智能手机照相技术在眼科学中的应用探索△

苏文成

眼球包含屈光系统和成像系统，而屈光系统的透明性为数字化图像的获取创造了优越的条件。记录眼科疾病连续的图像对观察疾病的变化规律，研究疾病的转归和治疗有很大帮助。传统的眼科照相设备体积大、价格高，这在一定程度上限制了其广泛应用。智能手机照相技术推动了眼科部分专业设备进一步智能化和便携化。因此，本文将从以下三个方面对智能手机照相技术在眼部照相中的应用进行总结。

1 智能手机眼前节照相

1.1 智能手机拍摄眼前节普通图像智能手机可以提供高质量的眼前节图像[1]，这些图像可以发现白内障，识别眼睑松弛和眼睑的解剖结构，分析虹膜上的改变等[2-4]。急诊时，采用智能手机拍摄患者眼部图像将有助于眼科医师会诊时做出快速判断[5]。McAnany等[6]研究发现，在记录瞳孔对光反射的研究中，基于智能手机的瞳孔测量仪和实验室红外线摄像系统在记录结果上保持了高度的一致性。基于智能手机的眼前节照相系统只需要增加一个10～90 D的前置镜就可清晰地记录眼睑、结膜、角膜和眼前段的结构[7]。

1.2 智能手机显微照相用一个接口适配器把智能手机和裂隙灯显微镜连接起来即可做成一个数码裂隙灯。Ludwig等[8]的研究发现，即便是没有接受过眼科专科训练的人也可以通过智能手机-裂隙灯设备迅速捕捉到眼前节高质量的放大图像。Sanguansak等[1]的研究采用不同的智能手机对白内障患者术后患眼进行拍照，图像的拍摄角度全部采用角膜正前方方位，结果显示，86%～100%的患者眼前节图像具有很好的可读性，93%～100%的患者眼部图像被同行专家认可。另一项研究比较了智能手机(iPhone 5)和佳能EOS10D眼前节照相系统在拍摄晶状体混浊的图像质量差异，研究以晶状体混浊程度分级系统III(LOCS III)作为评判标准，结果显示，在晶状体混浊程度分级和图片主观辨识度上均显示出一致性[9]。有学者利用智能手机联合计算机图像处理软件对植入Toric人工晶状体(Toric IOL)的白内障患者进行长期随访研究，通过智能手机拍摄图像观察到Toric IOL在眼内的轴向旋转及稳定性取得了良好的监测效果[10]。而且，仅需在智能手机和裂隙灯显微镜前加用一个房角镜就可以对房角进行拍照记录[7,11]。研究者还发现，将iPhone 6和裂隙灯显微镜联合起来可以观察角膜内皮细胞密度并进行角膜内皮细胞计数。此外，基于智能手机的远程诊疗设备惠及了农村等欠发达地区患者人群[12-13]。智能手机还可以通过适配器连接在光学显微镜上。Vahedi等[14]利用智能手机-光学显微镜系统记录了人睫毛毛囊蠕形螨的图像和视频资料。Brennan等[15]成功地利用基于智能手机的设备测量了结膜微循环血液动力学，该系统的性能与更复杂、更耗时的电荷耦合照相系统的测量效果一样好。

2 智能手机眼后节照相

传统眼底照相设备可以提供高质量的视网膜图像。基于智能手机的摄像系统成本低，携带方便，操作简单，而且彻底改变了视网膜筛查程序。虽然传统眼底照相系统种类繁多，但是这些系统各有优缺点[16]。有研究发现，智能手机照相系统和传统眼底照相机系统在对糖尿病视网膜病变(DR)的分级评价上表现出高度一致性，采用智能手机获得的眼底图像在检测中度非增生型DR和增生型DR时显示出91%的敏感性和99%的特异度[17-18]。计算机辅助的智能手机眼底视盘照相检查与裂隙灯前置镜检查效果一致性较高。在评估垂直杯盘比时，智能手机照相系统与传统视网膜照相设备表现出高度一致性[19-20]。基于智能手机的眼底摄像设备(MII Ret Camera)在计算机设备和技术的帮助下可拍摄高质量的眼底视频，而且单张图像提取也很容易。自动化辅助成像能够产生高质量、拍摄范围更广的视网膜图像，这意味着在视网膜疾病筛查中使用基于智能手机的视网膜摄像系统可获得广角视网膜图像[21-23]。

3 基于智能手机照相系统眼科设备的应用

设备高度依赖是现代眼科临床实践的特点之一。传统眼科检查设备体积庞大，价格昂贵，大多数需要专人操作，难以广泛使用。智能手机是一种便携式设备，其携带的摄像系统可获得高质量的图像和视频资料。在必要的软件和设备的帮助下，智能手机开发出越来越多的特殊功能，例如，采用智能手机-裂隙灯系统检查角膜内皮细胞是一个成功的尝试。

3.1 智能手机照相系统在儿童眼病中的应用用直接检眼镜检查眼底时，眼底的光线反射使人眼的瞳孔区呈现红色，这被称为眼底红光反射。儿童眼底红光反射是新生儿科和儿科常规检查的重要组成部分。早产儿视网膜病变(ROP)、儿童白内障、视网膜母细胞瘤、Coats病、屈光不正等儿童眼病可能会破坏这种反射。基于智能手机(iPhone6s)的MDEyeCare应用程序增强了由视网膜母细胞瘤在早期阶段导致的白瞳症的检测[24]，这款智能手机系统可检查出80%白瞳症患儿眼部的异常，通过眼底照相的方式发现白瞳症可将患儿诊断的平均年龄降至1.3岁左右[25]。在ROP的筛查实践中，基于智能手机的非接触式摄像系统(SBFI)和传统的接触式眼底照相系统(CFI)在ROP的分级和附加病变识别评价中表现出良好的一致性[26]。

3.2 智能手机照相系统在初级眼保健中的应用视力障碍会严重影响个人的工作能力和生活质量，从而加重社会负担。因此，早期筛查是发现和治疗眼病患者进而避免其失明的关键。研究表明，未矫正的屈光不正、白内障、老年性黄斑变性、青光眼和DR是视力损害的主要原因[27]。智能手机眼部照相系统是一个十分有用的工具。Bifolck等[28]开发了一种可快速掌握的基于智能手机照相系统的眼底检查方法，为初级眼保健和眼底评估提供了一种便捷的方法。另一项研究发现，将便携式裂隙灯与智能手机结合可以使眼前、后节照相更容易、更方便[29]。

3.3 智能手机照相系统在远程医疗中的应用全世界有近3900万人致盲，超过2.37亿人患有视力障碍，而导致视力损伤的疾病中有80%以上是可预防或可治疗的，视力障碍的人群大部分来自发展中国家[27]。随着眼科远程医疗的出现，这些患者有可能获得高质量的医疗服务从而避免失明。眼科远程医疗可用于眼眶病、结膜疾病的诊断、治疗和随访，如眼眶蜂窝织炎、泪囊炎、睑板腺囊肿、睑内翻、睑外翻、基底细胞癌和上睑下垂以及甲状腺眼病等均可通过眼科学专家进行远程诊断。Ye等[30-31]通过智能手机远距离实时传输手术过程使全球远距离眼科会诊成为可能，无论是图像还是视频在两个偏远的地点之间传输以及操作员之间的沟通均十分顺畅。这个简单、便携、价格合理的系统为眼科远程医疗提供了高质量的图像和视频。

3.4 智能手机照相系统在老年性眼病中的应用随着糖尿病患者的发病率逐渐升高，全球DR发病率也随之增加。早期筛查和随访对于DR的治疗仍然十分重要，因此，确定最具成本-效益的DR筛查工具至关重要。Mamtora等[32]的研究表明，使用智能手机替代直接检眼镜可以提高非眼科医师眼底检查的准确性和质量。在人工智能系统的帮助下，基于智能手机的眼底照相技术在社区DR筛查中表现良好[33]。当基于智能手机的照相系统被引入视网膜照相时，DR筛查将更加方便。与专家诊断相比，数字视网膜图像诊断新生血管性年龄相关性黄斑变性的敏感性和特异度分别是95%和90%[34-35]。

3.5 智能手机照相系统在荧光素眼底血管造影中的应用需要专用设备的荧光素眼底血管造影(FFA)检查同样可以通过智能手机和便携式视网膜照相系统共同完成。这是一种很有前途的方法和设备，它不仅为需要做FFA检查的患者提供更多便利，也为那些因为身体问题或资源不足而无法进行FFA检查的患者提供了完成FFA检查的机会[34-36]。

3.6 智能手机照相系统在眼科教学中的应用与传统裂隙灯显微镜相比，智能手机-电视显示器的使用可以显著提高医学生对眼科知识的接受度和在眼科实习期间的满意度[37]。智能手机检眼镜可以作为指导直接检眼镜的一个有用辅助工具，也可以作为非眼科医师检查眼底的一种选择[38]。

4 小结和展望

智能手机照相系统用于眼科照相为眼科远程医疗和眼科疾病预防勾勒出美好的前景，同时也带来了巨大的挑战。首先，智能手机极大地推动了眼科设备的便携化发展。智能手机从价格、便携和普及程度方面均优于传统眼科专用照相设备。但是不同手机的照相机性能、光学参数、拍摄者的摄像技巧都会导致图像辨识度的差异。其次，手机照相为眼科疾病的筛查和预防带来了新思路。照相设备和照相技术的统一缓解了眼科医师不足的问题，同时推动了眼科疾病筛查的进程。最后，手机照相可以进一步优化服务和资源配置。例如，以微信作平台对接科室做眼科常见病远程会诊和筛查；以微信作平台通过医院公共卫生科对接乡镇卫生院完成眼科疾病筛查，逐渐建立一套完整的眼科疾病筛查和预防网络系统。