五分钟了解//光学相干断层扫描技术（OCT）

五分钟了解//光学相干断层扫描技术（OCT）

自适应光学相干断层扫描技术（AO-OCT）是近年来眼科成像领域的一项重要创新，它结合了自适应光学（AO）和光学相干断层扫描（OCT）的优势，实现了对视网膜微细结构的高分辨率成像。这种技术不仅能够清晰显示视网膜各层的细微结构，还能观察到细胞级别的病理变化，为眼科疾病的早期诊断和治疗提供了新的工具。本文将详细介绍AO-OCT的技术原理及其在眼科疾病诊断和研究中的应用。

目前光学相干断层扫描技术(OCT)已经广泛用于临床眼科治疗与检查之中，作为一种良好的成像工具在各种眼科疾病的诊疗中发挥了巨大作用，随着OCT技术的不断进步，有学者将自适应光学技术(AO)与OCT技术进行结合产生了一种新的眼底成像工具---自适应OCT， AO本身不是一种成像方式。它是一项辅助技术，可增强眼底摄像头，扫描激光检眼镜（SLO）或OCT等在视网膜成像模式下的性能。而这种新的自适应OCT(AO-OCT)具有超高的分辨率，可观察到眼底视网膜微小的细胞结构。这对于我们认识眼底视网膜结构的病理生理学是至关重要的，许多病理改变源于细胞规模的功能和结构改变，这有助于我们在疾病发生早期就可以注意到视网膜的病理变化。因此，对这些组织进行足够细致的研究，便可以更好地了解相关疾病的发展或治疗干预的效果。AO-OCT的出现首次实现了具有高分辨率的体内3D视网膜成像。本文将简单的介绍一下这种具有很大潜力的眼科成像设备。

下图为目前“标准”临床OCT图像（在瞳孔处约1.5 mm光束直径的成像）和AO-OCT图像（约7 mm光束直径的成像和AO修正）对比不同横向分辨率对视网膜图像质量的影响。图像显示对于通过AO-OCT采集的图像，减小平均斑点直径以及限制聚焦深度的效果是显而易见的，因为AO-OCT需要移动焦平面才能使视网膜中不同深度的结构具有高信噪比。

图一:使用不同的成像技术对视网膜行OCT 断层扫描。上图为临床标准OCT图像；左下图为AO-OCT（0.5毫米扫描范围），焦点位于感光体层；右下图为AO-OCT（扫描范围为0.5 mm），焦点位于神经节细胞层。

使用AO-OCT检查健康志愿者的视网膜断层结构并将其放大观察视网膜各层结果如下图。

图二：A）AO-OCT 的断层扫描图像，其扫描焦点设置为健康志愿者的中央凹4.5°偏心距处。B）将图A中白色矩形标记的区域放大2倍（圆锥的一些內部和外部部分分別用紅色和黃色矩形标记）。视网膜层标记如下：RNFL视网膜神经纤维层，GCL神经节细胞层，IPL內从状层，INL內核层，OPL外从状层，ONL / HFL外核层/ Henle纤维层，ELM外在限制膜，视锥细胞感光器內外段之间的IS / OS连接，COST视锥细胞外段尖端，RPE视网膜色素上皮细胞。

视网膜外层成像

AO-OCT提供的高轴向分辨率可在不同的外部视网膜层之间实现清晰的分离。与AO-SLO或AO眼底照相机成像相比，这是一个明显的优势。下图显示了中央凹区域中不同视网膜层的代表性图像。锥形的图像在IS / OS和COST处清晰可见，表明锥形感光体的波导特性，即光被耦合到一个圆锥体内段（“波导”）中，锥内折射率的变化（在IS/OS结和OS尖端）会产生这些不同的反射。AO-OCT系统也可以使RPE细胞图形进行可视化。RPE的状态被认为是许多外部视网膜疾病如年龄相关性黄斑变性（AMD）发展的关键因素。尽管使用暗场检测方案或自发荧光成像的AO-SLO也能生成相似图像，但AO-OCT能够同时提供有关这些结构和圆锥形感光器的更多信息。最近的一项研究使用AO-OCT专门研究了更详细的感光体脱落过程。在90分钟内记录3D视锥细胞的体积，并随时间追踪各个视锥。因此，一些视锥细胞在〜18分钟的时间内都没有COST反射。在重新出现COST反射后，外部段的长度减少了2-3µm，这清楚地表明了RPE感光体的脱落过程。

图三：在健康志愿者的中央凹区域记录的不同后视网膜层的AO-OCT图像。ELM外部限制膜，视锥细胞感光体內部和外部之间的IS / OS连接，COST视锥细胞的外部尖端，RPE视网膜色素上皮细胞。

图四：AO-OCT图像在距中央凹約8°的偏心位置记录。a）锥形感光体內部和外部之间的分段连接，显示出扭曲的強度模式。一些图案被放大（插图）并显示出多峰波传播所特有的强度分布。b）在相同的视网膜位置记录并以假色标显示的不同视网膜层的合成图像。COST层显示为紅色，杆外段尖端（ROST）层显示为绿色。

视网膜的内层成像

AO-OCT提供的高灵敏度和轴向分辨率允许可视化不同的内部视网膜层。这其中尤其令人感兴趣的是视网膜神经纤维层（RNFL）和视网膜微循环管系统。RNFL在青光眼诊断中起重要作用。AO-OCT的较高的横向分辨率允许可视化单个神经纤维束并测量相应的横截面轮廓。下图显示了AO-OCT的成像数据，图像中各个神经纤维束清晰可见。此外，可以在感兴趣的放大区域看到小的毛细管（用黑色箭头指示）和神经纤维束（用白色箭头指示）。

图五：健康志愿者的AO-OCT图像，其焦点设置在前层。a）平均（10帧）断层扫描显示单个神经纤维。b）用a)中的白色矩形表示的感兴趣区域（放大2倍）。各个束用白色圆圈标记。黑色箭头表示內部视网膜中的微毛细血管。c）用无传感器的AO仪器记录的強度B扫描显示不同的分割层（用不同的颜色表示）。d）在c）中用红线表示的层的正面投影。白色箭头指向单个神经纤维束。水平虚线表示c）中显示的断层扫描的位置。

图六：小鼠视网膜神经纤维层AO-OCT图像。a）断层扫描显示单个神经纤维束。红色括号表示用于平均的深度拓展，以便生成相应的en-face面图像。b）在自适应光学矫正之前，神经纤维层en-face图像。c）自适应光学矫正的神经纤维层en-face图像。图中白色箭头指向在b）中几乎看不到，但在c）中可以清楚看到的结构。

用途及应用范围

可广泛的应用于眼脑及眼底相关疾病诊断、病理研究、长期疾病观察、治疗方案优化、药物药效评价等临床前研究领域：

眼脑疾病研究

眼脑疾病作为独立的研究方向越来越受到科研者的重视，通过以阿尔兹海默症、帕金森症、脑血管病变等眼脑重大疾病的筛查和防治为目标，推动眼脑重大疾病临床转化与研究的中心科研机构也越来越多。脑血管等病变在前期表现出的微血管阻塞、结构变化都可以通过microIV小动物视网膜影像系统检测并通过长期的跟踪眼底组织机构的细微变化，探究疾病发展机制和治疗方法，为眼脑疾病在视觉应用方面探索相关疾病的发病机理、早期诊断、优化治疗方案并促进基础研究的重大研究成果快速向临床转化。通过观察视网膜上的Aβplaque（β淀粉样蛋白）斑块沉积物可用于阿兹海默症研究。

视网膜病变

Phoenix小动物视网膜成像系统具有高灵敏度的荧光成像功能，能实现临床和临床前荧光素眼底造影技术的无缝连接。高解析度的成像功能可以对小鼠眼底细微的血管变化得以辨认，血管壁、色素上皮和视网膜内界膜等屏障的受损情况也可以检测到。因此，可有效的检测和观察眼底相关疾病如视网膜病变、黄斑变性、视网膜色素病变、早产儿视网膜病变、视网膜母细胞瘤、青光眼、白内障等，并对相关疾病进行准确、客观的动态观察，为疾病诊断、治疗、发病机理、预后评价等提供有价值的依据。糖尿病导致视网膜血管渗透增加。

新生血管相关眼病研究

脉络膜新生血管（Choroidal NeoVascularisation，CNV），是指来自脉络膜毛细血管的增殖血管，通过Bruch膜的裂口而扩展，在Bruch膜与视网膜色素上皮之间、或神经视网膜与视网膜色素上皮之间、或位于视网膜色素上皮与脉络膜之间增殖形成，又称视网膜下新生血管。多见于黄斑部，因而损害中心视力，是致盲的主要原因之一。Micron IV可搭载激光模块，提供精确的激光光凝束去刺激脉络膜新生血管的形成，人性化的设计保证操作人员可以精确地，可靠地控制递送激光的定位，大小和强度，满足不同研究目的的需要。激光造模后进行血管造影观察。

不同治疗方案优化，完成临床前到临床的快速转化

针对众多的眼科疾病，采用的治疗方案主要有手术、药物治疗、激光治疗、干细胞治疗等几种，而针对某一特异病症选择最直接有效的治疗方法至关重要。MicroIV小动物视网膜成像结合高清晰的OCT成像可以无创、长期的对动物眼底细微结构变化如视网膜、脉络膜细胞层变化进行高解析度的成像，有效评估不同的治疗方法在疾病治疗过程中眼底组织的治愈、恢复情况变化，最快的将临床前研究方案转化到临床实际应用中。

全身性疾病引起的视网膜病变

不仅仅是各种视网膜、脉络膜、视神经疾病，黄斑疾病，各种全身性疾病所引起的视网膜病变，如糖尿病性视网膜病变、高血压性视网膜病变、动脉硬化性视网膜病变等也都可以应用MicroIV高解析度成像系统进行疾病研究。如糖尿病性视网膜病(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病性微血管病变中最重要的表现，表现为具有特异性改变的眼底病变，是糖尿病的严重并发症之一。MicroIV小动物视网膜成像系统高解析度荧光成像结合高分辨率的OCT成像功能可以清晰的观察到微血管瘤、出血斑、硬性渗出、棉絮斑、静脉扩张、黄斑水肿、黄斑缺血、视网膜内微血管异常、玻璃体出血等组织异常信息，为病症的诊断、发展检测、治疗等提供有力的研究手段。

Micron IV已在各主要高等院校、科研机构和制药公司被证实其在眼科研究方面的重要价值。早在2010年ARVO大会上，该公司开发的 Micron III Retinal Imaging Microscope被公认为小动物视网膜成像的新标准，来自全球的眼科学及神经科学研究者都给予了高度评价，在此基础上公司的科研团队又推出一款专门为小型实验动物眼睛成像而开发的高技术眼科学研究综合平台——Micron IV。无论在亚洲、欧洲和北美洲，该技术都已被快速而广泛地接受。在国内，已经有多家医药、科研中心购买此仪器，如：北大人民医院、北京大学基础医学院、中山大学眼科国家重点实验室、葛兰素史克(GSK)上海等并对该仪器给予了很高的评价。是眼脑及眼科研究不可或缺的一柄利器。

参考文献

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