ArcScan Insight 100超高頻數(shù)字超聲掃描儀在眼科臨床中的應(yīng)用

劉文芳，王 浩，宋 鵬，龐辰久

0 引言

目前臨床上常用的眼前節(jié)生物成像測量技術(shù)主要有三種，即Scheimpflug相機成像技術(shù)[1]、光學(xué)相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)技術(shù)[2]和超聲成像技術(shù)。眼科常用于測量前節(jié)的超聲包括A超、B超和超聲生物顯微鏡(ultrasound biomicroscope，UBM)[3]。UBM不僅可以對眼前房進行測量，還可以對眼后房進行觀察，在臨床上應(yīng)用廣泛。但UBM檢查為侵入式，需要表面麻醉，放置浴杯，表面麻醉藥物可能對角膜造成影響，檢查過程中超聲探頭可能壓迫眼球或探頭沒有垂直于角膜均可能對測量結(jié)果造成影響。ArcScan Insight 100超高頻(very high-frequency，VHF)數(shù)字超聲掃描儀是美國ArcScan公司基于超聲原理設(shè)計的一款新型非接觸式超高頻超聲生物顯微鏡，基本原理與UBM相同，但其不需眼表面麻醉、不直接接觸角膜、坐位檢查，超聲探頭沿角膜表面曲線運動，近似于眼球表面弧度進行弧形掃描，掃描深度7.6mm，采用數(shù)字信號處理技術(shù)，通過一個或多個子午線獲取數(shù)據(jù)，生成特定子午線上的眼部影像圖。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀能執(zhí)行角膜成像、眼前節(jié)成像和晶狀體囊成像三種不同類型的掃描。目前國內(nèi)尚缺乏相關(guān)報道，本文對ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀在臨床應(yīng)用的進展進行綜述。

1 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀發(fā)展史

1993年，Reinstein等[4]根據(jù)超聲原理設(shè)計出一款超聲探頭不直接與角膜接觸的眼部掃描儀，掃描深度為7.6mm，命名為Cornell Bio-Acoustic Research Facility(BARF)。1997年掃描儀引入電弧掃描，這樣可確保超聲探頭在掃描的過程中始終與角膜表面保持垂直，保證測量結(jié)果的精確性[5]。1999年將超聲配件更換為聚二氟乙烯(PVDF)傳感器，并將掃描系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)，使患者可以坐著進行掃描檢查，命名為Artemis-1。2001年又將儀器中的傳感器更換為靈敏度更高的鈮酸鋰傳感器，改進后的設(shè)備命名為Artemis-2。后又進行內(nèi)部軟件升級及外部部件更新，最新一代產(chǎn)品ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀于2016年成功在歐美上市后開始應(yīng)用于臨床，并逐漸在國內(nèi)外醫(yī)院中應(yīng)用(圖1)。

圖1 VHF數(shù)字超聲掃描系統(tǒng)發(fā)展史 A：1996～1999年第一代由Reinstein設(shè)計的眼部掃描儀；B：1999年更換傳感器后的眼部掃描儀Artemis-1；C：2001年更換為靈敏度更高的鈮酸鋰傳感器，改進后的設(shè)備命名為Artemis-2；D、E：最新一代產(chǎn)品ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀。

2 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀使用方法

檢查時被檢者處于坐姿，將下頜放在下頜托上，將眼睛浸入一個類似于游泳時使用的護目鏡的EyeSealTM軟邊眼杯中(一次性使用)，被檢者睜開眼睛，檢查者通過計算機屏幕觀察瞳孔位置，當(dāng)被檢者瞳孔位于掃描圖像中央時，囑被檢者閉上眼睛，通過打開眼杯上藍色閥門向眼杯內(nèi)注入生理鹽水(約33℃)，直至眼杯內(nèi)充滿生理鹽水，囑被檢者睜大眼睛，當(dāng)從電腦屏幕上觀察到被檢者眼睛充分暴露在液體中時可開始掃描，掃描結(jié)束后，囑被檢者閉上眼睛，然后打開眼杯上的白色閥門，排空眼杯內(nèi)的液體，被檢者將頭部從儀器上移開，檢查結(jié)束。測量時間不超過5min，同一只眼睛每2次測量間隔時間大于5min。

3 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀主要眼部測量參數(shù)

ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀可測量的主要眼部測量參數(shù)：(1)角膜相關(guān)參數(shù)：中央角膜厚度(central corneal thickness,CCT)、角膜上皮厚度、角膜瓣厚度、角膜帽厚度、角膜基質(zhì)厚度、剩余基質(zhì)厚度；(2)前房相關(guān)參數(shù)：前房深度(anterior chamber depth，ACD)、角到角寬度(angle to angle，ATA)、前房寬度(anterior chamber width，ACW)、前房角(anterior chamber angle，ACA)、溝到溝寬度(sulcus to sulcus，STS)、溝到溝平面矢高(sulcus to sulcus lens rise，STSL)、鞏膜突到鞏膜突的距離、睫狀突到睫狀突距離(cililary body inner distance，CBID)、虹膜突前250、500、750μm房角開放距離(angle opening distance，AOD250、AOD500、AOD750)、虹膜小梁網(wǎng)夾角(angle of iris trabecular mesh，TIA)、小梁網(wǎng)-虹膜空間面積(trabecular meshwork-iris space area，TISA)等，其中房角開放距離由該設(shè)備內(nèi)置軟件自動測量；(3)晶狀體相關(guān)參數(shù)：晶狀體厚度(lens thickness，LT)、晶狀體矢高(crystalline lens rise，CLR)、晶狀體表面曲率；(4)其他：拱高、角膜瘢痕厚度、鞏膜厚度(scleral thickness)、虹膜及睫狀體腫物大小、青光眼引流物通暢情況等，見表1。

表1 使用Artemis超高頻數(shù)字超聲測量眼前節(jié)數(shù)據(jù)的相關(guān)文獻

4 ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀的臨床應(yīng)用

4.1角膜屈光手術(shù)角膜屈光手術(shù)是矯正屈光不正的重要方法，手術(shù)成功需要嚴格的適應(yīng)證篩選、精準的手術(shù)設(shè)計。角膜屈光手術(shù)前角膜厚度的精確測量對手術(shù)類別選擇、光學(xué)區(qū)設(shè)計、術(shù)后屈光度數(shù)的穩(wěn)定及安全性都非常重要，也是角膜屈光手術(shù)醫(yī)師最為關(guān)心的數(shù)據(jù)。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀能獲得準確的眼前部測量數(shù)據(jù)，其重復(fù)性為1.68μm，再現(xiàn)性為1.5μm，精確性為0.71μm，不同操作者之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義[6-7]。AlFarhan等[8]使用Artemis VHF數(shù)字超聲掃描儀對60眼患者CCT進行測量，結(jié)果顯示平均CCT為554.73±31.97μm，與UBM、Orbscan Ⅱ及OCT在角膜中央3.0mm范圍內(nèi)測量結(jié)果的一致性較好[9-12]。

在角膜厚度一定的情況下，角膜瓣厚度與角膜基質(zhì)床厚度密切相關(guān)，角膜瓣厚度是影響角膜基質(zhì)床厚度的重要因素之一，特別是對于準分子激光原位角膜磨鑲術(shù)(laser-assistedin-situkeratomileusis，LASIK)術(shù)后的增強手術(shù)，需要精確評估角膜瓣和角膜基質(zhì)床厚度來選擇增強手術(shù)的方式。目前臨床上常用眼前節(jié)OCT(anterior segment optical coherence tomography，AS-OCT)測量屈光手術(shù)后患者角膜瓣厚度[13]，由于術(shù)后時間過長角膜瓣與基質(zhì)床交界面的反光效應(yīng)減弱等原因，OCT較難分辨角膜瓣的正確位置，給測量屈光手術(shù)后的角膜瓣和角膜基質(zhì)厚度帶來困難。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀可精確測量角膜瓣和角膜基質(zhì)床厚度，使醫(yī)生能對角膜擴張的風(fēng)險進行評估，對預(yù)防術(shù)后角膜擴張具有重要意義[14]，為更高要求的科研和臨床診斷提供新的測量手段，為臨床醫(yī)生提供解決角膜屈光手術(shù)后光學(xué)并發(fā)癥的相關(guān)方法。

角膜屈光手術(shù)后角膜上皮重新分布，其變化可能是由于角膜屈光手術(shù)后會發(fā)生部分屈光回退。ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀可以測量角膜上皮厚度，觀察屈光手術(shù)后角膜上皮厚度的變化及其對屈光回退的影響。Reinstein等[15-16]觀察近視患者LASIK術(shù)后角膜上皮厚度變化時發(fā)現(xiàn)其引起的近視飄移在低度近視患者中更明顯，表明角膜上皮增厚程度與激光消融深度相關(guān)，代償性角膜上皮厚度增加幅度隨著消融深度的增加而增加，中央?yún)^(qū)比周圍區(qū)增厚多，22%的角膜中央上皮增厚發(fā)生在24h內(nèi)，58%的角膜中央上皮增厚發(fā)生在1d～1mo內(nèi)，28%的角膜中央上皮增厚發(fā)生在1～3mo內(nèi)，3～12mo角膜上皮厚度變化趨于穩(wěn)定。消融區(qū)域角膜上皮增厚是導(dǎo)致屈光回退的原因，表明代償性角膜上皮厚度變化會影響屈光手術(shù)效果[17]。角膜上皮細胞的重新分布也有一定益處，可以彌補角膜表面的不規(guī)則性，重建一個光滑的、對稱的光學(xué)表面，改善不規(guī)則散光患者術(shù)后視覺質(zhì)量和手術(shù)效果[18]。

4.2圓錐角膜的早期診斷和隨訪圓錐角膜是一種中央角膜變薄、前突呈圓錐形、常伴有高度不規(guī)則散光的進行性原發(fā)性角膜變性疾病，角膜上皮厚度測量有助于圓錐角膜的早期診斷。角膜上皮重塑是圓錐角膜發(fā)展的特征[19]，是鑒別圓錐角膜的重要方法。目前臨床上常用Pentacam角膜地形圖顯示的角膜前后表面曲率、角膜表面高度、角膜厚度建立的變量模型用以區(qū)分圓錐角膜與正常角膜[20]，但不能觀察角膜上皮的變化，ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀的內(nèi)置軟件系統(tǒng)有根據(jù)角膜上皮厚度變化進行圓錐角膜篩查、排除及評估圓錐角膜嚴重程度的逐步線性判別分析和6個變量模型，可通過不同散光軸上的角膜上皮厚度分布情況識別亞臨床圓錐角膜[21]，其原理是根據(jù)圓錐角膜患者的角膜前表面曲率、角膜后表面曲率、角膜厚度等建立逐步線性判別分析(linear discriminant analysis，LDA)變量模型，根據(jù)模型下的敏感度與特異度識別圓錐角膜并判別圓錐角膜的嚴重程度[22]。Reinstein等[23]使用Artemis VHF數(shù)字超聲掃描儀測量圓錐角膜患者角膜地形圖顯示角膜上皮層呈現(xiàn)“甜甜圈模型”，其特征表現(xiàn)為角膜中央上皮增厚較少的區(qū)域被周邊增厚較多的上皮環(huán)包圍。遠視患者行LASIK術(shù)的目的是使中央角膜曲率變陡，術(shù)中取出透鏡為凹透鏡，術(shù)后角膜形態(tài)與圓錐角膜相似，故遠視術(shù)后的角膜上皮厚度曲線變化可能遵循圓錐角膜的相似模式，顯示為“甜甜圈模型”[16]。因此，角膜上皮厚度變化在圓錐角膜識別中非常重要，將可疑圓錐角膜確定為非圓錐角膜[24]，也可以作為評估圓錐角膜和紫外線-核黃素交聯(lián)術(shù)后角膜擴張是否進展的指標(biāo)[25]。

4.3有晶狀體眼人工晶狀體植入術(shù)有晶狀體眼后房型人工晶狀體(implantable collamer lens，ICL)植入術(shù)是矯正高度近視的有效手段，對于不適合行角膜激光屈光矯正的中低度近視患者也是一種有效補充方法[26]。將ICL植入睫狀溝內(nèi)，具有可靠的眼內(nèi)穩(wěn)定性。ICL手術(shù)成功的重要標(biāo)志之一是術(shù)后具有理想的拱高[27]，拱高是ICL后表面到透明晶狀體前囊膜的直線距離，過高的拱高具有造成房角關(guān)閉導(dǎo)致繼發(fā)青光眼的風(fēng)險[28]，而過低的拱高則具有引起白內(nèi)障的風(fēng)險[29]。ICL有4種大小不同型號，既往ICL型號的選擇一般依據(jù)角膜橫徑白到白(white to white，WTW)，并且參考ACD的大小適當(dāng)調(diào)整ICL型號，但有研究表明WTW與STS之間相關(guān)性并不一致[30]。與單純根據(jù)WTW及ACD用于STAAR公司在線計算系統(tǒng)(Online calculating &Ordering System，OCOS)進行ICL尺寸的測算相比，通過ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀測量的ACD、ATA、ACW、ACA、STS、STSL、CLR和CBID等眼前節(jié)參數(shù)可輸入ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀專用ICL在線計算系統(tǒng)(www.iclsizing.com)，從而得出各個尺寸的ICL植入后的預(yù)測拱高值[31]，同時考慮了ATA、STS等比WTW更為真實的眼內(nèi)空間水平距離，以及CLR和STSL代表的晶狀體厚度對術(shù)后拱高的影響。目前ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀已在國內(nèi)外應(yīng)用于ICL術(shù)前評估睫狀突大小及測量CBID，并推導(dǎo)拱高預(yù)測公式[32]，其對于ICL術(shù)后拱高的預(yù)測具有更高的準確性和可靠性。

5 小結(jié)

綜上所述，ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀是一種超高頻非接觸式超聲生物顯微鏡，其可以準確測量眼前節(jié)生物學(xué)參數(shù)、清楚觀察前后囊袋表面和有效人工晶狀體位置[33]以及虹膜后結(jié)構(gòu)的高清圖像[34]，這會極大改善患者檢查時的體驗及晶狀體屈光手術(shù)效果。目前，ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀已經(jīng)逐步應(yīng)用于臨床，關(guān)于其在角膜屈光手術(shù)、ICL植入術(shù)和早期圓錐角膜診斷中的應(yīng)用已取得一定進展，但在白內(nèi)障、青光眼及眼外傷等檢測與管理中的應(yīng)用仍有待進一步研究。隨著ArcScan Insight 100 VHF數(shù)字超聲掃描儀在臨床應(yīng)用的推廣，大量研究的開展及長時間的數(shù)據(jù)積累，其在臨床中的應(yīng)用范圍將不斷擴展。