智能手機(jī)照相技術(shù)在眼科學(xué)中的應(yīng)用探索△

蘇文成

眼球包含屈光系統(tǒng)和成像系統(tǒng)，而屈光系統(tǒng)的透明性為數(shù)字化圖像的獲取創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。記錄眼科疾病連續(xù)的圖像對(duì)觀察疾病的變化規(guī)律，研究疾病的轉(zhuǎn)歸和治療有很大幫助。傳統(tǒng)的眼科照相設(shè)備體積大、價(jià)格高，這在一定程度上限制了其廣泛應(yīng)用。智能手機(jī)照相技術(shù)推動(dòng)了眼科部分專業(yè)設(shè)備進(jìn)一步智能化和便攜化。因此，本文將從以下三個(gè)方面對(duì)智能手機(jī)照相技術(shù)在眼部照相中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。

1 智能手機(jī)眼前節(jié)照相

1.1 智能手機(jī)拍攝眼前節(jié)普通圖像智能手機(jī)可以提供高質(zhì)量的眼前節(jié)圖像[1]，這些圖像可以發(fā)現(xiàn)白內(nèi)障，識(shí)別眼瞼松弛和眼瞼的解剖結(jié)構(gòu)，分析虹膜上的改變等[2-4]。急診時(shí)，采用智能手機(jī)拍攝患者眼部圖像將有助于眼科醫(yī)師會(huì)診時(shí)做出快速判斷[5]。McAnany等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在記錄瞳孔對(duì)光反射的研究中，基于智能手機(jī)的瞳孔測(cè)量?jī)x和實(shí)驗(yàn)室紅外線攝像系統(tǒng)在記錄結(jié)果上保持了高度的一致性?；谥悄苁謾C(jī)的眼前節(jié)照相系統(tǒng)只需要增加一個(gè)10～90 D的前置鏡就可清晰地記錄眼瞼、結(jié)膜、角膜和眼前段的結(jié)構(gòu)[7]。

1.2 智能手機(jī)顯微照相用一個(gè)接口適配器把智能手機(jī)和裂隙燈顯微鏡連接起來(lái)即可做成一個(gè)數(shù)碼裂隙燈。Ludwig等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，即便是沒(méi)有接受過(guò)眼科?？朴?xùn)練的人也可以通過(guò)智能手機(jī)-裂隙燈設(shè)備迅速捕捉到眼前節(jié)高質(zhì)量的放大圖像。Sanguansak等[1]的研究采用不同的智能手機(jī)對(duì)白內(nèi)障患者術(shù)后患眼進(jìn)行拍照，圖像的拍攝角度全部采用角膜正前方方位，結(jié)果顯示，86%～100%的患者眼前節(jié)圖像具有很好的可讀性，93%～100%的患者眼部圖像被同行專家認(rèn)可。另一項(xiàng)研究比較了智能手機(jī)(iPhone 5)和佳能EOS10D眼前節(jié)照相系統(tǒng)在拍攝晶狀體混濁的圖像質(zhì)量差異，研究以晶狀體混濁程度分級(jí)系統(tǒng)III(LOCS III)作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果顯示，在晶狀體混濁程度分級(jí)和圖片主觀辨識(shí)度上均顯示出一致性[9]。有學(xué)者利用智能手機(jī)聯(lián)合計(jì)算機(jī)圖像處理軟件對(duì)植入Toric人工晶狀體(Toric IOL)的白內(nèi)障患者進(jìn)行長(zhǎng)期隨訪研究，通過(guò)智能手機(jī)拍攝圖像觀察到Toric IOL在眼內(nèi)的軸向旋轉(zhuǎn)及穩(wěn)定性取得了良好的監(jiān)測(cè)效果[10]。而且，僅需在智能手機(jī)和裂隙燈顯微鏡前加用一個(gè)房角鏡就可以對(duì)房角進(jìn)行拍照記錄[7,11]。研究者還發(fā)現(xiàn)，將iPhone 6和裂隙燈顯微鏡聯(lián)合起來(lái)可以觀察角膜內(nèi)皮細(xì)胞密度并進(jìn)行角膜內(nèi)皮細(xì)胞計(jì)數(shù)。此外，基于智能手機(jī)的遠(yuǎn)程診療設(shè)備惠及了農(nóng)村等欠發(fā)達(dá)地區(qū)患者人群[12-13]。智能手機(jī)還可以通過(guò)適配器連接在光學(xué)顯微鏡上。Vahedi等[14]利用智能手機(jī)-光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)記錄了人睫毛毛囊蠕形螨的圖像和視頻資料。Brennan等[15]成功地利用基于智能手機(jī)的設(shè)備測(cè)量了結(jié)膜微循環(huán)血液動(dòng)力學(xué)，該系統(tǒng)的性能與更復(fù)雜、更耗時(shí)的電荷耦合照相系統(tǒng)的測(cè)量效果一樣好。

2 智能手機(jī)眼后節(jié)照相

傳統(tǒng)眼底照相設(shè)備可以提供高質(zhì)量的視網(wǎng)膜圖像?；谥悄苁謾C(jī)的攝像系統(tǒng)成本低，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，而且徹底改變了視網(wǎng)膜篩查程序。雖然傳統(tǒng)眼底照相系統(tǒng)種類繁多，但是這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，智能手機(jī)照相系統(tǒng)和傳統(tǒng)眼底照相機(jī)系統(tǒng)在對(duì)糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)的分級(jí)評(píng)價(jià)上表現(xiàn)出高度一致性，采用智能手機(jī)獲得的眼底圖像在檢測(cè)中度非增生型DR和增生型DR時(shí)顯示出91%的敏感性和99%的特異度[17-18]。計(jì)算機(jī)輔助的智能手機(jī)眼底視盤照相檢查與裂隙燈前置鏡檢查效果一致性較高。在評(píng)估垂直杯盤比時(shí)，智能手機(jī)照相系統(tǒng)與傳統(tǒng)視網(wǎng)膜照相設(shè)備表現(xiàn)出高度一致性[19-20]。基于智能手機(jī)的眼底攝像設(shè)備(MII Ret Camera)在計(jì)算機(jī)設(shè)備和技術(shù)的幫助下可拍攝高質(zhì)量的眼底視頻，而且單張圖像提取也很容易。自動(dòng)化輔助成像能夠產(chǎn)生高質(zhì)量、拍攝范圍更廣的視網(wǎng)膜圖像，這意味著在視網(wǎng)膜疾病篩查中使用基于智能手機(jī)的視網(wǎng)膜攝像系統(tǒng)可獲得廣角視網(wǎng)膜圖像[21-23]。

3 基于智能手機(jī)照相系統(tǒng)眼科設(shè)備的應(yīng)用

設(shè)備高度依賴是現(xiàn)代眼科臨床實(shí)踐的特點(diǎn)之一。傳統(tǒng)眼科檢查設(shè)備體積龐大，價(jià)格昂貴，大多數(shù)需要專人操作，難以廣泛使用。智能手機(jī)是一種便攜式設(shè)備，其攜帶的攝像系統(tǒng)可獲得高質(zhì)量的圖像和視頻資料。在必要的軟件和設(shè)備的幫助下，智能手機(jī)開發(fā)出越來(lái)越多的特殊功能，例如，采用智能手機(jī)-裂隙燈系統(tǒng)檢查角膜內(nèi)皮細(xì)胞是一個(gè)成功的嘗試。

3.1 智能手機(jī)照相系統(tǒng)在兒童眼病中的應(yīng)用用直接檢眼鏡檢查眼底時(shí)，眼底的光線反射使人眼的瞳孔區(qū)呈現(xiàn)紅色，這被稱為眼底紅光反射。兒童眼底紅光反射是新生兒科和兒科常規(guī)檢查的重要組成部分。早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(ROP)、兒童白內(nèi)障、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、Coats病、屈光不正等兒童眼病可能會(huì)破壞這種反射?；谥悄苁謾C(jī)(iPhone6s)的MDEyeCare應(yīng)用程序增強(qiáng)了由視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤在早期階段導(dǎo)致的白瞳癥的檢測(cè)[24]，這款智能手機(jī)系統(tǒng)可檢查出80%白瞳癥患兒眼部的異常，通過(guò)眼底照相的方式發(fā)現(xiàn)白瞳癥可將患兒診斷的平均年齡降至1.3歲左右[25]。在ROP的篩查實(shí)踐中，基于智能手機(jī)的非接觸式攝像系統(tǒng)(SBFI)和傳統(tǒng)的接觸式眼底照相系統(tǒng)(CFI)在ROP的分級(jí)和附加病變識(shí)別評(píng)價(jià)中表現(xiàn)出良好的一致性[26]。

3.2 智能手機(jī)照相系統(tǒng)在初級(jí)眼保健中的應(yīng)用視力障礙會(huì)嚴(yán)重影響個(gè)人的工作能力和生活質(zhì)量，從而加重社會(huì)負(fù)擔(dān)。因此，早期篩查是發(fā)現(xiàn)和治療眼病患者進(jìn)而避免其失明的關(guān)鍵。研究表明，未矯正的屈光不正、白內(nèi)障、老年性黃斑變性、青光眼和DR是視力損害的主要原因[27]。智能手機(jī)眼部照相系統(tǒng)是一個(gè)十分有用的工具。Bifolck等[28]開發(fā)了一種可快速掌握的基于智能手機(jī)照相系統(tǒng)的眼底檢查方法，為初級(jí)眼保健和眼底評(píng)估提供了一種便捷的方法。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，將便攜式裂隙燈與智能手機(jī)結(jié)合可以使眼前、后節(jié)照相更容易、更方便[29]。

3.3 智能手機(jī)照相系統(tǒng)在遠(yuǎn)程醫(yī)療中的應(yīng)用全世界有近3900萬(wàn)人致盲，超過(guò)2.37億人患有視力障礙，而導(dǎo)致視力損傷的疾病中有80%以上是可預(yù)防或可治療的，視力障礙的人群大部分來(lái)自發(fā)展中國(guó)家[27]。隨著眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療的出現(xiàn)，這些患者有可能獲得高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)從而避免失明。眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療可用于眼眶病、結(jié)膜疾病的診斷、治療和隨訪，如眼眶蜂窩織炎、淚囊炎、瞼板腺囊腫、瞼內(nèi)翻、瞼外翻、基底細(xì)胞癌和上瞼下垂以及甲狀腺眼病等均可通過(guò)眼科學(xué)專家進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。Ye等[30-31]通過(guò)智能手機(jī)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸手術(shù)過(guò)程使全球遠(yuǎn)距離眼科會(huì)診成為可能，無(wú)論是圖像還是視頻在兩個(gè)偏遠(yuǎn)的地點(diǎn)之間傳輸以及操作員之間的溝通均十分順暢。這個(gè)簡(jiǎn)單、便攜、價(jià)格合理的系統(tǒng)為眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了高質(zhì)量的圖像和視頻。

3.4 智能手機(jī)照相系統(tǒng)在老年性眼病中的應(yīng)用隨著糖尿病患者的發(fā)病率逐漸升高，全球DR發(fā)病率也隨之增加。早期篩查和隨訪對(duì)于DR的治療仍然十分重要，因此，確定最具成本-效益的DR篩查工具至關(guān)重要。Mamtora等[32]的研究表明，使用智能手機(jī)替代直接檢眼鏡可以提高非眼科醫(yī)師眼底檢查的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。在人工智能系統(tǒng)的幫助下，基于智能手機(jī)的眼底照相技術(shù)在社區(qū)DR篩查中表現(xiàn)良好[33]。當(dāng)基于智能手機(jī)的照相系統(tǒng)被引入視網(wǎng)膜照相時(shí)，DR篩查將更加方便。與專家診斷相比，數(shù)字視網(wǎng)膜圖像診斷新生血管性年齡相關(guān)性黃斑變性的敏感性和特異度分別是95%和90%[34-35]。

3.5 智能手機(jī)照相系統(tǒng)在熒光素眼底血管造影中的應(yīng)用需要專用設(shè)備的熒光素眼底血管造影(FFA)檢查同樣可以通過(guò)智能手機(jī)和便攜式視網(wǎng)膜照相系統(tǒng)共同完成。這是一種很有前途的方法和設(shè)備，它不僅為需要做FFA檢查的患者提供更多便利，也為那些因?yàn)樯眢w問(wèn)題或資源不足而無(wú)法進(jìn)行FFA檢查的患者提供了完成FFA檢查的機(jī)會(huì)[34-36]。

3.6 智能手機(jī)照相系統(tǒng)在眼科教學(xué)中的應(yīng)用與傳統(tǒng)裂隙燈顯微鏡相比，智能手機(jī)-電視顯示器的使用可以顯著提高醫(yī)學(xué)生對(duì)眼科知識(shí)的接受度和在眼科實(shí)習(xí)期間的滿意度[37]。智能手機(jī)檢眼鏡可以作為指導(dǎo)直接檢眼鏡的一個(gè)有用輔助工具，也可以作為非眼科醫(yī)師檢查眼底的一種選擇[38]。

4 小結(jié)和展望

智能手機(jī)照相系統(tǒng)用于眼科照相為眼科遠(yuǎn)程醫(yī)療和眼科疾病預(yù)防勾勒出美好的前景，同時(shí)也帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。首先，智能手機(jī)極大地推動(dòng)了眼科設(shè)備的便攜化發(fā)展。智能手機(jī)從價(jià)格、便攜和普及程度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)眼科專用照相設(shè)備。但是不同手機(jī)的照相機(jī)性能、光學(xué)參數(shù)、拍攝者的攝像技巧都會(huì)導(dǎo)致圖像辨識(shí)度的差異。其次，手機(jī)照相為眼科疾病的篩查和預(yù)防帶來(lái)了新思路。照相設(shè)備和照相技術(shù)的統(tǒng)一緩解了眼科醫(yī)師不足的問(wèn)題，同時(shí)推動(dòng)了眼科疾病篩查的進(jìn)程。最后，手機(jī)照相可以進(jìn)一步優(yōu)化服務(wù)和資源配置。例如，以微信作平臺(tái)對(duì)接科室做眼科常見病遠(yuǎn)程會(huì)診和篩查；以微信作平臺(tái)通過(guò)醫(yī)院公共衛(wèi)生科對(duì)接鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院完成眼科疾病篩查，逐漸建立一套完整的眼科疾病篩查和預(yù)防網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。