錢玖林 綜述 廖萱 蘭長駿 審校

川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院眼科 川北醫(yī)學院眼視光醫(yī)學院，南充 637000

自1609年開始使用望遠鏡觀察天體以來，研究者發(fā)現(xiàn)大氣湍流的動態(tài)擾動使星像不斷抖動，成像光斑的形狀也不斷變化。為使觀察更清晰和穩(wěn)定，自適應光學(adaptive optics，AO)的概念在20世紀中葉應運而生。人眼是特殊的光學系統(tǒng)，一般的眼科成像設備難以實現(xiàn)高分辨率眼底成像。利用AO技術可以動態(tài)地校正人眼像差，獲得接近人眼衍射極限的高分辨率視網(wǎng)膜細胞圖像，有助于從細胞水平研究眼病的發(fā)病機制、做出早期診斷、評價干預效果，為視覺科學研究提供一種新的方法。1997年，Liang等首次將AO技術與眼底照相機結合后分辨率提高了2.7倍，使視網(wǎng)膜成像的橫向分辨率達2 μm左右，獲得了活體人眼視網(wǎng)膜單個細胞圖像。此后，AO應用于眼科學領域的研究日益廣泛而深入。本文就AO技術在眼科中的應用進展進行綜述。

1.AO技術原理

經(jīng)典的AO系統(tǒng)由傳感器、控制器和校正器組成，對光學波前像差進行實時測量、控制和校正。由于波前像差難以直接測量，所以AO系統(tǒng)中的波前傳感器先測量波前曲率或斜率，再利用波前復原計算法計算出波前相位，然后控制器把傳感器測得的波前畸變信息轉化成校正器的控制信號，校正器通過實時改變自身形狀從而校正波前像差。常見的波前校正器有變形反射鏡和液晶空間光調制器等。

近年發(fā)展起來的無波前傳感器自適應光學技術(wavefront sensorless adaptive optics，WSLAO)將圖片成像質量作為AO系統(tǒng)的傳感元件，基于特定的算法來計算最優(yōu)變形鏡命令，利用焦平面圖像的光強度信息精確地校正隨時間變化的像差。WSLAO省去了專用的波前傳感器，簡化了系統(tǒng)結構并降低了制作成本，可能對某些不適合用Hartmann-Shack傳感器測量像差的眼病，如白內障具有一定的優(yōu)勢。

2.AO在眼科領域中的應用

2.1 AO與主客觀驗光

利用AO技術可以實現(xiàn)根據(jù)波前像差進行驗光。西班牙Voptica公司的自適應光學視覺模擬器Visual Adaptive Optics(VAO)集客觀與主覺驗光于一體，通過Hartmann-Shack波前傳感器測量人眼像差，將測得的低階像差數(shù)值轉換為客觀屈光度，為主覺驗光提供起始度數(shù)；主覺驗光則由自適應液晶空間光調制器實現(xiàn)，通過靜電壓控制改變該調制器內置超微晶體之間的相對位置來改變光線路徑，模擬球鏡、柱鏡等光學透鏡的變化，從而檢查患者的主覺屈光度。Hervella等研究證實VAO的驗光結果與傳統(tǒng)主覺驗光結果相當，并顯示出檢查者間良好的重復性。林政樺等將VAO驗光與傳統(tǒng)驗光(電腦驗光+綜合驗光儀驗光)進行比較發(fā)現(xiàn)，2種檢查方式在客觀驗光時，球鏡度和柱鏡J結果間差異均有統(tǒng)計學意義，而主覺驗光時僅球鏡度差異有統(tǒng)計學意義，但這些差異的實際臨床意義不大，不影響臨床醫(yī)師解讀屈光數(shù)據(jù)；VAO驗光效率較傳統(tǒng)的電腦驗光+主覺驗光有顯著提高，VAO驗光的準確度和可重復性受檢查者的水平和臨床經(jīng)驗的影響較小。該設備還可矯正部分或全部像差再進行驗光，探討不同像差對視力的影響，為個性化像差矯正的屈光手術提供指導。此外，在AO Hartmann-Shack傳感器中添加瞳孔追蹤功能可測出眼球不同運動軌跡上的像差，理論上可輔助制作波前像差個性化矯正鏡片，但AO技術在這一領域的應用還有待改進。

2.2 AO與視覺誘發(fā)電位

視覺誘發(fā)電位(visual evoked potential，VEP)是視網(wǎng)膜接受視覺刺激后大腦皮質枕葉區(qū)產生的電反應，因此視網(wǎng)膜成像的清晰度會影響VEP結果，而像差是影響視網(wǎng)膜成像清晰度的主要因素之一?，F(xiàn)有VEP檢查通過鏡片矯正低階像差，由于鏡片度數(shù)離散，難以實現(xiàn)對像差的精確矯正，殘余低階和高階像差對較高空間頻率的圖形VEP影響較大，導致無法判斷圖形VEP結果的異常是由視路異常還是未矯正的像差所致。Yang等將AO引入圖形VEP檢查，消除人眼像差對視覺刺激向視網(wǎng)膜投射成像的影響，提高了VEP結果的準確性，可為視神經(jīng)功能評價提供更精準的數(shù)據(jù)。

2.3 AO與視覺訓練

視覺神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育受外界視覺刺激精細程度的影響。人眼的像差、散射和衍射會降低視網(wǎng)膜成像質量，使得視覺神經(jīng)系統(tǒng)未能獲得足夠清晰的刺激，限制了其精細發(fā)育。近年研究發(fā)現(xiàn)，視知覺學習訓練可以調整大腦皮質視覺神經(jīng)系統(tǒng)，提升視覺功能。除了離焦和散光，高階像差對弱視患者視覺功能的缺陷也有一定的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在矯正高階像差的基礎上進行視知覺學習可以改善訓練效果，且視覺神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育關鍵期后仍具有一定的可塑性。利用AO技術矯正像差結合視知覺學習訓練，可以為弱視，尤其是成年弱視患者提供更有效的治療，突破弱視治療關鍵期的限制。該訓練模式也有望在老年視力衰退及飛行員等特殊人群的視力保健等方面得到應用。

2.4 AO視覺模擬

視覺是復雜的主觀認知過程，通過矯正像差獲得的理想光學狀態(tài)不一定給患者帶來滿意的視覺效果，大腦神經(jīng)適應性的差異也使視覺體驗因人而異。理論上，波前像差引導個體化準分子激光角膜原位磨鑲術可減少術后高階像差的產生，但由于角膜切削精度和術后像差變化的影響，目前從臨床應用來看仍然無法達到術后零球差的效果或完美的光學狀態(tài)。如果能在術前對不同像差矯正方案進行術后光學質量預測以及術后視覺效果模擬體驗，從而選擇最佳方案，可以提高患者滿意度，降低二次手術的風險。在調節(jié)與立體視覺等視功能研究中，應用AO技術可以全部矯正、選擇矯正，甚至增加特定項像差，在屈光手術術前模擬術后視覺效果，以便更好地理解不同像差對視覺質量的影響。Guo等利用AO系統(tǒng)對3種不同類型人工晶狀體植入眼內的效果進行評估，發(fā)現(xiàn)對于同一受試者而言，非球面人工晶狀體植入后的遠距矯正視力優(yōu)于球面人工晶狀體，多焦點人工晶狀體遠距矯正視力最差。Pérez-Vives等應用一款AO視覺模擬器對有晶狀體眼后房型人工晶狀體植入術和準分子激光角膜原位磨鑲術進行模擬，結果表明前者提供的光學和視覺質量更好，而后者誘導產生了更多的高階像差，特別是對于屈光不正度數(shù)更高和瞳孔更大的患者。以往研究都是在術前進行視覺效果模擬，且模擬效果與術后結果的一致性尚未得到證實。2019年，Vinas等研究發(fā)現(xiàn)，同一眼植入多焦點人工晶狀體術前AO視覺模擬與術后真實的光學質量及視覺質量有很好的一致性。

2.5 自適應光相干斷層掃描技術

光相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)作為一種非侵入性檢查技術在眼科廣泛應用。2004年，Hermann等首次將AO與時域OCT結合，隨著技術的進展，掃頻OCT與AO的結合也受到越來越多的關注。自適應光相干斷層掃描(adaptive optics OCT，AO-OCT)可提供高靈敏度和高分辨率的視網(wǎng)膜內層圖像，顯示神經(jīng)節(jié)細胞和單個神經(jīng)纖維束并實現(xiàn)相應橫截面輪廓的測量，在各種視神經(jīng)病變，如青光眼的研究中可發(fā)揮重要的作用。同時，AO-OCT可分辨出更精細的血管系統(tǒng)細節(jié)，增強小毛細血管的可見性，可用于糖尿病視網(wǎng)膜病變、年齡相關性黃斑變性和視網(wǎng)膜色素變性等眼底疾病的檢查、診斷和監(jiān)測。最近，Ju等研制出一款多尺度、多對比度、無傳感器的AO-OCT系統(tǒng)，運用OCT血流成像技術對視網(wǎng)膜色素上皮層中色素和視網(wǎng)膜毛細血管血流進行成像，使用透射式變形光學元件根據(jù)圖像質量進行像差校正，獲得了大視場和小視場下視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的高分辨率圖像，以及視網(wǎng)膜色素上皮層拓撲和變形的表征，使活體人眼視網(wǎng)膜成像更精細和簡潔。此外，AO-OCT在眼后節(jié)激光手術、色盲和視網(wǎng)膜生理活動研究方面的應用也受到關注。由于AO-OCT無法檢測到熒光信號，無法實現(xiàn)對特定眼底結構的成像，同時其三維成像速度慢，檢查過程中眼位的移動會降低成像質量。

2.6 自適應光學掃描激光檢眼鏡

自適應光學掃描激光檢眼鏡(adaptive optics scanning laser ophthalmoscope，AO-SLO)可實現(xiàn)實時眼底成像。Roorda等首次將AO與共焦掃描激光檢眼鏡(confocal scanning laser ophthalmoscope，cSLO)結合，搭建了AO-cSLO系統(tǒng)，獲得了橫向分辨率約為2.5 μm、縱向分辨率約為70 μm的視細胞、毛細血管血流等高分辨率圖像。AO-cSLO系統(tǒng)通常采用1個光源進行波前像差探測和視網(wǎng)膜成像，而李凌霄等設計了基于雙光源的AO-cSLO系統(tǒng)，其中1個光源用于探測像差，另一光源用于視網(wǎng)膜成像，顯著提高眼底圖像的對比度、亮度和分辨率。AO-SLO系統(tǒng)通過折射或反射方式成像，其中折射式成像系統(tǒng)存在色差且光線會在透鏡前后表面形成反射，影響成像質量，而反射式成像系統(tǒng)幀頻低、結構復雜，不利于觀測視網(wǎng)膜血流等動態(tài)變化。為解決這些問題，江慧綠等提出了一種能消除系統(tǒng)帶來的彗差、像散等像差的反射式AO-SLO系統(tǒng)，其結構更緊湊、簡單，獲得了清晰的視網(wǎng)膜血管以及視錐細胞圖像。

糖尿病視網(wǎng)膜病變患者早期即有視網(wǎng)膜血管管徑、血流速度的改變。AO-SLO可以在不使用造影劑的情況下生成視網(wǎng)膜血管網(wǎng)絡圖，顯示血管中的血細胞運動，測量血流速度，從而實現(xiàn)眼底微小血管改變的早期篩查和無創(chuàng)隨訪。AO-SLO可以顯示青光眼不同階段篩板形態(tài)學的改變，也可以顯示眼后極部及視盤附近神經(jīng)纖維層和毛細血管變化，對于青光眼的診斷及隨訪具有一定價值。此外，將瞳孔跟蹤功能與AO-SLO結合，通過實時光學和數(shù)字跟蹤，解決了檢查過程中因眼位改變導致圖像失真或變形的問題，有利于獲取注視功能較差患者的眼底圖像。Azimipour等介紹了一種AO-SLO-OCT組合系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用1.6 MHz的頻域鎖模激光器同步、同范圍地獲取OCT和SLO掃描信息，避免OCT和SLO單獨成像，可更全面地觀察視網(wǎng)膜的形態(tài)，同時簡化了光學設計和數(shù)據(jù)處理。

3 小結

AO技術實現(xiàn)了對人眼波前像差的實時測量和調控，其在眼科領域的應用為臨床上眼病的診斷和治療以及視功能研究提供了全新的技術手段。由于受限于傳感器的探測精度和變形鏡的校正能力，AO系統(tǒng)尚無法完全矯正波前像差，殘余像差仍然會影響矯正結果。此外，眼底圖片成像質量還受眼內散射、眼球震顫及采集過程中其他噪聲等因素的影響。如何改進現(xiàn)有算法，提升圖像復原效果，將是研究者下一步研究的重點。AO眼科設備價格高昂，目前尚未廣泛應用于臨床，總體上還處于實驗室研究階段，因此研制更低廉、更易操作、更智能的AO眼科設備也成為今后研究的重點方向之一。雖然該技術目前還存在各種局限，但是隨著技術的進一步完善，硬件設備和軟件的不斷創(chuàng)新，AO有望在眼科領域發(fā)揮更大的作用。

利益沖突