封面 | 造福眼病患者：术中光学相干成像“立功”

封面解读：封面展示了面向眼底术中导航的光学相干血流造影（iOCTA）技术。通过集成手术显微镜与光学相干血流造影系统，iOCTA技术可以实现术中眼底视网膜血流灌注的动态监测。其中，光学相干断层扫描血管造影（OCTA）采用了“逆信噪比-复值退相关”特征空间技术，解决了照明动态范围大、临界态血流检测难的问题，在毛细血管水平揭示了活体兔眼血流灌注随眼内压的时空动态演变过程。术中眼底血流灌注信息有助于客观评价手术过程和预测术后效果。

原文链接：张子艺, 俞晨阳, 乔依琳, 沈丽君, 程丹, 李鹏. 显微集成术中光学相干断层血流造影术[J]. 中国激光, 2022, 49(15): 1507301

眼科手术面临诸多难题

快节奏的生活，各种电子产品的广泛使用，以及人口老龄化等原因，使眼底疾病患者不断增加，如何守护人类的“心灵之窗”成为国民健康重要问题。眼底组织结构精细复杂，在治疗上具有一定的困难，在眼科手术中，眼组织中的血流灌注信息是外科医生判定患者当下眼组织生理功能、病理状态和术后并发症的重要依据。例如，在白内障超声乳化手术或玻璃体切除术等眼科手术中，患者的眼内一般会产生急性眼内压波动，当眼内压的变化超出眼底血管的代偿能力时，可能导致血管受损，增加术后并发症的发生率。然而，术中常用的工具手术显微镜难以实现毛细血管水平血流灌注的可视化、量化。

光学相干层析成像（OCT）技术能够实现无接触、非侵入、高分辨的结构成像，作为其功能拓展的光学相干血流造影（OCTA）技术可进一步提供无外源标记、高分辨（毛细血管水平）的三维血流灌注结果。结合了OCT和OCTA技术的手术显微镜扩展了深度方向上的可视化维度，可以获取必要的术中深度信息，有望提升手术的成功率。

这一系统，有助于预测术后效果

浙江大学现代光学仪器国家重点实验室李鹏副教授团队发展了一种集成手术显微镜的术中光学相干血流造影系统（iOCTA），以实现术中眼底视网膜血流灌注的动态监测。该系统在商用手术显微镜的基础上，设计了简捷可靠的光机结构，在保持手术显微镜在轴向上的人体工程学设计的同时，实现了OCT模块与手术显微镜模块的同步聚焦。本实验所涉及的iOCTA系统主要分为OCT模块和手术显微镜模块，其整体光路结构和实物搭建如图1所示。

图1 集成手术显微镜的iOCTA系统。（a）系统光路结构示意图，Lens 2为眼底观察系统的非接触镜；（b）样品臂和实验动物，其中1：扫描振镜，2：扩束透镜组，3：显微镜-OCT光路耦合件，4：用于安装手术显微镜主体的支撑装置，5：面阵相机（Camera 2），6：手术显微镜主体，7：眼底观察系统（包括调节装置和非接触镜），8：实验兔眼；9：可调位移台

基于上述系统，本文控制振镜扫描范围以获取三维OCT体数据（Z-X-Y），对应兔眼视网膜组织上的成像范围约为2.6 mm×3 mm×3 mm。其中，每个B-frame在快扫描（X）方向包含400 A-line，在每个位置连续获取3个B-frame，在慢扫描（Y）方向共采样400个位置，总采集时间约为4.8 s。

为了验证iOCTA系统生成术中血流成像结果的可行性，实施了眼科手术模拟实验，即通过人为改变兔眼眼内压来模拟白内障超声乳化手术或玻璃体切除术中的眼内压波动，并在实验中全程使用该iOCTA系统实时监测。系统采用基于逆信噪比和复值退相关的光学相干血流运动造影（ID-OCTA）算法，在ID空间沿静态信号分布的3σ边界处设置分类线，剔除静态周围组织，保留动态血流区域，实现了活体、无创、无接触、无标记、毛细血管水平的三维血流灌注成像。利用该系统实现了活体兔眼的术中眼底血流灌注成像，该成像过程分为三个阶段：施加灌注前（阶段I），术中眼内压急性增加并保持60 mmHg（阶段II），术中眼内压急性降低并保持初始的正常值（阶段III）。通过定性（图2）和定量分析（图3）纵向揭示了血流灌注随眼内压的时空动态演变过程，发现阶段II的急性高眼压将导致血流灌注密度值在短时间内降低至基线值的20%以下，相对血流密度变化趋势在各代表性时间点与兔眼视网膜血流灌注的en-face图像逐一对应。所研制的iOCTA技术有望实现眼科手中眼底血流灌注的实时监测，有助于外科医生客观评价手术过程和预测术后效果。

图2 术中兔眼视网膜血流灌注随眼内压的动态变化

图3 术中兔眼视网膜相对血流密度随眼内压动态变化的量化结果（三只兔眼的平均结果）

总结与展望

利用该iOCTA系统实现了活体兔眼眼科模拟手术中的眼底血流灌注成像，并通过定量的纵向分析揭示了血流灌注随眼内压的时空动态演变过程。所获结果表明，该iOCTA系统能够实现术中眼底血流状态的高分辨监测，有助于外科医生客观评价手术过程和预测术后效果，可广泛应用于眼科临床手术。在后续工作中，团队将从成像实时性、实用性等方面进一步改进iOCTA系统，开展iOCTA的临床应用研究，结合眼底激光治疗等手术进行眼底血流实时监测，研究术中眼底血流灌注状态和术后并发症的关联机制，改善手术操作。

课题组简介

浙江大学现代光学仪器国家重点实验室李鹏副教授团队长期从事光学相干成像技术及应用研究，建立了“逆信噪比-复值退相关”特征空间等关键技术，实现了毛细血管水平微循环形态成像；建立了时空融合复值退相关测量等关键技术，实现了高精度神经调节微循环动态成像。近年来先后主持国家自然科学基金3项，获浙江省杰出青年基金资助。在IEEE TMI、Optics Letters等高水平期刊发表论文50余篇。以第一发明人获授权发明专利15件，含美国发明专利2件。获浙江省科技进步二等奖。受邀担任《中国激光》“生物医学光子学”专题刊青年编委、美国Optica出版集团《Biomedical Optics Express》期刊副编辑等。