第11章第2节眼科激光检测仪 - 眼视光器械学

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第11章第2节眼科激光检测仪

2009-12-02 18:28:32 来源:网络作者:万新。宝世杰【大中小】浏览:40704次评论:0条

过去眼视光器械的光源都是普通光。由于激光具有方向性强、单色性好、相干性高和亮度大的特性，可以用来诊断和治疗多种眼科疾病，形成了一门边缘学科激光眼科学。随着激光技术的发展，越来越多的诊断和治疗性激光器械在眼视光学领域得到拓展和应用，尤其在治疗方面，如准分子激光屈光矫正等得到了革命性突破。
激光特有的高单色性和高相干性，为眼科检测开拓了新领域。例如，使用单色性高的激光制成激光多普勒测速仪，可以非侵入性地定量、动态测量视网膜血管的血流速度；利用激光的相干特性制成激光干涉视力计，测量屈光介质混浊患者（如白内障）视网膜的视敏度；激光全息摄影仪，拍摄角膜、晶状体、玻璃体和视网膜，检查眼睛病变。
与治疗眼病的激光比较，检测用的激光是弱激光，这样的激光束直接照射到眼球各层组织不会引起不可逆性损伤。

一、眼科激光检测仪的发展
眼科激光检测仪是在普通光检测仪基础上发展起来的，这是划时代的进展。
（一）检查眼底病变的激光检测仪
最早使用的光学检查眼底病变的是Helmholtz于1851年发明的眼底镜，使患者眼底图像成像于检查者的视网膜上。至20世纪60年代，应用眼底照相机，使眼底图像成像于照相机的底片上，后来用激光全息术拍摄了猫眼视网膜微血管全息图，可分辨20～30μm直径的微血管，并分层检查，每层间隔为120μm。1974年在临床上用B型超声波扫描激光全息照相，可诊断眼内异物、玻璃体出血、视网膜脱离和眼眶肿瘤。与普通光拍摄比较，激光全息有如下优点：一是能记录三维信息，再现检查时可用显微镜调焦到立体图像的各层各处；二是信息存量大，一次曝光拍得的信息就相当于480张普通照片所包含的信息；三是通过二次曝光法可测出0.24μm的微小变化。
1978年开始采用多普勒激光技术测量人眼视网膜血管内红细胞的流速。此后，激光多普勒测速仪的进展，主要在于改进了多普勒散射光的收集，提高信噪比以及减少了受眼球运动的影响。至今国内外已有较为成熟的产品供应。
因屈光介质混浊用眼底镜或裂隙灯无法探测视网膜的视敏度，1983年开始用激光干涉视力计预测白内障术后或角膜移植后的视力恢复水平，其准确率高。
美国视网膜基金会眼科研究院报告他们于20世纪80年代研制了激光扫描眼底电视机。与普通眼底镜观察或眼底照相机比较，激光扫描眼底电视显示具有如下优点：①不必用高光强照明，避免了患者对强光的不适；②可对眼底进行大范围检查；③加大了景深，成像质量好，同时可观察到玻璃体和视网膜的清晰像；④血管荧光造影观察时因高光效可使荧光素剂量减少到一般剂量的1/10，可以反复多次重复造影；⑤可连续观察、反复重现，利于发现更细微的异常；⑥可直接进行心理和物理检查测量，可准确地确定视功能缺陷的解剖学位置，用来检查视野，测定视网膜任何部位的视力。

（二）检查眼球屈光不正的激光检测仪
用普通光的验光方法已有主观插片验光法和客观检影法等十多种方法，但各种方法共同的难点是规范多、费时长、工序复杂，Knoll于1966年报告了不同屈光状态的眼观察者在观察激光散斑时呈现出不同视觉，并用这种现象准确测定眼球屈光不正。此后经不断改进成目前这种常规验光仪。

（三）预测早期白内障的激光检测仪
对于白内障者可用裂隙灯显微镜检查，但白内障症状不明显者则传统光学仪器不能预测，一旦形成了白内障后，混浊的眼晶体就难以恢复透明，所以人们寄期望于早期发现。现在已做了许多动物实验表明，在白内障的临床症状还不明显时，晶体的蛋白质结构已经发生改变，当测量到晶体蛋白的色氨酸和半光氨酸等的喇曼光谱有改变时，即可预测发病前的白内障。
目前已成熟用于临床的眼科激光检测仪主要有激光散斑验光仪、激光干涉视力仪、激光扫描眼底电视机和激光多普勒眼底血流仪四种，本书介绍这四种。

二、激光散斑验光仪
将相干性极好的激光束照射纸面、墙壁等粗糙表面时，可观察到有闪光颗粒光斑，称为激光散斑。激光的相干性好，照射到各种粗糙表面时的漫散射会形成干涉条纹。闪光颗粒是干涉叠加处的光斑，不规则表面的漫散射形成的相干是随机的，所以观察不到明暗相间的规则干涉条纹。在屏幕上观看图像时这种散斑是一种干扰。后来人们发现当不同屈光眼（正视、近视、远视或散光）观看时，散斑呈现出不同的视觉。Knoll于1966年报告他利用这个现象准确地测定了眼屈光不正。现已从理论上阐明用散斑研究眼球屈光不正的理由。
图11-2是不同屈光状态眼观察散斑相对运动原理图。被观察目标位于离观察眼无穷远处，K为穿有两针孔的屏，孔距应小于观察眼瞳孔直径，并使被观察目标置于两针孔的中间。从图可知，在无穷远处目标点在远视眼视膜上成A′B′像，而在近视眼视网膜上成B″A″倒像。

按照Knoll推荐的激光散斑验光法是观察无穷远处相干散斑时移动观察眼，则近视眼因在视网膜上成倒像而所看到的散斑随其头动而逆向移动，远视眼则看到散斑随其头动而顺向移动，正视眼则看不到这些移动。以后改为观察者不动，缓慢移动散斑屏，则所观察到的现象刚好与上述相反，即远视者看到逆动，近视者看到顺动，散光眼看到斜动，正视者看不到移动。
激光散斑验光仪就是根据上述原理制成。多用波长为632.8nm红色可见激光为光源（氦氖激光），光功率约为0.5至1.0mW，将原为高斯分布的激光束经透镜扩散后，均匀照射在圆柱形毛玻璃漫射屏上，漫射屏恒速转动。受检者站在离屏3～5m处观察漫射屏上出现的激光散斑。当发现闪光点按漫射屏转动方向移动时，受检眼既为近视眼，发现反方向移动者为远视眼，发现不移动者为正视眼，发现闪光点斜动为散光眼。若受检眼观察到闪光点移动表示该眼屈光不正，此时选用合适屈光度的矫正镜片进行矫正，直至闪光点不移动而呈沸腾状为止，即可测知要矫正的屈光度。

三、激光干涉测定视网膜视力仪
现行的视力检查，常规方法是视力表法，测得的结果只能粗略估计整个视觉系统的视力，无法单独测定组成视觉系统各部分的视功能。一个视力完全正常的眼必须具备三个条件：一是眼屈光介质对可见光完全透明；二是屈光系统使外界物体恰好清晰成像于视网膜的中心凹；三是视网膜具有正常的视功能。对于第一个条件，现在已有很多方法检查白内障、玻璃体混浊等屈光介质病变；对于第二个条件也已有各种验光仪，准确测量到屈光不正应矫正的屈光度；对于第三个条件，尤其对角膜和晶状体等屈光介质混浊的患者，用传统的眼底镜或裂隙灯显微镜都无法测知视网膜的敏感度。
为了确定角膜或晶状体混浊者的视力丧失是否完全由这些混浊的屈光介质造成，若施行角膜移植或摘除白内障者即改善了屈光介质的透明度后，其视力能否恢复，在术前应首先检查视网膜的敏感度。在1983年制成了激光相干视力仪后才得以实现。
现在国内外已有多种激光干涉视力仪，差别主要在两个方面：一是干涉方法的不同，一类用杨氏干涉法，另一类用迈克尔逊干涉法；二是功能不同，一类单纯测定视力，另一类除了测定视力外还同时测定空间频率特性，称之为两用机。本文只介绍杨氏干涉法，具体介绍单纯测定视力，因为这类比较普遍，而且原理类似。
图11-3是激光杨氏干涉视力计原理图。

图中He-Ne激光器发射的波长为632.8nm的平行相干光，通过聚光镜后，经118线/厘米的光栅衍射和双缝光阑，挡住光栅像，让光栅对称的两个一级衍射点通过，再经焦距为105mm的目镜，从双缝光阑透过的来自光栅的两个次光源像在角膜混浊者的角膜平面上或白内障患者的瞳孔平面上，这样就可在患者视网膜上出现相干条纹，受检者能在约90°视野内看到一个充满深浅间隔的圆形红色条纹映像。由于干涉条纹的粗细与两个相干次光源的发射交角大小成反比，因此调节光栅与聚光镜之间的距离即可改变干涉条纹的粗细。转动Dove棱镜，即可改变干涉条纹的方向。若受检者能分辨出最小条纹间隔相当于1分视角，则说明所检的视网膜功能正常。根据其辨别条纹的能力，就可测知受检视网膜的视力。

四、激光扫描眼底电视机
20世纪80年代末，美国视网膜基金会眼科研究院研制成功激光扫描眼底电视机。此仪器能够检查视网膜任何位置的视功能，而且还能观察视网膜和玻璃体病变以及眼底血循环异常。
（一）仪器的构造和原理
图11-4是激光扫描眼底电视机的构造示意图。

以眼底为目标，有两个光路体系，其中一个是从激光器发出的照明光，经过一系列光学元件，到达眼底时形成激光扫描光栅；另一个光路体系是带有眼底各种信息的反射光离开眼底，经一系列光学元件，到达光电接收器，转换成电视屏上的图像。
1、激光束照明光路照明光源是氦氖激光或氪氩混合气体激光，输出功率均在视网膜损伤阈值以下，前者是波长为632.8nm红色光，后者可以调谐成568nm的黄色光或514.5nm的绿色光或502nm的蓝色光。其中用红光可显示眼底深层构造，黄光可显示视网膜浅层构造，蓝光或绿光则用来激发荧光。按图11-4所示，激光束首先经第一个反射镜检流计VmG反射，此反射镜沿水平轴以60Hz频率振荡，使激光束垂直方向扫描。光束再经过第二个反射镜检流计HMG反射，光束水平方向扫描。垂直和水平两个方向扫描合成形成扫描光栅。此扫描光栅经透镜L1聚焦于视网膜的共轭焦面R上，再经反射镜M转向，再由28D的非球面检眼透镜AH和眼屈光系统聚焦于视网膜上，形成聚焦的扫描光栅。图11-5中实线表示了进入眼底的光路。

2、眼底反射光的光路从眼底反射出来的带有视网膜各种动态或静态的心理、生理和病理信息的反射光线，经光电放大管接收后转换成电流信号并被放大输出，用来调制射到电视屏上的电子束强度。控制反射镜检流计的信号使电视屏上电子束扫描与激光束对眼底的扫描同频，当激光束沿眼底移动时电子束也沿电视屏做同频移动，形成同频的清晰眼底图像。电视屏上整个图像由525条扫描线构成，每秒重复15次。若用的是28D非球面检眼透镜则可获得最大视场角为55°，最小为10°，最高视网膜分辨力为12μm。如果改用广角接触式检眼透镜，则可使视场角扩大到180°。由电子计算机控制的声光调制，可改变激光扫描光束在某瞬时的光强度，可以在眼底形成各种不同形态和不同对比度的静态或动态图形。电视录像可以作为病案，供日后复诊、会诊或远距离传输。

（二）仪器的特点和优点
与其他的眼底检查仪比较，本仪器有如下特点和优点：
1、进出瞳孔的光路安排上与一般间接眼底镜或眼底照相机恰好相反。本仪器在瞳孔中心小区域内通过进入光路，而其余大区域则通过出来光路，可降低照明光的强度同时提高了反射光的光通量。过去间接眼底镜要求光强度为100000μW/㎝2，普通荧光眼底造影术所需光强度为4000000mW/㎝2，而目前仪器则只需70μW/㎝2的光强。
2、进入眼球的激光是很细的光束，入射光孔径小，从而大大增加了景深，而反射出来的光线并不需要形成光学像，从而避免了光学像差，提高了像质。
3、光源可分别换用红光、黄光、绿光或蓝光，可满足观察不同层次和不同用途的需要。
4、优点以上特点使本仪器具有一般眼底镜所没有的许多优点：
（1）在对患者安全和不引起患者不适的光强下能对受检眼的眼底作大范围检查。
（2）不仅能提供彩色眼底像，而且能提供反映眼底不同层次的单色光图像。
（3）景深极深，虹膜、玻璃体和视网膜能同时看清。
（4）可以连续录像存档。
（5）入射光孔径小，不必散瞳也能检查；低照度，尤其可在视网膜扫描光栅中放置有趣图像吸引儿童注视；接收光效率高，即使屈光介质混浊也易检查；这种高效吸收光能可使荧光素剂量减至一般剂量的1/10作荧光血管造影，可多次重复造影。

（三）测视网膜功能的方法
由电脑控制的声光调制器，可以调制激光光束在眼底扫描区域内任何预定点的光强度，从而能在视网膜上构成各种静态或动态的图形。这些图形在被患者看到的同时，也能被医生从电视屏上同步看到。因此，各种常用的物理测验就可以在直视下进行，能直接确定功能缺陷的解剖学位置。现在已能用本仪器进行视野检查、测定视网膜上任何部位的视力，了解低视力患者的阅读状况。
1、视野检查令患者注视十字丝，医生可以观察患者黄斑中心凹和注视点的位置关系，确定是中心注视还是偏心注视。然后医生将视标投到患眼视网膜待测区，当医生将视标从病变区的中心向各方向的边缘移动时，嘱患者的注视点固定不变，当能看到视标时即按一下揿钮，在电视屏上就标记下一个亮点，同时发出“嘟”的一声，表明患者已看到视标。暗点的各方边界确定后就能绘出整个暗点的位置和范围。这种检查法，在临床上主要用于：①光凝前暗点定位，使光凝点落在暗区，减少视网膜的视功能损伤；②确定低视力患者的暗点区，利于治疗。
2、测定视网膜上任意部位的视力一般视力检查只能测定黄斑中心凹处的视力。使用本仪器则能测定视网膜上任何部位的视力。医生可以用操纵杆将视标投到患眼视网膜的任何待测位置上，将“E”置于黄斑中心凹区域，让患者辨认，并按下“上、下、左、右”四个方向中的一个揿钮。电子计算机将根据辨认正确与否自动变换视标的大小和方向，直至测出视力并打印出来。在临床上，主要用来确定黄斑病变患者的最佳视力位置，以利于治疗。
3、了解低视力者的阅读状况医生使用本仪器在电视屏上观察低视力者的阅读状况。受检者一边阅读一边读出声来，医生就可在电视屏上看到其中心凹处所看文字之间的位置关系及其跟随运动状况。确定黄斑病患者视网膜上残存的最佳视力，确定何种字体、何等大小的文字最适合患者，确定在阅读时是移动注视点好还是移动文字好。

五、激光多普勒眼底血流测量仪
奥地利物理学家多普勒于1842年发现了一种声学现象：当声源与听者相对运动时，听到的声音频率和声源发出的频率有改变；两者互相接近时听到的频率升高，互相离开时则降低，这种声学现象称为多普勒效应。后来发现，不但声波而且电磁场都有这种效应，即光波也有光学多普勒效应。当光在光学性质不均匀的媒质中传播时，会发现偏离原传播方向而向四面八方传播的散射现象。大量研究表明，这些散射粒子的数目、尺寸大小及其运动状态，对散射光的强度和频率都有很大影响。当用一束光去照射运动着的微粒如血管内流动的红细胞时，由这些微粒散射的光频率，因微粒正在运动而有了频移，称这种频移为多普勒偏移，这一现象则称为多普勒效应。显然，当微粒流动方向是流向入射光束时散射光频率升高，远离时则降低。
入射光的光源是氦氖激光，光束到达视网膜上时，光功率密度要求小于0.1 W/㎝2，经光学系统聚焦、反射后焦点落在待测的视网膜血管上，经视网膜血管里的红细胞散射的光，由眼底照相机收集，再由光导纤维传送给光电倍增管，其输出的光电流则记录在磁带上，同时经信号处理机处理后直接变成待测红细胞的流动速率用数字显示。这里要指出的是由于光谱频率高达1014Hz，目前没有可达如此高频响应的探测器，无法直接测量入射光谱和散射光谱，因此国内外都用光差检波技术，把不同频率的入射光和散射光同时射入一个具有平方检波特性的光电接收管的敏感表面，变化随此两激光束频差的差值而变化的电流输出。用这种装置能无损伤地定量测定视网膜上各条血管的血流速度。

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Tags：眼科激光检测仪

责任编辑：peijingshi

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