ArcScan Insight 100超高频数字超声扫描仪在眼科临床中的应用

刘文芳，王 浩，宋 鹏，庞辰久

0 引言

目前临床上常用的眼前节生物成像测量技术主要有三种，即Scheimpflug相机成像技术[1]、光学相干断层扫描(optical coherence tomography，OCT)技术[2]和超声成像技术。眼科常用于测量前节的超声包括A超、B超和超声生物显微镜(ultrasound biomicroscope，UBM)[3]。UBM不仅可以对眼前房进行测量，还可以对眼后房进行观察，在临床上应用广泛。但UBM检查为侵入式，需要表面麻醉，放置浴杯，表面麻醉药物可能对角膜造成影响，检查过程中超声探头可能压迫眼球或探头没有垂直于角膜均可能对测量结果造成影响。ArcScan Insight 100超高频(very high-frequency，VHF)数字超声扫描仪是美国ArcScan公司基于超声原理设计的一款新型非接触式超高频超声生物显微镜，基本原理与UBM相同，但其不需眼表面麻醉、不直接接触角膜、坐位检查，超声探头沿角膜表面曲线运动，近似于眼球表面弧度进行弧形扫描，扫描深度7.6mm，采用数字信号处理技术，通过一个或多个子午线获取数据，生成特定子午线上的眼部影像图。ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪能执行角膜成像、眼前节成像和晶状体囊成像三种不同类型的扫描。目前国内尚缺乏相关报道，本文对ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪在临床应用的进展进行综述。

1 ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪发展史

1993年，Reinstein等[4]根据超声原理设计出一款超声探头不直接与角膜接触的眼部扫描仪，扫描深度为7.6mm，命名为Cornell Bio-Acoustic Research Facility(BARF)。1997年扫描仪引入电弧扫描，这样可确保超声探头在扫描的过程中始终与角膜表面保持垂直，保证测量结果的精确性[5]。1999年将超声配件更换为聚二氟乙烯(PVDF)传感器，并将扫描系统翻转，使患者可以坐着进行扫描检查，命名为Artemis-1。2001年又将仪器中的传感器更换为灵敏度更高的铌酸锂传感器，改进后的设备命名为Artemis-2。后又进行内部软件升级及外部部件更新，最新一代产品ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪于2016年成功在欧美上市后开始应用于临床，并逐渐在国内外医院中应用(图1)。

图1 VHF数字超声扫描系统发展史 A：1996～1999年第一代由Reinstein设计的眼部扫描仪；B：1999年更换传感器后的眼部扫描仪Artemis-1；C：2001年更换为灵敏度更高的铌酸锂传感器，改进后的设备命名为Artemis-2；D、E：最新一代产品ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪。

2 ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪使用方法

检查时被检者处于坐姿，将下颌放在下颌托上，将眼睛浸入一个类似于游泳时使用的护目镜的EyeSealTM软边眼杯中(一次性使用)，被检者睁开眼睛，检查者通过计算机屏幕观察瞳孔位置，当被检者瞳孔位于扫描图像中央时，嘱被检者闭上眼睛，通过打开眼杯上蓝色阀门向眼杯内注入生理盐水(约33℃)，直至眼杯内充满生理盐水，嘱被检者睁大眼睛，当从电脑屏幕上观察到被检者眼睛充分暴露在液体中时可开始扫描，扫描结束后，嘱被检者闭上眼睛，然后打开眼杯上的白色阀门，排空眼杯内的液体，被检者将头部从仪器上移开，检查结束。测量时间不超过5min，同一只眼睛每2次测量间隔时间大于5min。

3 ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪主要眼部测量参数

ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪可测量的主要眼部测量参数：(1)角膜相关参数：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、角膜基质厚度、剩余基质厚度；(2)前房相关参数：前房深度(anterior chamber depth，ACD)、角到角宽度(angle to angle，ATA)、前房宽度(anterior chamber width，ACW)、前房角(anterior chamber angle，ACA)、沟到沟宽度(sulcus to sulcus，STS)、沟到沟平面矢高(sulcus to sulcus lens rise，STSL)、巩膜突到巩膜突的距离、睫状突到睫状突距离(cililary body inner distance，CBID)、虹膜突前250、500、750μm房角开放距离(angle opening distance，AOD250、AOD500、AOD750)、虹膜小梁网夹角(angle of iris trabecular mesh，TIA)、小梁网-虹膜空间面积(trabecular meshwork-iris space area，TISA)等，其中房角开放距离由该设备内置软件自动测量；(3)晶状体相关参数：晶状体厚度(lens thickness，LT)、晶状体矢高(crystalline lens rise，CLR)、晶状体表面曲率；(4)其他：拱高、角膜瘢痕厚度、巩膜厚度(scleral thickness)、虹膜及睫状体肿物大小、青光眼引流物通畅情况等，见表1。

表1 使用Artemis超高频数字超声测量眼前节数据的相关文献

4 ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪的临床应用

4.1角膜屈光手术角膜屈光手术是矫正屈光不正的重要方法，手术成功需要严格的适应证筛选、精准的手术设计。角膜屈光手术前角膜厚度的精确测量对手术类别选择、光学区设计、术后屈光度数的稳定及安全性都非常重要，也是角膜屈光手术医师最为关心的数据。ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪能获得准确的眼前部测量数据，其重复性为1.68μm，再现性为1.5μm，精确性为0.71μm，不同操作者之间差异无统计学意义[6-7]。AlFarhan等[8]使用Artemis VHF数字超声扫描仪对60眼患者CCT进行测量，结果显示平均CCT为554.73±31.97μm，与UBM、Orbscan Ⅱ及OCT在角膜中央3.0mm范围内测量结果的一致性较好[9-12]。

在角膜厚度一定的情况下，角膜瓣厚度与角膜基质床厚度密切相关，角膜瓣厚度是影响角膜基质床厚度的重要因素之一，特别是对于准分子激光原位角膜磨镶术(laser-assistedin-situkeratomileusis，LASIK)术后的增强手术，需要精确评估角膜瓣和角膜基质床厚度来选择增强手术的方式。目前临床上常用眼前节OCT(anterior segment optical coherence tomography，AS-OCT)测量屈光手术后患者角膜瓣厚度[13]，由于术后时间过长角膜瓣与基质床交界面的反光效应减弱等原因，OCT较难分辨角膜瓣的正确位置，给测量屈光手术后的角膜瓣和角膜基质厚度带来困难。ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪可精确测量角膜瓣和角膜基质床厚度，使医生能对角膜扩张的风险进行评估，对预防术后角膜扩张具有重要意义[14]，为更高要求的科研和临床诊断提供新的测量手段，为临床医生提供解决角膜屈光手术后光学并发症的相关方法。

角膜屈光手术后角膜上皮重新分布，其变化可能是由于角膜屈光手术后会发生部分屈光回退。ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪可以测量角膜上皮厚度，观察屈光手术后角膜上皮厚度的变化及其对屈光回退的影响。Reinstein等[15-16]观察近视患者LASIK术后角膜上皮厚度变化时发现其引起的近视飘移在低度近视患者中更明显，表明角膜上皮增厚程度与激光消融深度相关，代偿性角膜上皮厚度增加幅度随着消融深度的增加而增加，中央区比周围区增厚多，22%的角膜中央上皮增厚发生在24h内，58%的角膜中央上皮增厚发生在1d～1mo内，28%的角膜中央上皮增厚发生在1～3mo内，3～12mo角膜上皮厚度变化趋于稳定。消融区域角膜上皮增厚是导致屈光回退的原因，表明代偿性角膜上皮厚度变化会影响屈光手术效果[17]。角膜上皮细胞的重新分布也有一定益处，可以弥补角膜表面的不规则性，重建一个光滑的、对称的光学表面，改善不规则散光患者术后视觉质量和手术效果[18]。

4.2圆锥角膜的早期诊断和随访圆锥角膜是一种中央角膜变薄、前突呈圆锥形、常伴有高度不规则散光的进行性原发性角膜变性疾病，角膜上皮厚度测量有助于圆锥角膜的早期诊断。角膜上皮重塑是圆锥角膜发展的特征[19]，是鉴别圆锥角膜的重要方法。目前临床上常用Pentacam角膜地形图显示的角膜前后表面曲率、角膜表面高度、角膜厚度建立的变量模型用以区分圆锥角膜与正常角膜[20]，但不能观察角膜上皮的变化，ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪的内置软件系统有根据角膜上皮厚度变化进行圆锥角膜筛查、排除及评估圆锥角膜严重程度的逐步线性判别分析和6个变量模型，可通过不同散光轴上的角膜上皮厚度分布情况识别亚临床圆锥角膜[21]，其原理是根据圆锥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线性判别分析(linear discriminant analysis，LDA)变量模型，根据模型下的敏感度与特异度识别圆锥角膜并判别圆锥角膜的严重程度[22]。Reinstein等[23]使用Artemis VHF数字超声扫描仪测量圆锥角膜患者角膜地形图显示角膜上皮层呈现“甜甜圈模型”，其特征表现为角膜中央上皮增厚较少的区域被周边增厚较多的上皮环包围。远视患者行LASIK术的目的是使中央角膜曲率变陡，术中取出透镜为凹透镜，术后角膜形态与圆锥角膜相似，故远视术后的角膜上皮厚度曲线变化可能遵循圆锥角膜的相似模式，显示为“甜甜圈模型”[16]。因此，角膜上皮厚度变化在圆锥角膜识别中非常重要，将可疑圆锥角膜确定为非圆锥角膜[24]，也可以作为评估圆锥角膜和紫外线-核黄素交联术后角膜扩张是否进展的指标[25]。

4.3有晶状体眼人工晶状体植入术有晶状体眼后房型人工晶状体(implantable collamer lens，ICL)植入术是矫正高度近视的有效手段，对于不适合行角膜激光屈光矫正的中低度近视患者也是一种有效补充方法[26]。将ICL植入睫状沟内，具有可靠的眼内稳定性。ICL手术成功的重要标志之一是术后具有理想的拱高[27]，拱高是ICL后表面到透明晶状体前囊膜的直线距离，过高的拱高具有造成房角关闭导致继发青光眼的风险[28]，而过低的拱高则具有引起白内障的风险[29]。ICL有4种大小不同型号，既往ICL型号的选择一般依据角膜横径白到白(white to white，WTW)，并且参考ACD的大小适当调整ICL型号，但有研究表明WTW与STS之间相关性并不一致[30]。与单纯根据WTW及ACD用于STAAR公司在线计算系统(Online calculating &Ordering System，OCOS)进行ICL尺寸的测算相比，通过ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪测量的ACD、ATA、ACW、ACA、STS、STSL、CLR和CBID等眼前节参数可输入ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪专用ICL在线计算系统(www.iclsizing.com)，从而得出各个尺寸的ICL植入后的预测拱高值[31]，同时考虑了ATA、STS等比WTW更为真实的眼内空间水平距离，以及CLR和STSL代表的晶状体厚度对术后拱高的影响。目前ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪已在国内外应用于ICL术前评估睫状突大小及测量CBID，并推导拱高预测公式[32]，其对于ICL术后拱高的预测具有更高的准确性和可靠性。

5 小结

综上所述，ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪是一种超高频非接触式超声生物显微镜，其可以准确测量眼前节生物学参数、清楚观察前后囊袋表面和有效人工晶状体位置[33]以及虹膜后结构的高清图像[34]，这会极大改善患者检查时的体验及晶状体屈光手术效果。目前，ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪已经逐步应用于临床，关于其在角膜屈光手术、ICL植入术和早期圆锥角膜诊断中的应用已取得一定进展，但在白内障、青光眼及眼外伤等检测与管理中的应用仍有待进一步研究。随着ArcScan Insight 100 VHF数字超声扫描仪在临床应用的推广，大量研究的开展及长时间的数据积累，其在临床中的应用范围将不断扩展。