術中光學相干斷層掃描在眼科各類手術中的應用

王嘉玉，閔寒毅

光學相干斷層掃描（optical coherence tomography，OCT）是一種快速、非接觸的橫斷面成像方法，可以掃描角膜、視網膜和視神經等眼部組織，對眼部疾病的正確診斷、病情評估及手術預后等均具有深遠的影響，逐步成為了眼科領域不可或缺的檢查技術之一[1-2]。而近些年來，OCT 的應用范圍正在進一步擴大，不單純局限于診間，已逐步應用到各類眼科手術當中，即術中OCT（intraoperative optical coherence tomography，iOCT）。這種技術可以在多維度進行掃描，獲取手術進度的實時反饋，加深了我們對眼部組織結構的理解和認識，同時對術者的手術方案制定和選擇有所幫助，從而大大提高了眼科手術的安全性和成功率。

將OCT 帶入手術室的最初障礙是傳統臺式OCT 缺乏可移動性，下頜托式圖像采集方法對于無菌狀態下仰臥的病人不適用。iOCT 的成本也是一個潛在的障礙。OCT 設備就是一個重要的投資。另外手術時間的潛在延遲也可能導致成本增加。iOCT 軟件的應用也需要促進手術過程中獲得的數據的最佳解釋和利用。最后，iOCT 的臨床應用，以及整體價值的結果一直是采用的限制因素。

1 iOCT 的發展

1.1 手持便攜iOCT

2001 年，克利夫蘭大學醫院的團隊[3]成功研制出手持便攜式iOCT（handheld spectral domain OCT，HHOCT）用于眼前節檢查。隨著HHOCT 的發展，使高分辨率的譜域OCT 可不受患者體位的影響，在坐位或仰臥位時均可進行檢查，用于兒童患者或無法配合坐位的成人患者的檢查[4-15]。另外，iOCT檢查手柄可以進行任意角度掃描。然其穩定性欠佳，操作稍有不當可能損傷眼睛，另外成像質量受操作者經驗影響。目前在臨床工作中，包括眼科手術中較為常用的HHOCT 有美國Bioptigen 公司研制的Bioptigen SD-OCT 系統、德國Heidelberg 公司研制的手持便攜式SD-OCT 系統、以及美國Optovue 公司研制的iVue SD-OCT 系統[4-7,16]。

1.2 顯微鏡懸置式iOCT

顯微鏡懸置式iOCT（microscope-mounted portable OCT，MMOCT）對HHOCT 的穩定性和安全性進行改良，將iOCT 的掃描手柄懸置固定在手術顯微鏡臂架上，通過顯微鏡腳踏板移動iOCT 掃描位置，但是需要停止手術操作掃描眼部組織，無法實時對手術操作進行成像，可能造成手術區域污染是對這兩代iOCT 根本上的制約。

1.3 無縫整合式iOCT

無縫整合式iOCT（microscope-integrated OCT，MIOCT）為了進一步提高手術流暢性，將手術顯微鏡與OCT 設備進行內部無縫式整合。2010 年美國Ehlers JP 團隊率先將德國Oculus 公司的雙目間接顯微鏡、德國Leica 公司的眼科手術顯微鏡和OCT 設備成功無縫式整合[17-22]。隨后，德國Steven P 團隊將瑞士Haag-Streit 公司的眼科手術顯微鏡和由德國OPMedT公司研制的OCT camera 成功無縫式整合，后者在靠近手術者前方的視野范圍內安裝了小型視頻顯示器，以便術者稍改變視野即可觀看圖像[17-22]。而最近德國Carl Zeiss 公司成功研制了第二代MIOCT，即Rescan 700，用于眼科前后節的手術[17-22]。但手術器械會遮擋掃描，在一定程度上影響圖像質量。目前已有不少關于以上3 種設備的臨床研究報道證明其優勢性。

1.4 探針式iOCT

由于研發時間不長，尚缺乏相關臨床報道。根據現有實驗性研究可知探針式iOCT 可直接進入眼內對目標組織進行掃描，避免因手術器械遮擋而影響觀察或因屈光間質不清而導致成像質量降低，還能對周邊眼組織進行掃描和成像，從而擴大觀察的范圍[23]。自2008 年[24]至2013 年[25]，隨著玻璃體切除手術的微創化，經歷了直徑由21 G 到23 G 或25 G 的轉變，同時可作為后節手術當中的照明設備[26]。但目前最大的問題在于如何保證探針有效地在操作區域跟隨手術器械。對該設備獨特優勢的報道值得我們期待。

2 臨床應用

本文對使用iOCT 進行前后節手術多樣本研究進行整合[4-7,10-16,19-21,23,27-36]。其中531 例樣本為闡述iOCT 作用機制的前瞻性前驅臨床研究[11]，227 例樣本為后續前瞻性臨床研究，旨在解釋iOCT 在眼科手術當中的應用[23]。

2.1 前節手術中的應用

iOCT 最初是應用于眼科的前節手術領域，目前應用涵蓋了角膜移植術，準分子原位角膜磨鑲術（laser in situ keratomileusis，LASIK）、角膜交聯療法、青光眼手術以及白內障摘除手術等，其中以角膜移植術中的板層移植應用最為廣泛[7,10-11,20-21,23,36-38]。在531 例先驅研究中有275 只眼進行前節手術。其中大部分（59%）病例為板層移植手術[11,39]。與此同時在227 例臨床研究中91 只眼進行前節手術，64%進行了板層角膜移植[23]。

通過對后彈力層剝除自動內皮移植術（descemet stripping automated endothelial keratoplasty，DSAEK）和后彈力層角膜內皮移植術（descemet membrane endothelial keratoplasty，DMEK）患者進行iOCT 檢查，Steven 等發現術中制備移植片時iOCT可實時觀察角膜基質的殘留情況，還可正確判定移植片的內皮層面和后彈力層面，并輔助觀察植片與植床間有無積液、是否密切貼合，從而大大降低了手術的難度，縮短了手術時間，提高了手術的成功率[23,36-37]。有研究也表明層間積液的殘留證實與術后結構不透明相關[34]。另外部分患者術中將移植片植入前房后可出現角膜水腫，而當進行氣體填充并使移植片與受體緊密貼合后水腫隨之消失。研究表明這可能與角膜內皮丟失有關，因此提示iOCT 可間接評估角膜內皮功能，預測手術成功率。

iOCT 圖像與術中顯微鏡下觀察的一致性：先驅研究[40]中的不一致率為41%；臨床研究[41]中的不一致率為48%，這些患者均進行了額外的手術操作。與此同時，在臨床研究中18%的病例是術者發現還有殘余積液而iOCT 未發現的。這提示我們iOCT 圖像與術者顯微鏡下圖像在一定程度存在差異性[12,23]。

Scorcia 等發現iOCT 可以輔助術者在深板層角膜移植術（deep anterior lamellar keratoplasty，DALK）中確定鉆取角膜的深度，尤其對于具有不規則瘢痕及變薄的角膜，可以將環鉆的初始深度設定在最大安全范圍[10-11,23,27]，不僅可以避免穿透角膜，而且能保證達到分離所需的深度，這無疑增加了DALK手術的安全性和成功率[10]。在38%～56%的情況下術者借助iOCT 改變了角膜鉆取深度[11,23]。

Hirnschall 等使用iOCT 測量術中吸除白內障后的前房深度，評估人工晶體度數計算的準確性，并觀察患者術后的屈光狀態，結果發現在吸除白內障并在晶狀體囊袋內植入張力環后，測量的前房深度（中央區角膜內皮層至晶狀體前囊膜平面的垂直距離）可以相對最好地預測人工晶體被植入囊袋后的位置，使用該前房深度計算得到的人工晶體度數能獲得與預測值最為接近的術后屈光狀態[20]。

2.2 后節手術的應用

對于后節手術來說，iOCT 的潛力是無限的。很多疾病都可運用到iOCT，例如視盤凹陷性黃斑疾病[6]、早產兒視網膜疾病[4]、黃斑前膜[5,8,11-12,19,23,41-42]、黃斑裂孔[5,8,11,15,19,23,29,41-42]、玻璃體黃斑牽拉綜合征（vitreomacular tractionsyndrome，VMS）[5,11-12,14,18,23,26,41]、孔源性視網膜脫離（rhegmatogenous retinal detachment,RRD ）[4,11-12,19,23,30,42]、增殖期糖尿病視網膜病變[11-12,19,23]、硅油填充眼[19]、玻璃體積血[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]。

在特定情況下，iOCT 可以解釋潛在的病理生理機制，例如早產兒視網膜病變中視網膜前結構和視網膜劈裂的證實對復雜手術的術式選擇有顯著影響[3]。視盤凹陷疾病中玻璃體腔和視網膜層間的劈裂存在功能性聯系[6]。在黃斑裂孔中，剝膜后橢圓體帶與視網膜色素上皮層高度的改變可能與術后的解剖正常化率有關[15,29]。

而在另一些疾病中，直接實時反饋給外科醫生可以在手術決策和特定的手術操作中起著至關重要的作用。例如剝膜操作就特別適合在iOCT 輔助下完成。iOCT 圖像與術中顯微鏡下觀察的一致性：先驅研究中13%～22%患者iOCT 圖像提示仍有殘余膜而術者未觀察到，相反15%～40%的情況下，當術者提示有殘余膜而iOCT 圖像未報[11,23,43]。另外也有報道稱iOCT 可對注射治療效果、視網膜下全氟化碳液體的消除情況進行直接反饋。除此之外，iOCT 可觀察視網膜結構的細微的變化（剝膜后橢圓體帶與視網膜色素上皮層高度的改變）。

在視網膜脫離病例中，iOCT 表明大量患者進行全氟化碳填充后亞臨床視網膜下積液仍存在。中心凹形態改變，隱匿性黃斑全層裂孔的出現具有預后意義[11,22,30]。

對于增殖性糖尿病視網膜病變和玻璃體出血病例，iOCT可對組織解剖形態提供重要的線索[30]。在濃密的玻璃體出血患者中，iOCT 可以發現潛在的黃斑病變用于術中或術后管理（如黃斑水腫和視網膜內液體）。

3 未來發展方向

雖然在過去幾年中iOCT 領域已取得里程碑式的進步，但是仍需持續克服困難取得更大進步。當前困難包括以下幾個方面：OCT 與手術器械兼容；自動跟蹤；軟件平臺以及一個全面的外科醫生反饋平臺。

3.1 OCT 與手術器械兼容

目前金屬材質的手術器械對iOCT 光束的散射作用會造成明顯的尾影，影響OCT 圖像的呈現質量[17,19,23]。新型材料的測試及樣品生產正在進行，在保證手術精準性的前提下最大程度實現iOCT 可視化[44]。而手術中的氣泡或使用的特殊油體及液體也可能引起掃描圖像變形扭曲，影響實時圖像的呈現。因此改進也包括減弱信號的軟件開發，以盡量減少器械材質對相鄰組織的整體影響[45]。

3.2 自動跟蹤

目前iOCT 的發展當中暫時缺乏自動追蹤系統，需要操作者暫停手術操作，進行手動調節探頭位置來追蹤掃描部位以獲取圖像，無法達到同步自動跟蹤。目前應用于臨床研究的iOCT 僅能實現二維圖像的實時引導，顯示的只是某一個切面的局部實時情況，因此無法使術者很好地把握手術的全局情況。對于臨床大夫而言，手術操作的同時快速簡潔的i0CT 圖像捕捉，可以幫助手術大夫在早期觀察到手術操作對玻璃體視網膜交界面形態學改變的影響，并幫助手術者對患者的預后作出判斷。當手術中觀察到有眼底細微異常改變時，可以及時改變治療策略，避免手術后并發癥的發生，提高手術成功率。而如果能進一步研發三維圖像實時引導技術，也許可以使術者在操作時更加得心應手。因此iOCT 技術在掃描實時性、操作靈活性和簡易性及成像清晰度等方面存在很大提升空間[43]。

3.3 軟件平臺以及一個全面的外科醫生反饋平臺

這兩個平臺可以將術中數據實時統計，增加手術流暢性，同時方便數據的共享與實時討論[46-47]。對于一些基層醫院而言，手術中的圖像可通過無限網絡傳輸到遠程醫學中心，來自世界各地的知名專家學者可以通過圖像匹配，對患者提供規范化的遠程會診，進行遠程整體治療規劃、隨時遠程指導調整治療參數并遠程完成簡單的眼部治療。

另外，隨著OCT 技術的不斷發展，iOCT 的功能也將不斷豐富，當前OCT 技術正在逐漸由結構OCT 時代向功能OCT時代邁進，如多普勒OCT 及光學相干斷層掃描血管成像術（optical coherence tomography angiography，OCTA）的出現，在觀察組織結構的同時還能評估血流等功能，無疑也會帶動iOCT 的發展。總之，技術的發展能使手術醫師擁有更為強大的對付疾病的武器，提高手術的安全性和成功率，最終使患者從中受益。

4 小結

由于OCT 已經徹底改變了眼科疾病的臨床診療，iOCT有可能成為眼科手術室中的革命性技術。過去幾年整合技術已為第一代商業化系統鋪平道路。iOCT 技術在掃描實時性、操作靈活性和簡易性及成像清晰度等方面存在很大提升空間。