术中光学相干断层扫描在眼科各类手术中的应用

王嘉玉，闵寒毅

光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）是一种快速、非接触的横断面成像方法，可以扫描角膜、视网膜和视神经等眼部组织，对眼部疾病的正确诊断、病情评估及手术预后等均具有深远的影响，逐步成为了眼科领域不可或缺的检查技术之一[1-2]。而近些年来，OCT 的应用范围正在进一步扩大，不单纯局限于诊间，已逐步应用到各类眼科手术当中，即术中OCT（intraoperative optical coherence tomography，iOCT）。这种技术可以在多维度进行扫描，获取手术进度的实时反馈，加深了我们对眼部组织结构的理解和认识，同时对术者的手术方案制定和选择有所帮助，从而大大提高了眼科手术的安全性和成功率。

将OCT 带入手术室的最初障碍是传统台式OCT 缺乏可移动性，下颌托式图像采集方法对于无菌状态下仰卧的病人不适用。iOCT 的成本也是一个潜在的障碍。OCT 设备就是一个重要的投资。另外手术时间的潜在延迟也可能导致成本增加。iOCT 软件的应用也需要促进手术过程中获得的数据的最佳解释和利用。最后，iOCT 的临床应用，以及整体价值的结果一直是采用的限制因素。

1 iOCT 的发展

1.1 手持便携iOCT

2001 年，克利夫兰大学医院的团队[3]成功研制出手持便携式iOCT（handheld spectral domain OCT，HHOCT）用于眼前节检查。随着HHOCT 的发展，使高分辨率的谱域OCT 可不受患者体位的影响，在坐位或仰卧位时均可进行检查，用于儿童患者或无法配合坐位的成人患者的检查[4-15]。另外，iOCT检查手柄可以进行任意角度扫描。然其稳定性欠佳，操作稍有不当可能损伤眼睛，另外成像质量受操作者经验影响。目前在临床工作中，包括眼科手术中较为常用的HHOCT 有美国Bioptigen 公司研制的Bioptigen SD-OCT 系统、德国Heidelberg 公司研制的手持便携式SD-OCT 系统、以及美国Optovue 公司研制的iVue SD-OCT 系统[4-7,16]。

1.2 显微镜悬置式iOCT

显微镜悬置式iOCT（microscope-mounted portable OCT，MMOCT）对HHOCT 的稳定性和安全性进行改良，将iOCT 的扫描手柄悬置固定在手术显微镜臂架上，通过显微镜脚踏板移动iOCT 扫描位置，但是需要停止手术操作扫描眼部组织，无法实时对手术操作进行成像，可能造成手术区域污染是对这两代iOCT 根本上的制约。

1.3 无缝整合式iOCT

无缝整合式iOCT（microscope-integrated OCT，MIOCT）为了进一步提高手术流畅性，将手术显微镜与OCT 设备进行内部无缝式整合。2010 年美国Ehlers JP 团队率先将德国Oculus 公司的双目间接显微镜、德国Leica 公司的眼科手术显微镜和OCT 设备成功无缝式整合[17-22]。随后，德国Steven P 团队将瑞士Haag-Streit 公司的眼科手术显微镜和由德国OPMedT公司研制的OCT camera 成功无缝式整合，后者在靠近手术者前方的视野范围内安装了小型视频显示器，以便术者稍改变视野即可观看图像[17-22]。而最近德国Carl Zeiss 公司成功研制了第二代MIOCT，即Rescan 700，用于眼科前后节的手术[17-22]。但手术器械会遮挡扫描，在一定程度上影响图像质量。目前已有不少关于以上3 种设备的临床研究报道证明其优势性。

1.4 探针式iOCT

由于研发时间不长，尚缺乏相关临床报道。根据现有实验性研究可知探针式iOCT 可直接进入眼内对目标组织进行扫描，避免因手术器械遮挡而影响观察或因屈光间质不清而导致成像质量降低，还能对周边眼组织进行扫描和成像，从而扩大观察的范围[23]。自2008 年[24]至2013 年[25]，随着玻璃体切除手术的微创化，经历了直径由21 G 到23 G 或25 G 的转变，同时可作为后节手术当中的照明设备[26]。但目前最大的问题在于如何保证探针有效地在操作区域跟随手术器械。对该设备独特优势的报道值得我们期待。

2 临床应用

本文对使用iOCT 进行前后节手术多样本研究进行整合[4-7,10-16,19-21,23,27-36]。其中531 例样本为阐述iOCT 作用机制的前瞻性前驱临床研究[11]，227 例样本为后续前瞻性临床研究，旨在解释iOCT 在眼科手术当中的应用[23]。

2.1 前节手术中的应用

iOCT 最初是应用于眼科的前节手术领域，目前应用涵盖了角膜移植术，准分子原位角膜磨镶术（laser in situ keratomileusis，LASIK）、角膜交联疗法、青光眼手术以及白内障摘除手术等，其中以角膜移植术中的板层移植应用最为广泛[7,10-11,20-21,23,36-38]。在531 例先驱研究中有275 只眼进行前节手术。其中大部分（59%）病例为板层移植手术[11,39]。与此同时在227 例临床研究中91 只眼进行前节手术，64%进行了板层角膜移植[23]。

通过对后弹力层剥除自动内皮移植术（descemet stripping automated endothelial keratoplasty，DSAEK）和后弹力层角膜内皮移植术（descemet membrane endothelial keratoplasty，DMEK）患者进行iOCT 检查，Steven 等发现术中制备移植片时iOCT可实时观察角膜基质的残留情况，还可正确判定移植片的内皮层面和后弹力层面，并辅助观察植片与植床间有无积液、是否密切贴合，从而大大降低了手术的难度，缩短了手术时间，提高了手术的成功率[23,36-37]。有研究也表明层间积液的残留证实与术后结构不透明相关[34]。另外部分患者术中将移植片植入前房后可出现角膜水肿，而当进行气体填充并使移植片与受体紧密贴合后水肿随之消失。研究表明这可能与角膜内皮丢失有关，因此提示iOCT 可间接评估角膜内皮功能，预测手术成功率。

iOCT 图像与术中显微镜下观察的一致性：先驱研究[40]中的不一致率为41%；临床研究[41]中的不一致率为48%，这些患者均进行了额外的手术操作。与此同时，在临床研究中18%的病例是术者发现还有残余积液而iOCT 未发现的。这提示我们iOCT 图像与术者显微镜下图像在一定程度存在差异性[12,23]。

Scorcia 等发现iOCT 可以辅助术者在深板层角膜移植术（deep anterior lamellar keratoplasty，DALK）中确定钻取角膜的深度，尤其对于具有不规则瘢痕及变薄的角膜，可以将环钻的初始深度设定在最大安全范围[10-11,23,27]，不仅可以避免穿透角膜，而且能保证达到分离所需的深度，这无疑增加了DALK手术的安全性和成功率[10]。在38%～56%的情况下术者借助iOCT 改变了角膜钻取深度[11,23]。

Hirnschall 等使用iOCT 测量术中吸除白内障后的前房深度，评估人工晶体度数计算的准确性，并观察患者术后的屈光状态，结果发现在吸除白内障并在晶状体囊袋内植入张力环后，测量的前房深度（中央区角膜内皮层至晶状体前囊膜平面的垂直距离）可以相对最好地预测人工晶体被植入囊袋后的位置，使用该前房深度计算得到的人工晶体度数能获得与预测值最为接近的术后屈光状态[20]。

2.2 后节手术的应用

对于后节手术来说，iOCT 的潜力是无限的。很多疾病都可运用到iOCT，例如视盘凹陷性黄斑疾病[6]、早产儿视网膜疾病[4]、黄斑前膜[5,8,11-12,19,23,41-42]、黄斑裂孔[5,8,11,15,19,23,29,41-42]、玻璃体黄斑牵拉综合征（vitreomacular tractionsyndrome，VMS）[5,11-12,14,18,23,26,41]、孔源性视网膜脱离（rhegmatogenous retinal detachment,RRD ）[4,11-12,19,23,30,42]、增殖期糖尿病视网膜病变[11-12,19,23]、硅油填充眼[19]、玻璃体积血[11-13,23]、后葡萄膜炎[35]等疾病[4-6,8,11-15,19,23,26,29-30,35,41-42]。

在特定情况下，iOCT 可以解释潜在的病理生理机制，例如早产儿视网膜病变中视网膜前结构和视网膜劈裂的证实对复杂手术的术式选择有显著影响[3]。视盘凹陷疾病中玻璃体腔和视网膜层间的劈裂存在功能性联系[6]。在黄斑裂孔中，剥膜后椭圆体带与视网膜色素上皮层高度的改变可能与术后的解剖正常化率有关[15,29]。

而在另一些疾病中，直接实时反馈给外科医生可以在手术决策和特定的手术操作中起着至关重要的作用。例如剥膜操作就特别适合在iOCT 辅助下完成。iOCT 图像与术中显微镜下观察的一致性：先驱研究中13%～22%患者iOCT 图像提示仍有残余膜而术者未观察到，相反15%～40%的情况下，当术者提示有残余膜而iOCT 图像未报[11,23,43]。另外也有报道称iOCT 可对注射治疗效果、视网膜下全氟化碳液体的消除情况进行直接反馈。除此之外，iOCT 可观察视网膜结构的细微的变化（剥膜后椭圆体带与视网膜色素上皮层高度的改变）。

在视网膜脱离病例中，iOCT 表明大量患者进行全氟化碳填充后亚临床视网膜下积液仍存在。中心凹形态改变，隐匿性黄斑全层裂孔的出现具有预后意义[11,22,30]。

对于增殖性糖尿病视网膜病变和玻璃体出血病例，iOCT可对组织解剖形态提供重要的线索[30]。在浓密的玻璃体出血患者中，iOCT 可以发现潜在的黄斑病变用于术中或术后管理（如黄斑水肿和视网膜内液体）。

3 未来发展方向

虽然在过去几年中iOCT 领域已取得里程碑式的进步，但是仍需持续克服困难取得更大进步。当前困难包括以下几个方面：OCT 与手术器械兼容；自动跟踪；软件平台以及一个全面的外科医生反馈平台。

3.1 OCT 与手术器械兼容

目前金属材质的手术器械对iOCT 光束的散射作用会造成明显的尾影，影响OCT 图像的呈现质量[17,19,23]。新型材料的测试及样品生产正在进行，在保证手术精准性的前提下最大程度实现iOCT 可视化[44]。而手术中的气泡或使用的特殊油体及液体也可能引起扫描图像变形扭曲，影响实时图像的呈现。因此改进也包括减弱信号的软件开发，以尽量减少器械材质对相邻组织的整体影响[45]。

3.2 自动跟踪

目前iOCT 的发展当中暂时缺乏自动追踪系统，需要操作者暂停手术操作，进行手动调节探头位置来追踪扫描部位以获取图像，无法达到同步自动跟踪。目前应用于临床研究的iOCT 仅能实现二维图像的实时引导，显示的只是某一个切面的局部实时情况，因此无法使术者很好地把握手术的全局情况。对于临床大夫而言，手术操作的同时快速简洁的i0CT 图像捕捉，可以帮助手术大夫在早期观察到手术操作对玻璃体视网膜交界面形态学改变的影响，并帮助手术者对患者的预后作出判断。当手术中观察到有眼底细微异常改变时，可以及时改变治疗策略，避免手术后并发症的发生，提高手术成功率。而如果能进一步研发三维图像实时引导技术，也许可以使术者在操作时更加得心应手。因此iOCT 技术在扫描实时性、操作灵活性和简易性及成像清晰度等方面存在很大提升空间[43]。

3.3 软件平台以及一个全面的外科医生反馈平台

这两个平台可以将术中数据实时统计，增加手术流畅性，同时方便数据的共享与实时讨论[46-47]。对于一些基层医院而言，手术中的图像可通过无限网络传输到远程医学中心，来自世界各地的知名专家学者可以通过图像匹配，对患者提供规范化的远程会诊，进行远程整体治疗规划、随时远程指导调整治疗参数并远程完成简单的眼部治疗。

另外，随着OCT 技术的不断发展，iOCT 的功能也将不断丰富，当前OCT 技术正在逐渐由结构OCT 时代向功能OCT时代迈进，如多普勒OCT 及光学相干断层扫描血管成像术（optical coherence tomography angiography，OCTA）的出现，在观察组织结构的同时还能评估血流等功能，无疑也会带动iOCT 的发展。总之，技术的发展能使手术医师拥有更为强大的对付疾病的武器，提高手术的安全性和成功率，最终使患者从中受益。

4 小结

由于OCT 已经彻底改变了眼科疾病的临床诊疗，iOCT有可能成为眼科手术室中的革命性技术。过去几年整合技术已为第一代商业化系统铺平道路。iOCT 技术在扫描实时性、操作灵活性和简易性及成像清晰度等方面存在很大提升空间。