ArcScan Insight 100超高頻數字超聲掃描儀在眼科臨床中的應用

劉文芳，王 浩，宋 鵬，龐辰久

0 引言

目前臨床上常用的眼前節生物成像測量技術主要有三種，即Scheimpflug相機成像技術[1]、光學相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)技術[2]和超聲成像技術。眼科常用于測量前節的超聲包括A超、B超和超聲生物顯微鏡(ultrasound biomicroscope，UBM)[3]。UBM不僅可以對眼前房進行測量，還可以對眼后房進行觀察，在臨床上應用廣泛。但UBM檢查為侵入式，需要表面麻醉，放置浴杯，表面麻醉藥物可能對角膜造成影響，檢查過程中超聲探頭可能壓迫眼球或探頭沒有垂直于角膜均可能對測量結果造成影響。ArcScan Insight 100超高頻(very high-frequency，VHF)數字超聲掃描儀是美國ArcScan公司基于超聲原理設計的一款新型非接觸式超高頻超聲生物顯微鏡，基本原理與UBM相同，但其不需眼表面麻醉、不直接接觸角膜、坐位檢查，超聲探頭沿角膜表面曲線運動，近似于眼球表面弧度進行弧形掃描，掃描深度7.6mm，采用數字信號處理技術，通過一個或多個子午線獲取數據，生成特定子午線上的眼部影像圖。ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀能執行角膜成像、眼前節成像和晶狀體囊成像三種不同類型的掃描。目前國內尚缺乏相關報道，本文對ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀在臨床應用的進展進行綜述。

1 ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀發展史

1993年，Reinstein等[4]根據超聲原理設計出一款超聲探頭不直接與角膜接觸的眼部掃描儀，掃描深度為7.6mm，命名為Cornell Bio-Acoustic Research Facility(BARF)。1997年掃描儀引入電弧掃描，這樣可確保超聲探頭在掃描的過程中始終與角膜表面保持垂直，保證測量結果的精確性[5]。1999年將超聲配件更換為聚二氟乙烯(PVDF)傳感器，并將掃描系統翻轉，使患者可以坐著進行掃描檢查，命名為Artemis-1。2001年又將儀器中的傳感器更換為靈敏度更高的鈮酸鋰傳感器，改進后的設備命名為Artemis-2。后又進行內部軟件升級及外部部件更新，最新一代產品ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀于2016年成功在歐美上市后開始應用于臨床，并逐漸在國內外醫院中應用(圖1)。

圖1 VHF數字超聲掃描系統發展史 A：1996～1999年第一代由Reinstein設計的眼部掃描儀；B：1999年更換傳感器后的眼部掃描儀Artemis-1；C：2001年更換為靈敏度更高的鈮酸鋰傳感器，改進后的設備命名為Artemis-2；D、E：最新一代產品ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀。

2 ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀使用方法

檢查時被檢者處于坐姿，將下頜放在下頜托上，將眼睛浸入一個類似于游泳時使用的護目鏡的EyeSealTM軟邊眼杯中(一次性使用)，被檢者睜開眼睛，檢查者通過計算機屏幕觀察瞳孔位置，當被檢者瞳孔位于掃描圖像中央時，囑被檢者閉上眼睛，通過打開眼杯上藍色閥門向眼杯內注入生理鹽水(約33℃)，直至眼杯內充滿生理鹽水，囑被檢者睜大眼睛，當從電腦屏幕上觀察到被檢者眼睛充分暴露在液體中時可開始掃描，掃描結束后，囑被檢者閉上眼睛，然后打開眼杯上的白色閥門，排空眼杯內的液體，被檢者將頭部從儀器上移開，檢查結束。測量時間不超過5min，同一只眼睛每2次測量間隔時間大于5min。

3 ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀主要眼部測量參數

ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀可測量的主要眼部測量參數：(1)角膜相關參數：中央角膜厚度(central corneal thickness,CCT)、角膜上皮厚度、角膜瓣厚度、角膜帽厚度、角膜基質厚度、剩余基質厚度；(2)前房相關參數：前房深度(anterior chamber depth，ACD)、角到角寬度(angle to angle，ATA)、前房寬度(anterior chamber width，ACW)、前房角(anterior chamber angle，ACA)、溝到溝寬度(sulcus to sulcus，STS)、溝到溝平面矢高(sulcus to sulcus lens rise，STSL)、鞏膜突到鞏膜突的距離、睫狀突到睫狀突距離(cililary body inner distance，CBID)、虹膜突前250、500、750μm房角開放距離(angle opening distance，AOD250、AOD500、AOD750)、虹膜小梁網夾角(angle of iris trabecular mesh，TIA)、小梁網-虹膜空間面積(trabecular meshwork-iris space area，TISA)等，其中房角開放距離由該設備內置軟件自動測量；(3)晶狀體相關參數：晶狀體厚度(lens thickness，LT)、晶狀體矢高(crystalline lens rise，CLR)、晶狀體表面曲率；(4)其他：拱高、角膜瘢痕厚度、鞏膜厚度(scleral thickness)、虹膜及睫狀體腫物大小、青光眼引流物通暢情況等，見表1。

表1 使用Artemis超高頻數字超聲測量眼前節數據的相關文獻

4 ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀的臨床應用

4.1角膜屈光手術角膜屈光手術是矯正屈光不正的重要方法，手術成功需要嚴格的適應證篩選、精準的手術設計。角膜屈光手術前角膜厚度的精確測量對手術類別選擇、光學區設計、術后屈光度數的穩定及安全性都非常重要，也是角膜屈光手術醫師最為關心的數據。ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀能獲得準確的眼前部測量數據，其重復性為1.68μm，再現性為1.5μm，精確性為0.71μm，不同操作者之間差異無統計學意義[6-7]。AlFarhan等[8]使用Artemis VHF數字超聲掃描儀對60眼患者CCT進行測量，結果顯示平均CCT為554.73±31.97μm，與UBM、Orbscan Ⅱ及OCT在角膜中央3.0mm范圍內測量結果的一致性較好[9-12]。

在角膜厚度一定的情況下，角膜瓣厚度與角膜基質床厚度密切相關，角膜瓣厚度是影響角膜基質床厚度的重要因素之一，特別是對于準分子激光原位角膜磨鑲術(laser-assistedin-situkeratomileusis，LASIK)術后的增強手術，需要精確評估角膜瓣和角膜基質床厚度來選擇增強手術的方式。目前臨床上常用眼前節OCT(anterior segment optical coherence tomography，AS-OCT)測量屈光手術后患者角膜瓣厚度[13]，由于術后時間過長角膜瓣與基質床交界面的反光效應減弱等原因，OCT較難分辨角膜瓣的正確位置，給測量屈光手術后的角膜瓣和角膜基質厚度帶來困難。ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀可精確測量角膜瓣和角膜基質床厚度，使醫生能對角膜擴張的風險進行評估，對預防術后角膜擴張具有重要意義[14]，為更高要求的科研和臨床診斷提供新的測量手段，為臨床醫生提供解決角膜屈光手術后光學并發癥的相關方法。

角膜屈光手術后角膜上皮重新分布，其變化可能是由于角膜屈光手術后會發生部分屈光回退。ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀可以測量角膜上皮厚度，觀察屈光手術后角膜上皮厚度的變化及其對屈光回退的影響。Reinstein等[15-16]觀察近視患者LASIK術后角膜上皮厚度變化時發現其引起的近視飄移在低度近視患者中更明顯，表明角膜上皮增厚程度與激光消融深度相關，代償性角膜上皮厚度增加幅度隨著消融深度的增加而增加，中央區比周圍區增厚多，22%的角膜中央上皮增厚發生在24h內，58%的角膜中央上皮增厚發生在1d～1mo內，28%的角膜中央上皮增厚發生在1～3mo內，3～12mo角膜上皮厚度變化趨于穩定。消融區域角膜上皮增厚是導致屈光回退的原因，表明代償性角膜上皮厚度變化會影響屈光手術效果[17]。角膜上皮細胞的重新分布也有一定益處，可以彌補角膜表面的不規則性，重建一個光滑的、對稱的光學表面，改善不規則散光患者術后視覺質量和手術效果[18]。

4.2圓錐角膜的早期診斷和隨訪圓錐角膜是一種中央角膜變薄、前突呈圓錐形、常伴有高度不規則散光的進行性原發性角膜變性疾病，角膜上皮厚度測量有助于圓錐角膜的早期診斷。角膜上皮重塑是圓錐角膜發展的特征[19]，是鑒別圓錐角膜的重要方法。目前臨床上常用Pentacam角膜地形圖顯示的角膜前后表面曲率、角膜表面高度、角膜厚度建立的變量模型用以區分圓錐角膜與正常角膜[20]，但不能觀察角膜上皮的變化，ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀的內置軟件系統有根據角膜上皮厚度變化進行圓錐角膜篩查、排除及評估圓錐角膜嚴重程度的逐步線性判別分析和6個變量模型，可通過不同散光軸上的角膜上皮厚度分布情況識別亞臨床圓錐角膜[21]，其原理是根據圓錐角膜患者的角膜前表面曲率、角膜后表面曲率、角膜厚度等建立逐步線性判別分析(linear discriminant analysis，LDA)變量模型，根據模型下的敏感度與特異度識別圓錐角膜并判別圓錐角膜的嚴重程度[22]。Reinstein等[23]使用Artemis VHF數字超聲掃描儀測量圓錐角膜患者角膜地形圖顯示角膜上皮層呈現“甜甜圈模型”，其特征表現為角膜中央上皮增厚較少的區域被周邊增厚較多的上皮環包圍。遠視患者行LASIK術的目的是使中央角膜曲率變陡，術中取出透鏡為凹透鏡，術后角膜形態與圓錐角膜相似，故遠視術后的角膜上皮厚度曲線變化可能遵循圓錐角膜的相似模式，顯示為“甜甜圈模型”[16]。因此，角膜上皮厚度變化在圓錐角膜識別中非常重要，將可疑圓錐角膜確定為非圓錐角膜[24]，也可以作為評估圓錐角膜和紫外線-核黃素交聯術后角膜擴張是否進展的指標[25]。

4.3有晶狀體眼人工晶狀體植入術有晶狀體眼后房型人工晶狀體(implantable collamer lens，ICL)植入術是矯正高度近視的有效手段，對于不適合行角膜激光屈光矯正的中低度近視患者也是一種有效補充方法[26]。將ICL植入睫狀溝內，具有可靠的眼內穩定性。ICL手術成功的重要標志之一是術后具有理想的拱高[27]，拱高是ICL后表面到透明晶狀體前囊膜的直線距離，過高的拱高具有造成房角關閉導致繼發青光眼的風險[28]，而過低的拱高則具有引起白內障的風險[29]。ICL有4種大小不同型號，既往ICL型號的選擇一般依據角膜橫徑白到白(white to white，WTW)，并且參考ACD的大小適當調整ICL型號，但有研究表明WTW與STS之間相關性并不一致[30]。與單純根據WTW及ACD用于STAAR公司在線計算系統(Online calculating &Ordering System，OCOS)進行ICL尺寸的測算相比，通過ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀測量的ACD、ATA、ACW、ACA、STS、STSL、CLR和CBID等眼前節參數可輸入ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀專用ICL在線計算系統(www.iclsizing.com)，從而得出各個尺寸的ICL植入后的預測拱高值[31]，同時考慮了ATA、STS等比WTW更為真實的眼內空間水平距離，以及CLR和STSL代表的晶狀體厚度對術后拱高的影響。目前ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀已在國內外應用于ICL術前評估睫狀突大小及測量CBID，并推導拱高預測公式[32]，其對于ICL術后拱高的預測具有更高的準確性和可靠性。

5 小結

綜上所述，ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀是一種超高頻非接觸式超聲生物顯微鏡，其可以準確測量眼前節生物學參數、清楚觀察前后囊袋表面和有效人工晶狀體位置[33]以及虹膜后結構的高清圖像[34]，這會極大改善患者檢查時的體驗及晶狀體屈光手術效果。目前，ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀已經逐步應用于臨床，關于其在角膜屈光手術、ICL植入術和早期圓錐角膜診斷中的應用已取得一定進展，但在白內障、青光眼及眼外傷等檢測與管理中的應用仍有待進一步研究。隨著ArcScan Insight 100 VHF數字超聲掃描儀在臨床應用的推廣，大量研究的開展及長時間的數據積累，其在臨床中的應用范圍將不斷擴展。