎn)直徑以及限制聚焦深度的效果是顯而易見的，因?yàn)锳O-OCT需要移動(dòng)焦平面才能使視網(wǎng)膜中不同深度的結(jié)構(gòu)具有高信噪比。
使用AO-OCT檢查健康志愿者的視網(wǎng)膜斷層結(jié)構(gòu)并將其放大觀察視網(wǎng)膜各層結(jié)果如下圖。
圖二：A）AO-OCT 的斷層掃描圖像，其掃描焦點(diǎn)設(shè)置為健康志愿者的中央凹4.5°偏心距處。B）將圖A中白色矩形標(biāo)記的區(qū)域放大2倍（圓錐的一些內(nèi)部和外部部分分別用紅色和黃色矩形標(biāo)記）。視網(wǎng)膜層標(biāo)記如下：RNFL視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層，GCL神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層，IPL內(nèi)從狀層，INL內(nèi)核層，OPL外從狀層，ONL / HFL外核層/ Henle纖維層，ELM外在限制膜，視錐細(xì)胞感光器內(nèi)外段之間的IS / OS連接，COST視錐細(xì)胞外段尖端，RPE視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞。
圖四：AO-OCT圖像在距中央凹約8°的偏心位置記錄。a）錐形感光體內(nèi)部和外部之間的分段連接，顯示出扭曲的強(qiáng)度模式。一些圖案被放大（插圖）并顯示出多峰波傳播所特有的強(qiáng)度分布。b）在相同的視網(wǎng)膜位置記錄并以假色標(biāo)顯示的不同視網(wǎng)膜層的合成圖像。COST層顯示為紅色，桿外段尖端（ROST）層顯示為綠色。
AO-OCT提供的高靈敏度和軸向分辨率允許可視化不同的內(nèi)部視網(wǎng)膜層。這其中尤其令人感興趣的是視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層（RNFL）和視網(wǎng)膜微循環(huán)管系統(tǒng)。RNFL在青光眼診斷中起重要作用。AO-OCT的較高的橫向分辨率允許可視化單個(gè)神經(jīng)纖維束并測量相應(yīng)的橫截面輪廓。下圖顯示了AO-OCT的成像數(shù)據(jù)，圖像中各個(gè)神經(jīng)纖維束清晰可見。此外，可以在感興趣的放大區(qū)域看到小的毛細(xì)管（用黑色箭頭指示）和神經(jīng)纖維束（用白色箭頭指示）。
圖五：健康志愿者的AO-OCT圖像，其焦點(diǎn)設(shè)置在前層。a）平均（10幀）斷層掃描顯示單個(gè)神經(jīng)纖維。b）用a)中的白色矩形表示的感興趣區(qū)域（放大2倍）。各個(gè)束用白色圓圈標(biāo)記。黑色箭頭表示內(nèi)部視網(wǎng)膜中的微毛細(xì)血管。c）用無傳感器的AO儀器記錄的強(qiáng)度B掃描顯示不同的分割層（用不同的顏色表示）。d）在c）中用紅線表示的層的正面投影。白色箭頭指向單個(gè)神經(jīng)纖維束。水平虛線表示c）中顯示的斷層掃描的位置。
圖六：小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層AO-OCT圖像。a）斷層掃描顯示單個(gè)神經(jīng)纖維束。紅色括號(hào)表示用于平均的深度拓展，以便生成相應(yīng)的en-face面圖像。b）在自適應(yīng)光學(xué)矯正之前，神經(jīng)纖維層en-face圖像。c）自適應(yīng)光學(xué)矯正的神經(jīng)纖維層en-face圖像。圖中白色箭頭指向在b）中幾乎看不到，但在c）中可以清楚看到的結(jié)構(gòu)。
可廣泛的應(yīng)用于眼腦及眼底相關(guān)疾病診斷、病理研究、長期疾病觀察、治療方案優(yōu)化、藥物藥效評(píng)價(jià)等臨床前研究領(lǐng)域：
01
眼腦疾病研究
眼腦疾病作為獨(dú)立的研究方向越來越受到科研者的重視，通過以阿爾茲海默癥、帕金森癥、腦血管病變等眼腦重大疾病的篩查和防治為目標(biāo)，推動(dòng)眼腦重大疾病臨床轉(zhuǎn)化與研究的中心科研機(jī)構(gòu)也越來越多。
腦血管等病變在前期表現(xiàn)出的微血管阻塞、結(jié)構(gòu)變化都可以通過microIV小動(dòng)物視網(wǎng)膜影像系統(tǒng)檢測并通過長期的跟蹤眼底組織機(jī)構(gòu)的細(xì)微變化，探究疾病發(fā)展機(jī)制和治療方法，為眼腦疾病在視覺應(yīng)用方面探索相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)理、早期診斷、優(yōu)化治療方案并促進(jìn)基礎(chǔ)研究的重大研究成果快速向臨床轉(zhuǎn)化。
通過觀察視網(wǎng)膜上的Aβplaque（β淀粉樣蛋白）斑塊沉積物可用于阿茲海默癥研究
02
視網(wǎng)膜病變
Phoenix小動(dòng)物視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)具有高靈敏度的熒光成像功能，能實(shí)現(xiàn)臨床和臨床前熒光素眼底造影技術(shù)的無縫連接。高解析度的成像功能可以對小鼠眼底細(xì)微的血管變化得以辨認(rèn)，血管壁、色素上皮和視網(wǎng)膜內(nèi)界膜等屏障的受損情況也可以檢測到。因此，可有效的檢測和觀察眼底相關(guān)疾病如視網(wǎng)膜病變、黃斑變性、視網(wǎng)膜色素病變、早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、青光眼、白內(nèi)障等，并對相關(guān)疾病進(jìn)行準(zhǔn)確、客觀的動(dòng)態(tài)觀察，為疾病診斷、治療、發(fā)病機(jī)理、預(yù)后評(píng)價(jià)等提供有價(jià)值的依據(jù)。
糖尿病導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管滲透增加
03
新生血管相關(guān)眼病研究
脈絡(luò)膜新生血管（Choroidal NeoVascularisation，CNV），是指來自脈絡(luò)膜毛細(xì)血管的增殖血管，通過Bruch膜的裂口而擴(kuò)展，在Bruch膜與視網(wǎng)膜色素上皮之間、或神經(jīng)視網(wǎng)膜與視網(wǎng)膜色素上皮之間、或位于視網(wǎng)膜色素上皮與脈絡(luò)膜之間增殖形成，又稱視網(wǎng)膜下新生血管。多見于黃斑部，因而損害中心視力，是致盲的主要原因之一。Micron IV可搭載激光模塊，提供精確的激光光凝束去刺激脈絡(luò)膜新生血管的形成，人性化的設(shè)計(jì)保證操作人員可以精確地，可靠地控制遞送激光的定位，大小和強(qiáng)度，滿足不同研究目的的需要。
激光造模后進(jìn)行血管造影觀察
03
不同治療方案優(yōu)化，完成臨床前到臨床的快速轉(zhuǎn)化
針對眾多的眼科疾病，采用的治療方案主要有手術(shù)、藥物治療、激光治療、干細(xì)胞治療等幾種，而針對某一特異病癥選擇最直接有效的治療方法至關(guān)重要。MicroIV小動(dòng)物視網(wǎng)膜成像結(jié)合高清晰的OCT成像可以無創(chuàng)、長期的對動(dòng)物眼底細(xì)微結(jié)構(gòu)變化如視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜細(xì)胞層變化進(jìn)行高解析度的成像，有效評(píng)估不同的治療方法在疾病治療過程中眼底組織的治愈、恢復(fù)情況變化，最快的將臨床前研究方案轉(zhuǎn)化到臨床實(shí)際應(yīng)用中。
04
全身性疾病引起的視網(wǎng)膜病變
不僅僅是各種視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜、視神經(jīng)疾病，黃斑疾病，各種全身性疾病所引起的視網(wǎng)膜病變，如糖尿病性視網(wǎng)膜病變、高血壓性視網(wǎng)膜病變、動(dòng)脈硬化性視網(wǎng)膜病變等也都可以應(yīng)用MicroIV高解析度成像系統(tǒng)進(jìn)行疾病研究。如糖尿病性視網(wǎng)膜病(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病性微血管病變中最重要的表現(xiàn)，表現(xiàn)為具有特異性改變的眼底病變，是糖尿病的嚴(yán)重并發(fā)癥之一。MicroIV小動(dòng)物視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)高解析度熒光成像結(jié)合高分辨率的OCT成像功能可以清晰的觀察到微血管瘤、出血斑、硬性滲出、棉絮斑、靜脈擴(kuò)張、黃斑水腫、黃斑缺血、視網(wǎng)膜內(nèi)微血管異常、玻璃體出血等組織異常信息，為病癥的診斷、發(fā)展檢測、治療等提供有力的研究手段。
Micron IV已在各主要高等院校、科研機(jī)構(gòu)和制藥公司被證實(shí)其在眼科研究方面的重要價(jià)值。早在2010年ARVO大會(huì)上，該公司開發(fā)的 Micron III Retinal Imaging Microscope被公認(rèn)為小動(dòng)物視網(wǎng)膜成像的新標(biāo)準(zhǔn)，來自全球的眼科學(xué)及神經(jīng)科學(xué)研究者都給予了高度評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上公司的科研團(tuán)隊(duì)又推出一款專門為小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物眼睛成像而開發(fā)的高技術(shù)眼科學(xué)研究綜合平臺(tái)——Micron IV。無論在亞洲、歐洲和北美洲，該技術(shù)都已被快速而廣泛地接受。在國內(nèi)，已經(jīng)有多家醫(yī)藥、科研中心購買此儀器，如：北大人民醫(yī)院、北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院、中山大學(xué)眼科國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、葛蘭素史克(GSK)上海等并對該儀器給予了很高的評(píng)價(jià)。是眼腦及眼科研究不可或缺的一柄利器。
參考文獻(xiàn)
Pircher M, Zawadzki RJ. Review of adaptive optics OCT (AO-OCT): principles and applications for retinal imaging [Invited]. Biomed Opt Express. 2017;8(5):2536-2562. Published 2017 Apr 19. doi:10.1364/BOE.8.002536
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