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自适应光学系统对活体人眼视网膜的初步观察

姜春晖  
【摘要】: 视网膜疾病是常见的致盲眼病,对视网膜疾病的研究、寻找防治方法对于眼科及千千万万的盲人均有着重要的意义。目前对视网膜的研究已深入到细微构造和细胞水平,但主要方法仍限于离体组织的显微镜检查。近年出现了一些新型检查设备,使人们对活体视网膜的结构有了进一步的了解,都仍无法达到所需的分辨率。其原因之一是人眼本身光学系统所具有的相差干扰了图像的分辨率。自适应光学技术,可以校正时间和空间上都随机变化的活体人眼像差,从而获得接近衍射极限的高分辨率视觉细胞图像。自适应光学视网膜成像系统主要由两个关键部件组成:波前传感器和波前校正器。波前传感器用以测量相差,然后波前校正器进行校正。 试验一:自适应系统活体人眼视网膜成像的可行性研究 2001年3月至11月间我们与中国科学院光电技术研究所和作应用自主研制的自适应光学系统对25名年龄18-60岁的成年人进行了视网膜细胞,主要是黄斑部视觉感受细胞(视细胞)的观察。25名受试者中男性15人,女性10人;平均年龄24岁(18-60),校正或裸眼视力均达到1.0,眼部检查及既往史无特殊。 系统工作原理如下:首先信标光源穿过受试者扩大的瞳孔照明眼底,自眼底反射的光线包含了人眼的像差信息。光线进入哈特曼波前传感器,经计算得到变形反射镜的控制信号。信号经转换和放大,驱动变形镜。同时启动成像照明光源,带有像差的照明反射光经变形镜反射后,像差得以矫正,最后在CCD上获得高分辨率的视网膜图像。 结果:所有受试者,其像差都得到了明显的矫正。6名受试者眼底中心凹旁1.5-3度区域获得了视网膜细胞的清晰图像。成像的清晰度与相差的校正有明显关系。年龄较大的受试者中,图像结果欠佳。所有图像大致可分为两层,内层靠近视网 WP=11 膜表面的细胞层,变异较大从30-120nm,大约位于视网膜表面下约70nm;外层位置较深在内层下约60-70nm,且此层位置稳定。在中心凹旁开1.5度区域视细胞的密度平均为4-5万/mm2,3度为2-3万/ mm2。实验检验了系统的成像能力,也发现了系统所存在的一些问题,为今后改进指出了方向。 试验二:自适应系统对正常活体人眼视网膜细胞和血管的初步观察 我们根据第一次实验的结果改进了系统,并挑选上次实验中图像较为清晰的3名受试者,年龄18-21岁,进行了再次成像试验。分别采用550nm和650nm波长的照明光源,观察受试者视网膜黄斑部的细胞和毛细血管。 结果:在3名受试者中都获得了清晰的细胞图像,其中3人中获得中心旁1-3度的细胞清晰图像,但仅有1人中获得了清晰的中心凹视网膜细胞图像。这些图像包括视网膜的视细胞和其他细胞;并计数了视细胞的密度。中心凹约为60000/mm2,旁开1度、2度分别为约40000和30000/ mm2。自中心凹向外移动,我们获得了黄斑不同区域的细胞图像。计数显示中心部位视细胞的密度高于旁中心区域。并在3名受试者的黄斑旁获得了清晰的视网膜毛细血管图像,包括中心凹周围毛细血管弓和邻近的毛细血管网。不过我们只观察到了浅层的毛细血管网,其分布与形态与组织铺片相同,未找到深层的血管。不同波长的照明光源对血管成像有明显影响,接近无赤光的550nm光源可获得最清晰的血管图像。但不同波长的光源对细胞成像无明显作用。结果验证了改进后系统的成像能力有所提高,所作的各方改进基本达到了预期的效果。 试验三:临床应用的初步探索 为探索自适应视网膜成像系统应用于临床的可能,我们对2名高度近视(6D)、2名年龄大于50岁的受试者(52和60岁),和2名非增殖期糖尿病视网膜病变的患者(58和61岁)的眼底黄斑部的细胞,特别是视细胞进行了初步的观测。 结果: 2名高度近视及1名52岁的正常受试者的眼底获得了清晰的视细胞图像,另一名60岁的正常人和2名非增殖期糖尿病视网膜病变的患者中未能获得清晰的图像。在实验中我们观察到了一些异常的眼底图像,有的异常图像与眼底的病变相对应有的则未找到对应的改变。实验中发现了成像系统在实际应用特别是在年龄较大人群中应用时所存在的一些不足之处,在今后的研究中可加以改进,以使系统更趋于完善。 结论:这些实验验证了自适应系统对视网膜各层细胞成像的能力,这一性能使此系统有可能应用于眼科疾病,特别是眼底病的研究和诊治中发挥其独特的作用;但这一研究目前才刚起步。


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