基于掃頻源OCT 的全眼組織參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的研制

任天慧，吳洪軍，王立偉，李躍杰

（中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所，天津 300192）

0 引言

臨床上很多眼科疾病會(huì)導(dǎo)致眼組織生物參數(shù)的改變，如先天性青光眼、閉角型青光眼、老視眼、近視眼、白內(nèi)障、黃斑水腫等[1-2]。眼軸長度作為眼組織的一項(xiàng)重要參數(shù)，可以為眼部相關(guān)疾病的診斷提供依據(jù)[3]。在白內(nèi)障摘除聯(lián)合眼內(nèi)人工晶狀體植入手術(shù)前，需要精確測(cè)量眼軸長度，以便準(zhǔn)確計(jì)算植入眼內(nèi)人工晶狀體的度數(shù)[4]。目前，我國仍有20%～40%的白內(nèi)障患者術(shù)后的預(yù)測(cè)屈光力誤差大于±0.50 D，其中眼軸長度測(cè)量是影響誤差的關(guān)鍵因素[5]。此外，根據(jù)國家衛(wèi)生健康委員會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2018 年我國兒童青少年總體近視率為53.6%[6]。近視程度與眼軸長度呈正相關(guān)，對(duì)兒童和青少年的眼軸長度進(jìn)行監(jiān)測(cè)有助于預(yù)防和治療近視及其引發(fā)的眼科疾病[7]。由此可見，高精度眼軸長度測(cè)量在眼科疾病的預(yù)防、臨床診斷和治療中具有重要作用。

目前，眼軸長度測(cè)量方法主要有超聲測(cè)量和光學(xué)測(cè)量2 種。超聲測(cè)量具有價(jià)格低廉和攜帶便捷的優(yōu)點(diǎn)，但是由于分辨力較低[8]、需要接觸式檢測(cè)和操作復(fù)雜等因素，其測(cè)量精度較低[9-10]，且易損傷、感染角膜。光學(xué)測(cè)量利用光學(xué)相干技術(shù)來測(cè)量眼軸長度，具有非接觸、高精度和操作簡單等優(yōu)勢(shì)，測(cè)量結(jié)果的精確度和重復(fù)性優(yōu)于超聲測(cè)量方法[11-13]，而且可以避免感染。但光學(xué)測(cè)量方法易受屈光介質(zhì)渾濁和固視情況的影響，在眼組織病變嚴(yán)重或固視不佳等情況下無法獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的光學(xué)測(cè)量方法主要是通過時(shí)域光學(xué)相干斷層掃描（time domain optical coherence tomography，TD-OCT）測(cè)量眼軸長度，這種一維光學(xué)成像生物測(cè)量方法存在掃描速率慢、無法固視等局限性[14]。經(jīng)過學(xué)者們的不懈研究以及光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，全眼光學(xué)相干斷層掃描（optical coherence tomography，OCT）技術(shù)越來越成熟。目前，市面上較為先進(jìn)的光學(xué)成像生物測(cè)量儀器是德國蔡司公司的IOL Master 700，其基于掃頻源OCT 技術(shù)，可以在整個(gè)眼球的長度范圍內(nèi)進(jìn)行OCT 成像，測(cè)量的眼軸范圍為14～38 mm，且對(duì)白內(nèi)障患者的眼軸檢出率更高[15]。但是此設(shè)備價(jià)格昂貴，其對(duì)眼球局部組織的成像分辨力稍差，臨床上只能用于生物組織參數(shù)測(cè)量。臨床上多用于眼前節(jié)成像或眼底成像的頻域OCT（frequency domain optical coherence tomography，F(xiàn)D-OCT）設(shè)備的探測(cè)深度多為2～3 mm，但此類成像設(shè)備無法進(jìn)行全眼范圍成像，不能用于眼軸長度等參數(shù)的測(cè)量。

垂直腔表面發(fā)射激光（vertical-cavity surfaceemitting laser，VCSEL）掃頻激光器是近年來發(fā)展起來的一種激光器，相較于已商業(yè)化的眼軸長度測(cè)量設(shè)備所使用的傳統(tǒng)傅里葉域鎖模（Fourier domain mode locking，F(xiàn)DML），VCSEL 掃頻激光器具有更長的相干長度和更高的掃描頻率。本文設(shè)計(jì)一種基于掃頻源OCT 的全眼組織參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，采用VCSEL掃頻激光器為光源，可以實(shí)現(xiàn)從角膜到眼底的全眼范圍成像，同時(shí)設(shè)計(jì)并集成了視頻監(jiān)視組件和內(nèi)固視組件，確保測(cè)試人員能夠固視，從而保證掃描光線與眼軸平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)眼軸長度、中央角膜厚度、前房深度和晶狀體厚度等眼組織參數(shù)的精確測(cè)量。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于掃頻源OCT 的全眼組織參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)包括光學(xué)成像系統(tǒng)、內(nèi)固視組件和視頻監(jiān)視組件，其原理圖如圖1 所示。

圖1 基于掃頻源OCT 的全眼組織參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)原理圖

1.1 光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光學(xué)成像系統(tǒng)主要包括光路系統(tǒng)模塊、信號(hào)采集處理模塊和系統(tǒng)控制模塊。其中，光路系統(tǒng)模塊用于分光和產(chǎn)生干涉信號(hào)；信號(hào)采集處理模塊對(duì)包含樣品信息的干涉信號(hào)進(jìn)行采集和處理，并在計(jì)算機(jī)上顯示和存儲(chǔ)；系統(tǒng)控制模塊用于控制掃描與采集同步、控制掃描范圍和掃描密度。

1.1.1 光路系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

光路系統(tǒng)模塊由光源、光纖分束器、光環(huán)行器、平衡光電放大器及光學(xué)器件組成。采用Santec 公司的具有掃描頻率高、相干長度長的VCSEL 掃頻源激光器HSL-1 作為系統(tǒng)光源，該光源基于VCSEL 技術(shù)，其發(fā)出的近紅外光經(jīng)過分光比為90∶10 的2×2光纖分束器1，被分成同波長的2 束光，分別進(jìn)入光環(huán)行器2 和光環(huán)行器1，再對(duì)應(yīng)進(jìn)入樣品臂和參考臂。進(jìn)入?yún)⒖急鄣墓饨?jīng)過準(zhǔn)直透鏡1 將入射的點(diǎn)光源調(diào)整為平行光束，平行光束通過聚焦透鏡3 匯聚到焦點(diǎn)上，再通過與光路垂直的反射鏡1 反射回原光路，經(jīng)光環(huán)行器1 射入光纖分束器2。進(jìn)入樣品臂的光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2 準(zhǔn)直后，在X 振鏡和Y 振鏡的反射下通過物鏡聚焦投射到被測(cè)樣品，并隨著振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)樣品進(jìn)行2 個(gè)方向的光點(diǎn)移動(dòng)，投射到樣品的不同位置形成掃描（即三維掃描）。最后由被測(cè)樣品反射回來的帶有被測(cè)樣品結(jié)構(gòu)信息的光經(jīng)光環(huán)行器2 與參考臂反射回來的光進(jìn)入50∶50 的光纖分束器2 發(fā)生干涉，并經(jīng)平衡光電放大器將干涉信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡。在光路系統(tǒng)中，對(duì)于高斯分布的光源，系統(tǒng)縱向分辨力lc計(jì)算公式如下：

系統(tǒng)探測(cè)最大深度zmax計(jì)算公式如下：

式中，δλ為波長分辨力；Ns為采樣點(diǎn)數(shù)；n 為介質(zhì)的折射率。本文所用光源的中心波長λ0為1 060 nm，帶寬Δλ 為40 nm，平均功率為15 mW，掃描頻率為25～200 kHz。根據(jù)光源參數(shù)計(jì)算光路系統(tǒng)在空氣中理論lc為12.4 μm，在眼組織中理論lc為9.3 μm，在空氣中zmax為46.69 mm。光路系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)全眼測(cè)量的同時(shí)保持了高分辨力的優(yōu)勢(shì)，對(duì)眼前節(jié)或者眼底的成像較為清晰。

1.1.2 信號(hào)采集處理模塊設(shè)計(jì)

信號(hào)采集處理模塊主要由數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)處理程序構(gòu)成。平衡光電放大器將光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)并上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要包括窗口補(bǔ)零、色散補(bǔ)償、離散傅里葉變換、對(duì)數(shù)壓縮以及減除背景噪聲等操作，最后生成2D 灰度圖像。數(shù)據(jù)處理流程如圖2 所示，具體步驟如下：（1）將光譜信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換生成16 bit 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。（2）使用切趾窗函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)做窗口補(bǔ)零，以方便后續(xù)利用離散傅里葉變換快速獲取樣品深度信息。（3）利用色散補(bǔ)償進(jìn)行相位校正，以減小信號(hào)的半峰寬，提高系統(tǒng)lc。（4）通過離散傅里葉變換恢復(fù)樣品各層深度信息，通過信號(hào)強(qiáng)度值的變化反映樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息。（5）對(duì)信號(hào)強(qiáng)度值取模并進(jìn)行對(duì)數(shù)變換，將信號(hào)線性壓縮為8 bit。（6）通過減去相對(duì)應(yīng)的背景圖像來減除背景噪聲，以減小系統(tǒng)誤差，提高信噪比，增強(qiáng)圖像質(zhì)量。（7）通過信號(hào)處理程序?qū)⑻幚砗玫臄?shù)據(jù)以2D 灰度圖像的形式在顯示器界面上實(shí)時(shí)顯示。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

1.1.3 系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制模塊主要由計(jì)算機(jī)和控制卡組成，主要功能是控制掃描范圍和掃描密度、同步系統(tǒng)時(shí)鐘以及控制振鏡驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行掃描。具體如下：（1）系統(tǒng)掃描范圍由振鏡的偏轉(zhuǎn)角度決定，而振鏡的偏轉(zhuǎn)角度由加載在驅(qū)動(dòng)器上的電壓控制。本系統(tǒng)的掃描范圍為20 mm，完全滿足眼組織掃描成像。系統(tǒng)掃描密度指的是線間隔和幀間隔，由振鏡每次偏轉(zhuǎn)的幅度決定，而偏轉(zhuǎn)的幅度由1 個(gè)周期三角波的個(gè)數(shù)決定，對(duì)應(yīng)X 方向的即為線數(shù)，對(duì)應(yīng)Y 方向的即為幀數(shù)。例如線數(shù)為1 024 表示X 方向的1 個(gè)三角波上升沿共有1 024 個(gè)點(diǎn)，幀數(shù)512 表示Y 方向的1 個(gè)三角波的上升沿包含512 個(gè)X 方向的三角波。（2）同步系統(tǒng)時(shí)鐘指同步掃描和采集，以光源為觸發(fā)信號(hào)，通過控制卡對(duì)三角波序列的頻率和采樣速率進(jìn)行同步控制。（3）對(duì)于橫向X 振鏡和縱向Y 振鏡可以分別用小周期三角波序列和大周期三角波序列激發(fā)。每個(gè)小周期三角波對(duì)應(yīng)大周期三角波序列中1 個(gè)三角波上的一點(diǎn)，以保證X 方向和Y 方向上的協(xié)同。三角波序列如圖3 所示。通過編寫程序設(shè)定振鏡驅(qū)動(dòng)器的電壓值、生成三角波序列、設(shè)定掃描線數(shù)和幀數(shù)以及設(shè)定同步時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。

圖3 橫向X 振鏡和縱向Y 振鏡三角波序列圖

1.2 光學(xué)組件設(shè)計(jì)

為了能夠更加穩(wěn)定地測(cè)量人眼，本研究將光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成一個(gè)可以在一定范圍內(nèi)自由移動(dòng)的測(cè)頭，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示，實(shí)物圖如圖5 所示。測(cè)頭朝X 和Y 方向移動(dòng)使得掃描光線的中心對(duì)準(zhǔn)瞳孔中心，保證光線穿過角膜映光點(diǎn)并使角膜映光點(diǎn)呈現(xiàn)在窗口正中；測(cè)頭朝Z 方向移動(dòng)保證顯示界面可以完整地對(duì)全眼成像。本研究在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)集成了內(nèi)固視組件和視頻監(jiān)視組件，確保被測(cè)人員能夠進(jìn)行固視，從而保證眼軸長度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

圖4 測(cè)頭結(jié)構(gòu)圖

圖5 測(cè)頭實(shí)物圖

1.2.1 內(nèi)固視組件設(shè)計(jì)

在光學(xué)眼組織測(cè)量中，能否測(cè)量到真視軸對(duì)于測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性有很大影響。為了準(zhǔn)確地測(cè)量眼軸長度，需保證掃描光線與視軸處于同一水平面。在眼科學(xué)中眼軸又稱為視軸，當(dāng)人眼緊盯一點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)與黃斑中央凹的通路就是視軸所在的方向。據(jù)此設(shè)計(jì)內(nèi)固視燈組件，由聚焦透鏡5 和藍(lán)色可見光LED 組成?？梢姽獯┻^分光鏡和系統(tǒng)物鏡進(jìn)入人眼，被測(cè)人員在測(cè)試中緊盯固視燈以保證固視點(diǎn)到黃斑中央凹的通路與從樣品臂射入人眼的掃描光線夾角為零，即平行于Z 方向，此時(shí)眼軸所在的直線與顯示窗口的水平面垂直。

1.2.2 視頻監(jiān)視組件設(shè)計(jì)

為了能夠檢查被測(cè)人員固視是否良好，還設(shè)計(jì)了視頻監(jiān)視組件。該組件由聚焦透鏡6 和電荷耦合元件（charge-coupled device，CCD）以及定焦鏡頭組成，通過定焦鏡頭對(duì)角膜處進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，CCD 將圖像信號(hào)通過USB 接口傳輸至計(jì)算機(jī)，通過顯示窗口可以實(shí)時(shí)觀察被測(cè)人員的角膜位置。實(shí)時(shí)視頻圖像中還可以觀測(cè)到由內(nèi)固視燈在角膜上的反射點(diǎn)形成的光斑，如圖6 所示。操作人員通過觀察光斑是否與瞳孔共中心來確定被測(cè)人員是否進(jìn)行良好的固視，從而初步確定眼軸位置。在光斑與瞳孔共中心的情況下微調(diào)測(cè)頭的位置，當(dāng)顯示窗口中呈現(xiàn)出經(jīng)過角膜映光點(diǎn)垂直入射的光線時(shí)，便可精確確定眼軸的位置。

2 測(cè)量方法

人眼是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。根據(jù)眼組織生理解剖學(xué)，眼軸長度是指角膜前表面至視網(wǎng)膜黃斑中央凹的距離，包括中央角膜厚度、前房深度、晶狀體厚度及玻璃體腔長度等[2]。結(jié)合眼視光學(xué)領(lǐng)域?qū)ρ勰Ｐ偷难芯砍晒?，可以通過測(cè)量其內(nèi)部結(jié)構(gòu)曲面分界處和屈光介質(zhì)精確的光學(xué)特征參數(shù)來計(jì)算人眼模型各結(jié)構(gòu)和介質(zhì)的平均折射率[16]。本研究選擇以Escudero-Sanz 與Navarro 提出的五面大視場(chǎng)人眼光學(xué)模型[17]中計(jì)算出的折射率為參照，以測(cè)量眼組織參數(shù)。表1 為該模型各個(gè)結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)[17]。

圖6 實(shí)時(shí)視頻圖像示例

表1 大視場(chǎng)人眼光學(xué)模型各個(gè)結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)[17]

利用本文研制的全眼組織參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量眼軸長度等眼組織參數(shù)，通過內(nèi)固視燈組件和視頻監(jiān)視組件精確確定眼軸位置時(shí)，立刻采集原始數(shù)據(jù)。將原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理最終生成2D 灰度圖像。在掃描過程中，設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)為4 096，即生成圖像的縱向像素點(diǎn)為4 096 個(gè)。根據(jù)參數(shù)可算出生成圖像的縱向像素間隔為0.011 4 mm。在圖像上測(cè)量眼組織參數(shù)，具體步驟如下：（1）對(duì)圖像進(jìn)行高斯濾波，降低圖像噪聲；（2）對(duì)圖像進(jìn)行先膨脹后腐蝕操作，保證組織邊緣輪廓的連續(xù)；（3）進(jìn)行二值化處理，以便邊緣提??；（4）利用Sobel 邊緣提取方法獲得圖像各處組織邊緣，比如角膜上表面、角膜下表面、晶狀體上表面、晶狀體下表面以及視網(wǎng)膜黃斑中心凹；（5）用最小二乘法擬合上述組織表面的曲線，再求出各表面與過角膜映光點(diǎn)的亮線的交點(diǎn)坐標(biāo)。在計(jì)算某組織長度時(shí)，先計(jì)算出該組織在眼軸所在直線上的起始位置和終點(diǎn)位置的像素坐標(biāo)，其縱坐標(biāo)的差值就是該組織長度所占像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)乘以每個(gè)像素點(diǎn)的長度得到該組織的光學(xué)通路長度。光學(xué)生物測(cè)量中，需要將光學(xué)通路長度轉(zhuǎn)換為幾何光學(xué)長度。根據(jù)大視場(chǎng)人眼光學(xué)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)表，再除以相應(yīng)的折射率，便可得到該組織的實(shí)際長度。

在具體測(cè)量中，先找到圖像中角膜上表面的映光點(diǎn)，記錄該點(diǎn)的坐標(biāo)T1（x1，y1），將該點(diǎn)與黃斑中央凹連線，依次相交角膜下表面于T2（x2，y2）、交晶狀體上表面于T3（x3，y3）、交晶狀體下表面于T4（x4，y4），最后記錄黃斑中央凹的坐標(biāo)T5（x5，y5）。人眼組織的2D圖像及各坐標(biāo)點(diǎn)如圖7 所示，依次計(jì)算各層次厚度，記中央角膜厚度為H1、前房深度為H2、晶狀體厚度為H3、眼軸長度為H4，計(jì)算公式如下：

式（3）～（6）中，n角膜、n房水、n晶狀體和n玻璃體分別為角膜、前房、晶狀體和玻璃體的折射率。

圖7 人眼組織2D 灰度圖像及各坐標(biāo)點(diǎn)

在計(jì)算眼軸長度時(shí)，除了采用上述分段測(cè)量再相加的方式外，還可以通過角膜上表面到黃斑中央凹的距離直接測(cè)得，但需要討論人眼平均折射率的問題。Hitzenberger 等[18]根據(jù)Gullstrand 模型眼推導(dǎo)得出全眼在近紅外波長照射下平均折射率nˉ為1.354 9，考慮到本系統(tǒng)的掃描光線中心波長為1 060 nm，故采用1.354 9 作為人眼平均折射率。由此得到眼軸長度H5的計(jì)算公式為

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 模擬眼結(jié)構(gòu)測(cè)量

本研究利用玻璃靶制作了模擬眼結(jié)構(gòu)模型。該結(jié)構(gòu)模型由5 塊屈光度標(biāo)準(zhǔn)但厚度不同的平面玻璃鏡片以一定距離組裝在視度筒內(nèi)，用于模擬眼角膜、晶狀體結(jié)構(gòu)和視網(wǎng)膜反射層，如圖8 所示。玻璃片標(biāo)稱折射率為1.516。經(jīng)千分尺測(cè)量，5 塊玻璃鏡片的厚度分別為0.504、1.231、1.232、1.233 和0.993 mm，第1 塊和第2 塊、第4 塊和第5 塊玻璃鏡片的間距分別為3.943 和23.021 mm。依據(jù)上述眼組織生物參數(shù)測(cè)量的方法利用本系統(tǒng)對(duì)模擬眼結(jié)構(gòu)采集10 組數(shù)據(jù)，并對(duì)10 幅圖像依次進(jìn)行測(cè)量，分別測(cè)出5 塊玻璃鏡片的厚度h1、h2、h3、h4、h5以及間隔t1和t2，并求出平均值，測(cè)量結(jié)果詳見表2。

圖8 模擬眼結(jié)構(gòu)示意圖

表2 模擬眼結(jié)構(gòu)模型測(cè)量結(jié)果 單位：mm

由表2 測(cè)量結(jié)果可知，本系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度較高，重復(fù)性較好，測(cè)量精度符合眼軸長度測(cè)量要求。

3.2 人眼測(cè)量

本系統(tǒng)激光輸出控制在角膜處入射功率1.5 mW以內(nèi)，在符合美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（American National Standards Institute，ANSI）安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)滿足測(cè)量要求。招募4 名課題組志愿者作為本次實(shí)驗(yàn)的受試者，利用本系統(tǒng)對(duì)4 名受試者的左右眼進(jìn)行測(cè)試，共獲得8 例眼組織參數(shù)數(shù)據(jù)。測(cè)試時(shí)受試者端坐于測(cè)量系統(tǒng)前，下頜和額部貼緊頜托和額托，受試者緊盯系統(tǒng)內(nèi)藍(lán)色固視燈保證眼軸方向與掃描線Z 軸方向平行，操作者不斷調(diào)整物鏡位置使全眼組織圖像能夠完整地呈現(xiàn)在顯示界面中。同時(shí)通過觀察視頻監(jiān)視組件的界面來確定固視燈的光線是否穿過瞳孔中心，再結(jié)合顯示界面中光線是否穿過角膜映光點(diǎn)并在界面上形成一條亮線，以實(shí)現(xiàn)對(duì)眼軸長度的精準(zhǔn)測(cè)量。

首先分段計(jì)算出中央角膜厚度H1、前房深度H2、晶狀體厚度H3和眼軸長度H4，之后根據(jù)平均折射率nˉ用公式（7）計(jì)算出眼軸長度H5。為減小偶然誤差、保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，每例人眼均采集5 幅圖像，得到5 組測(cè)量數(shù)據(jù)，再分別求得各組織長度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。為驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，將測(cè)量結(jié)果與IOL Master 700 進(jìn)行比較。目前，IOL Master 700作為光學(xué)眼組織參數(shù)測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”，根據(jù)IOL Master 的檢測(cè)報(bào)告，其對(duì)每例眼球的中央角膜厚度、前房深度、晶狀體厚度和眼軸長度均測(cè)量5 次，取其平均值和標(biāo)準(zhǔn)差作為測(cè)量結(jié)果。

3.3 測(cè)量結(jié)果及分析

本系統(tǒng)和IOL Master 700 對(duì)每例眼球H1～H5的測(cè)量結(jié)果詳見表3～6。

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P＜0.05 表示所測(cè)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。選擇線性回歸分析來評(píng)價(jià)本系統(tǒng)測(cè)量和IOL Master 700 對(duì)中央角膜厚度、前房深度、晶狀體厚度和眼軸長度測(cè)量結(jié)果的一致性，統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見表7。

表3 受試者1 眼組織生物參數(shù)測(cè)量結(jié)果 單位：mm

表4 受試者2 眼組織生物參數(shù)測(cè)量結(jié)果 單位：mm

表5 受試者3 眼組織生物參數(shù)測(cè)量結(jié)果 單位：mm

表6 受試者4 眼組織生物參數(shù)測(cè)量結(jié)果 單位：mm

在線性回歸分析中，經(jīng)假設(shè)檢驗(yàn)，回歸系數(shù)接近1，截距接近0，說明2 種系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果的一致性比較好[19]。表7 中，R2為判定系數(shù)，是用于判定線性方程擬合優(yōu)度的重要指標(biāo)，R2值越接近1 越好。從結(jié)果中可以看出，R2值均接近于1，由此判斷模型擬合效果良好。其中，由于中央角膜厚度約為0.5 mm，而前房深度、晶狀體厚度等為3～4 mm，中央角膜厚度的量級(jí)較小，參數(shù)測(cè)量誤差對(duì)其的R2影響較大，但也在可接受范圍內(nèi)。經(jīng)回歸方程F 檢驗(yàn)，其P 值＜0.01，說明該回歸方程有效。

表7 測(cè)量結(jié)果的一致性分析

在眼軸長度測(cè)量方面，本研究提出了分段測(cè)量再相加的測(cè)量方法和按照人眼平均折射率nˉ計(jì)算眼軸長度2 種方法，通過與IOL Master 700 的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，可見選擇平均折射率nˉ測(cè)量方法的準(zhǔn)確度較高。其原因可能是分段測(cè)量方法在測(cè)量過程中利用多次測(cè)量結(jié)果相加，使得測(cè)量誤差增大，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度降低。

以上統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明，本系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果與IOL Master 700 的測(cè)量結(jié)果具有很高的一致性，二者測(cè)量中央角膜厚度、前房深度、晶狀體厚度和眼軸長度的均值差值較小且均在合理范圍內(nèi)，測(cè)量結(jié)果基本一致。綜上所述，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼軸長度等眼組織生物參數(shù)的精準(zhǔn)測(cè)量。

4 結(jié)語

在眼科疾病的預(yù)防、診斷和治療過程中，需要獲得精準(zhǔn)的眼組織生物參數(shù)，如眼軸長度、中央角膜厚度、前房深度以及晶狀體厚度等，因此眼組織生物參數(shù)的高精度測(cè)量顯得尤為重要。本文利用VCSEL 掃頻光源實(shí)現(xiàn)了大量程測(cè)量眼組織生物參數(shù)，同時(shí)保留了OCT 系統(tǒng)高分辨力的優(yōu)勢(shì)，在測(cè)量眼軸長度的同時(shí)可以對(duì)眼前節(jié)和眼底的組織進(jìn)行高分辨力成像，為眼組織疾病的診斷和防治奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，提供了有效工具。

但本研究還有一些不足需要改進(jìn)和完善，例如：（1）目前全眼成像的單焦點(diǎn)不能兼顧眼前節(jié)和眼底成像，在保證眼前節(jié)高分辨力的同時(shí)眼底成像較為模糊，反之眼前節(jié)成像效果變差。目前采用的是折中方法，將焦點(diǎn)置于兼顧眼前節(jié)和眼底成像質(zhì)量的中間位置。為獲取高質(zhì)量的眼內(nèi)組織圖像，未來將采取焦點(diǎn)可調(diào)節(jié)技術(shù)或者多焦點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。（2）研究更準(zhǔn)確、更高效的算法，通過對(duì)圖像邊緣的精確分割提取出特征點(diǎn)的坐標(biāo)值，更高效地計(jì)算眼組織參數(shù)。（3）進(jìn)一步對(duì)不同類型的受試者進(jìn)行測(cè)試，探索系統(tǒng)在測(cè)量正常人和眼病患者時(shí)的準(zhǔn)確度和適用范圍。