EAS-1000型眼前节图像分析系统的临床应用
作者：阎启昌，董雅娟，邸悦，张劲松
【摘要】 EAS-1000型眼前节图像分析系统是基于Scheimpflug原理研制的用于研究眼前节参数的光学仪器，采集的生物参数包括房角度数、角膜前曲率半径、角膜厚度、前房深度、晶状体曲率半径、晶状体厚度及晶状体密度等。与以往测量方法比较，优点在于简单快捷，有量化指标，重复性好，图像输入机便于分析与交流；缺点是灰白图像分辨力尚难做到更一步的量化。但是，可以预见该系统必将在临床及科研中有着更广泛的应用。
【关键词】 眼前节
0引言
1906年，Scheimpflug提出将目镜及底片两者均倾斜一定角度，使投射的裂隙光束平面保持在目镜孔处的焦点上可形成切面像，此现象被称为Scheimpflug原理[1]。传统的裂隙灯显微镜照相技术由于聚焦深度的限制，使眼前节图像记录的质量不佳。而利用Scheimpflug原理研制的照相技术能克服这种缺陷，从而获得更准确的图像。1960年首次将该原理应用于眼科检查前房闪辉[2]。1970年代开发了单纯Scheimpflug照相设备（如Topcon- SL245）。1972年Brown对此技术进一步改进，将Scheimpflug照相技术广泛应用于临床[3]。
眼前节图像分析系统则是将Scheimpflug照像技术与计算机图像分析相结合而制造的一种眼生物测量设备，在可变因素的控制和干扰因素的排除方面进行了新的设计，更简便、客观，适用于利用照相机、摄像机获得眼生物测量图像，并可进行记录、存储和简单分析。目前具有代表性的设备是由日本Nidek公司生产的EAS-1000型眼前节图像分析系统 [4-6]。它所采集的眼前节生物参数包括房角度数（anterior chamber angle width, ACAW）、角膜前曲率半径（anterior corneal radius of curvature, ACRC）、角膜厚度（corneal thickness, CT）、前房深度（depth of anterior chamber, DAC）、晶状体曲率半径（radius curvature of lens, RCL）、晶状体厚度（lens thickness）和晶状体密度（lens density）等。与传统的测量方法比较，EAS-1000型眼前节图像分析系统最大的优点在于可以提供客观定量的生物测量指标，并且测量方法简单快捷，重复性好，数字化图像便于分析，因而在临床，尤其是在白内障研究领域具有广泛的应用价值。
1房角参数测量中的应用
有调查显示：40岁以上人群原发性闭角型青光眼和原发性开角型青光眼患病率分别为1.11%和0.86%[7,8]。而房角度数的测量对于青光眼的分型及进一步的研究具有很重要的意义。传统的房角镜检查一般是利用裂隙灯观察虹膜形态及房角结构。其优点是形象、直观，可以清晰显示房角的结构。但缺点是：首先，由于瞳孔存在对光反射，检查结果必然受到不同强弱照明光的影响；其次，房角镜直接接触角膜，不可避免地对房角及虹膜产生机械性刺激，有损伤角膜的可能，并且导致获得的图像常常发生光学畸变，此时观察到的房角多较实际情况略宽[9,10]，再次，图像无法保存，无法进行精确的定量检查。而眼前节图像分析系统是利用高能光源产生的瞬时光照形成眼前节光学切面，并记录保存于计算机上，然后对获得的光学切面图像进行分析。用附带分析软件在虹膜的前表面取一条切线，该切线通过虹膜根部，然后在角膜的后表面取5个点，计算机即可自动生成角膜后表面曲线，这条曲线在虹膜根部的切线与平行于虹膜前表面并通过虹膜根部的直线的交角即为前房角。其分析测量的基本原理与Shaffer 分类法相同, 即虹膜前表面和小梁网内表面两条假想切线的夹角宽度[11,12]。其优点主要有：第一，由于曝光时间短，瞳孔对光反射来不及发挥作用，光学切面已被采集，因此减少了由此带来的误差[13-15]；第二，该系统不接触眼球，无机械作用的影响，检查结果更能反映房角及眼前节真实的情况；第三，数字化图像利于分析、计算；最后，眼前节图像分析系统还能显示出虹膜后表面形态。部分学者认为虹膜前表面不规则, 不能真正反映整体形态,而虹膜后表面较为规则, 据此判断虹膜整体形态更为准确。眼前节分析系统采用光学原理,其高效投射光具有一定的穿透性, 检查结果能清晰地显示虹膜后表面形态, 因而对虹膜整体形态的判断更为准确[16]（图1）。对虹膜膨隆及瞳孔阻滞者反映得更为直观。故被认为该系统在临床实践中有其独特的实用性，尤其适合于青光眼的初期筛查和分型诊断。
2在角膜及前房参数测量中的应用
角膜曲率半径（corneal radius of curvature, CRC）、角膜厚度（corneal thickness, CT）、前房深度（depth of anterior chamber, DAC）、晶状体厚度（lens thickness）均是重要的眼前节生物参数。对于屈光手术方式的选择、手术计划的设计和操作有着具体的指导意义[17-20]。光学仪器精度的不断改进使其成为一种比较实用、简单、效率较高的测量方法。EAS-1000型眼前节分析系统便是其中一种。它使用附带分析软件，自动确定瞳孔中心线，在该线上取角膜前后表面及晶状体前表面共3点，前两点的距离即为角膜厚度，后两点的距离即为前房深度。通过计算机校正得出最终测量值。但此种方法仍带有主观因素，例如操作者须主观选定角膜前后表面、晶状体前表面及眼轴等。同一患者各次测量结果均有可能不同，故不可避免地会产生误差。目前临床上超声生物值测量应用得更多一些。通过超声波脉冲从角膜及晶状体表面反射回来的时间进行差值的测定，这样可以排除人为因素的干扰。但它也存在着定位偏差问题。随着光学仪器成像质量的进一步提高及计算分析软件功能的不断强大，相信光学测量值会越来越精确，误差也越来越小。
3晶状体参数测量中的应用
眼前节图像分析系统最重要的应用是对晶状体密度的测量，这对白内障的早期诊断、药物方面可以提供一个更为客观、定量、可重复的评价手段[21,22]。人们对于白内障早有认识，但在初期阶段仅停留在目视观察形态描述上，属于主观定性诊断。1911年第一台裂隙灯显微镜问世，使得人们可以对白内障进行客观定性诊断，但还不能定量测量晶状体混浊程度，为了能够早期诊断及评价抗白内障药物的治疗效果，能够客观定量可重复的白内障检查方法无疑成为白内障研究的重点之一。而EAS-1000型眼前节图像分析系统将晶状体成像与计算机处理技术相结合，使得白内障混浊程度的量化成为可能。白内障的形成主要是晶状体内水溶性蛋白质减少, 非水溶性蛋白质增加, 巯基氧化成二硫键， 蛋白质发生凝聚，导致晶状体混浊致使光散射增强，对可见光透过性降低。因此，用裂隙光源或弥散光可以获得晶状体的切面或平面图像。混浊部位反光增强， 非混浊部位光通过良好, 反光强度低, 通过图像采集，冻结“画面”, 对此晶状体切面“画面”按反光强度进行分析, 即计算机灰度分析, 来定量反映晶状体的混浊部位和程度。通过照像所采集的每一“画面”在计算机内作为具有一定像素点数的图像，每一像素点有一定的灰度范围, 即计算机所分辨的光亮度,再利用特定的程序对每一像素点的灰度分析来反映该点的光亮度, 也就是晶状体的混浊程度[23]。这样我们不但能了解到患者的病变性质，如皮质性还是核性，还可以了解患者皮质性白内障各期从初发期、膨胀期、成熟期到过熟期的全过程的进展情况。这样评价不同抗白内障药物的疗效将不再单凭患者及医生的主观感觉。此外，EAS-1000型眼前节图像分析系统对晶状体移位、白内障的跟踪随访、抗白内障药物疗效的分析、紫外线对晶状体密度的研究及白内障摘除术联合后房型人工晶状体植入术后人工晶状体位置的测定等方面都有广泛的应用(图2)。
图1 EAS-1000型眼前节图像分析系统测量房角值：使用附带分析软件在虹膜的前表面取一条切线，该切线通过虹膜根部，然后在角膜的后表面取5个点，电脑即可自动算出角膜后表面曲线，这条曲线在虹膜根部的切线与平行于虹膜前表面并通过虹膜根部的直线的交角即为前房角
图2 EAS-1000型眼前节图像分析系统测量角膜厚度、前房深度、角膜曲率半径：使用附带分析软件，自动确定瞳孔中心线，在该线上取角膜前后表面及晶状体前表面共三点，前两点的距离即为角膜厚度，后两点的距离即为前房深度。
4其它
EAS-1000系统简便快捷、不直接接触患者的特点，使其对被检查者配合程度的要求明显降低，这一点尤其适合于对儿童的检查及动物实验的研究。临床中一些先天性青光眼的儿童由于无法配合房角镜及UBM[24]检查，使得我们多数情况下无法详细了解眼前节的具体情况，也无法进行深入的对比研究。EAS-1000型眼前节图像分析系统的应用为解决该问题开拓了一条新路。另外，在眼科研究中，动物实验是不可缺少的工作之一，但有关各动物的眼前部物理参数难以获得，Kashiwagi等[25]利用为EAS-1000型眼前节分析系统加设脚踏板，特制的头部固定器、报像监视系统对各种实验动物如大白鼠、狗、家兔、河豚等进行了实验性研究，证明了EAS-1000具有很好的可重复性[26]。测量的变异性也很低。另外，通过EAS-1000型眼前节图像分析系统采集的各部位图像灰度值，我们还可以对角膜溃疡、前房房闪进行量化研究。这些都有待于我们进一步的进行对比研究。
5展望
总之，EAS-1000眼前节图像分析系统在临床中有着广泛的应用前景，但它目前也存在着一定程度的局限性，即其所采集的图像分辨率偏低，不能满足临床工作中对眼前节观测的全部需要；而对前房房闪及角膜溃疡、角膜水肿等观测尚难做到精确的量化，仅能提供黑白图像；摄取的图像在对细微病变的观测上敏感性不高，机数据的分析相对繁琐；在对某些特定疾病的诊断水平上还无法取代传统的超声生物测量（UBM）、房角镜、A超等。这些都限制了它在临床中的进一步应用，也是近年来关于EAS-1000方面的文章不多的主要原因。 但随着数字化图像的普及，计算机分析技术广泛应用于医学领域，对眼前节参数进行客观定量测量将成为一种趋势，期待着EAS-1000型眼前节图像分析系统将会朝着彩色化、三维化、数字智能化的方向，使其应用范围会更广泛，在临床实践中会获得更大的应用前景。
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