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视网膜与玻璃体

自适应光学

自适应光学(Adaptive Optics; AO)是一种通过波前传感器检测眼球光学系统的像差,并利用可变形镜实时校正,从而大幅提高视网膜成像分辨率的技术。

该技术最初为天文学中减少地球大气引起的光学像差而开发,后经改良和优化用于活体视网膜的可视化。眼球的光学系统包含角膜晶状体玻璃体引起的像差,在常规眼底摄影中,这些像差限制了分辨率的上限。AO克服了这一限制。

结合AO,可以可视化视锥细胞视杆细胞视网膜色素上皮RPE)细胞、视网膜神经节细胞RGC)、毛细血管和视神经等,这在传统眼底检查中是不可能的。通过与现有眼底摄影(FIO)、OCT和SLO结合,实现多模态成像。

Q 自适应光学用于什么目的?
A

用于在活体内直接观察视网膜细胞级结构。主要用途包括监测遗传性视网膜疾病的感光细胞消失模式、检测年龄相关性黄斑变性糖尿病视网膜病变的微细变化、识别OCT无法解释的视觉症状的原因,以及作为临床试验中的结构性终点1)

利用AO的成像设备目前大致分为三种模态。各模态的分辨率、用途和批准情况如下所示。

模态横向分辨率主要用途批准情况
AO-FIO中等快速广域成像临床批准
AO-SLO约2.5微米视细胞和视网膜神经节细胞可视化研究用途
AO-OCT约为SD-OCT的5倍深度分辨的层结构可视化研究用途

AO-FIO

临床批准:Imagine Eyes公司的rtx-1是唯一获得临床批准的设备。

成像方式:重复波前像差评估→AO校正→图像采集的循环。患者固定于颌托和额部稳定装置上,通过注视和按钮操作启动系统。

优点:可以更快地获取大范围图像。

缺点:由于视网膜脉络膜的散射光,对比度较低。

AO-SLO

成像方式:AO与成像系统一体化,实现实时像差校正。通过离焦控制调整视网膜内的焦平面,可实现光学切片。

分辨率:横向约2.5μm,轴向约100μm1)

检测模式:支持共聚焦(视锥外节)、暗场(RPE)、离轴孔径(RGC等)和分光检测器(视锥内节前端)等多种模式1)

缺点:扫描范围窄,需要数小时成像,且需保持良好固视1)

AO-OCT

成像方式:部分设备采用SLO与OCT集成结构。

优点:水平分辨率约为传统SD-OCT的5倍。可分层显示RGCRPE脉络膜毛细血管。

缺点:存在运动伪影和固视不良导致的图像质量限制。人工晶体眼或长眼轴眼成像困难1)

Q 自适应光学和OCT有什么区别?
A

OCT可以显示视网膜的断层图像(纵切面),但难以识别单个细胞。AOSLO能以约2.5μm的横向分辨率可视化单个感光细胞,能够检测OCT难以发现的细微感光细胞损伤1)。两者是互补技术,常作为多模态成像联合使用。

AO成像应用于多种视网膜疾病的评估。以下展示可可视化的结构及不同疾病的主要发现。

遗传性视网膜疾病

视网膜色素变性RP:在OCT显示正常的中心视网膜中也能检测到显著的视锥细胞丢失。特征包括不规则的视锥细胞镶嵌、视锥细胞密度降低和六角形性减少。

Stargardt病视锥细胞视杆细胞间距显著增大。周边部可见“星空”图案。

无脉络膜症:萎缩边界处视锥细胞镶嵌结构得以维持。特征性气泡状高反射斑点。

临床试验应用

结构性终点:可定量评估细胞水平变化,并用作治疗疗效的结构性终点。

年龄相关性黄斑变性早期检测:检测年龄相关性黄斑变性中的玻璃膜疣

RGC成像青光眼患者视网膜神经节细胞的可视化。

遗传性视网膜疾病中不同疾病的AO表现

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以下为主要遗传性视网膜疾病的AO表现特征。

疾病主要AO表现特征性模式
视网膜色素变性视锥细胞密度降低六边形减少
斯塔加特病锥体-杆体间距增大星空样图案
无脉络膜症萎缩边界处锥体保留气泡状高反射斑点

卵黄样黄斑营养不良表现为病变区域视锥细胞RPE密度降低,但病变外区域保持正常。还观察到提示视网膜下巨噬细胞的可移动盘状结构。

X连锁视网膜劈裂症表现为中心凹劈裂内视锥细胞间距不规则且增大。离焦成像显示特征性的大辐条状视锥细胞

Usher综合征II型即使OCT外观正常,与非综合征性RP相比,中心凹视锥细胞密度也较低。III型中心凹视锥细胞密度得以维持,但在敏感度丧失区域视锥细胞结构消失。

OCT难以检测的细微病变的一个例子是白内障术后囊样黄斑水肿消退后的病例。

Khoussine等人(2025)报告了一例68岁女性白内障术后囊样黄斑水肿消退的病例1)OCT仅显示小的EZ缺损,但AOSLO检测到贯穿黄斑光感受器镶嵌的裂缝样病变。病变的位置和方向与Amsler网格上的视物变形模式一致,证明囊样黄斑水肿消退后光感受器损伤仍然存在,并可能导致持续性视物变形

同样,有报告称在太阳视网膜病变和视网膜脱离术后,AOSLO检测到了OCT上不清晰的细胞损伤1)

Q 自适应光学在哪些情况下特别有用?
A

典型应用包括:确定OCT无法解释的视觉症状的原因(如囊样黄斑水肿消退后的视物变形)、遗传性视网膜疾病中光感受器细胞丢失模式的定量监测、年龄相关性黄斑变性糖尿病视网膜病变细微变化的早期检测,以及作为临床试验中的结构性终点1)

自适应光学眼底成像系统由以下三个主要组件构成。

  • 波前传感器:实时检测眼球光学系统的像差。通常使用哈特曼-夏克波前传感器。
  • 可变形镜:对检测到的像差施加反相变形,进行光学校正。需要高速、高精度的形状变化。
  • 闭环控制:波前传感器和可变形镜通过反馈控制联动,在连续成像过程中实时维持像差校正。离焦控制也集成在此闭环中。

在AO-SLO中,根据检测方式可以获得不同的组织对比度。

  • 共焦检测:最小化散射的高对比度图像。最适合可视化视锥细胞外节1)
  • 非共焦暗场模式:有效可视化RPE细胞。
  • 离孔径模式:增强光散射结构,有助于可视化RGC等透明结构。
  • 分探测器模式(split-detection):非共焦四象限检测方式。可可视化视锥细胞内节前端1)

Dubra设计的定制AOSLO系统采用非共焦四象限检测方式,最大视角为2.5度1)。成像时获取短视频,并通过定制软件进行运动稳定处理1)

该技术最初在天文学中用于校正大气湍流引起的像差,后来被转用并改进应用于眼科领域。

AOSLO能够捕捉OCT无法检测到的细胞水平变化,有助于阐明视觉症状的病理机制。

Khoussine等人(2025)证明,在囊样黄斑水肿消退后持续存在的视物变形症病例中,裂隙样感光细胞病变在空间上与Amsler网格上的视物变形模式一致1)。受损的感光细胞是否会随时间恢复尚不清楚,需要进一步的纵向研究。

该报告指出,裂隙区域中看似感光细胞缺损究竟是实际感光细胞丢失还是排列异常,鉴别起来存在困难1)。此外,即使锥体外节丧失,内节可能仍得以保留,内节的保留是否可作为视功能恢复的预后因素值得关注1)

AO技术检测细胞水平变化的能力有望作为遗传性视网膜疾病基因治疗和细胞治疗临床试验的结构终点。其优势在于能够定量评估传统OCT视野检查无法检测到的早期感光细胞变化。

目前临床推广的障碍如下:

  • 设备批准的局限性:临床批准的设备仅有rtx-1(AO-FIO)。AO-SLO和AO-OCT仅限于研究用途。
  • 成本和技术熟练度:设备成本高,需要熟练的操作人员。
  • 成像时间长:特别是AO-SLO需要良好的固视维持,成像耗时较长1)
  • 图像质量不一致:图像质量因患者的固视能力、屈光状态和瞳孔直径等因素而有很大差异。
  • 缺乏标准化数据库:正常值数据库尚未建立,难以评估个体差异。
Q 自适应光学将来会成为标准检查吗?
A

其在临床试验的结构性终点和感光细胞损伤的详细评估中的实用性已得到证实,随着基因治疗的普及,需求预计会增加。然而,成本、操作复杂性、成像时间和缺乏标准化数据库是普及的障碍,目前其在普通眼科中的应用仍然有限1)

Q 自适应光学检查可以在普通眼科进行吗?
A

唯一获得临床批准的设备是rtx-1(AO-FIO),可在部分专业机构进行。AO-SLO和AO-OCT目前仅限于研究机构,在普通眼科中难以实施。由于成本和技术熟练度问题,其在普通眼科中的普及仍处于有限阶段。

  1. Khoussine J, Arthur P, Rogers J, Stangel N, Stepien KE, Chang JS. Adaptive optics imaging uncovers photoreceptor alterations underlying visual distortion after cystoid macular edema. J VitreoRetin Dis. 2025;1-4.
  2. Roorda A. Adaptive optics ophthalmoscopy. J Refract Surg. 2000;16(5):S602-7. PMID: 11019882.
  3. Zhao Z, Ma Y, Song Z, Antonello J, Cui J, Chen B, et al. Intensity adaptive optics. Light Sci Appl. 2025;14(1):128. PMID: 40108147.

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