1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，高端生物医学成像重大科技基础设施，生物医学光子学教育部重点实验室，Britton Chance生物医学光子学研究中心，湖北 武汉 430074
2 天津市眼科医院，南开大学附属眼科医院，天津医科大学眼科临床学院，南开大学眼科学研究院，天津 300020
飞秒激光得益于其精准、微创等优势被广泛应用于屈光疾病的治疗。在飞秒激光屈光手术中，光学系统的数值孔径是影响手术效果的重要参数。本研究旨在探讨数值孔径对飞秒激光角膜基质切削质量的影响规律，以帮助临床医生更好地选择合适的手术参数。选用0.16、0.30、0.80三种数值孔径进行离体动物角膜的飞秒激光切削实验，并通过气泡尺寸与凋亡细胞比例评估激光切削质量与基质细胞损伤程度。实验结果显示：气泡体积随着数值孔径的增大而减小，高数值孔径下切割更易实现基质层的分离；上述三种数值孔径下的基质细胞损伤比例分别为9.4%、4.9%和1.0%，基质细胞的损伤比例随着数值孔径的增大而明显下降。因此，增大数值孔径有助于提高飞秒激光角膜基质切削的安全性。
激光技术 飞秒激光 角膜 数值孔径 气泡 细胞损伤
1 四川慧及视光科技有限公司(炯炯眼科), 四川 610000
2 北京慕明医疗管理顾问有限公司, 北京 102299
散光会导致视力降低、视物疲劳, 影响视觉质量。很多患者放弃配戴球面软性接触镜的主要原因是由于不能忍受残余散光带来的视觉影响, 而配戴环曲面设计的软性角膜接触镜可以为患者带来视觉体验的提升。本研究通过对比G&G POP·CT和艾爵NT38两款散光软镜在矫正视力、残余屈光度、配适状态、安全性、配戴舒适性、视觉症状、患者满意度等方面的表现, 验证散光软镜的临床效果。
环曲面软性角膜接触镜 安全性 有效性 toric soft contact lens security effectiveness
为检测屈光手术中准分子激光机的切削准确性和稳定性, 提出了一种基于PMMA板深度测量的检测方法。对角膜切削深度的理论值进行了分析和推导; 对不同品牌准分子激光机预设切削角膜深度与实际切削角膜深度存在差异的现象和原因进行了分析; 在稳定状态下, 对不同机器使用PMMA板进行手术模式切削, 拟合了预设角膜切削深度与PMMA板实际切削深度的关系, 将拟合直线作为理论值。实验表明, 在术前, 通过测量切削的PMMA板深度, 并将其与理论值进行比较, 示值误差在±5%范围内。
准分子激光 屈光度 角膜切削深度 最小二乘法 excimer laser corneal ametropia cure system dioptre corneal ablation depth least square method
1 天津工业大学 电子与信息工程学院，天津300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津300387
3 天津医科大学眼科医院 眼视光学院，天津0084
4 国家眼耳鼻喉疾病临床医学研究中心天津市分中心，天津30038
5 天津市视网膜功能与疾病重点实验室，天津300384
6 北京大学人民医院眼科，北京100044
7 瑞达昇医疗科技有限公司，北京101100
通过拼接角膜神经图像可以减小显微图像视场小的影响。由于显微图像存在渐晕效果，拼接图像会在拼接处产生伪影，影响医生诊断。为解决拼接图像的渐晕伪影问题，提出了一种通过非线性多项式函数建模进行图像渐晕校正的方法。首先，对单张角膜神经图像建立渐晕模型，设置符合渐晕物理性质的约束条件，利用L-M优化算法对渐晕模型参数进行迭代优化。在每次迭代优化过程中，计算对数信息熵，对当前渐晕模型的校正效果进行判断，防止图像过度校正。迭代优化结束后，将渐晕模型反向补偿原图像，完成渐晕校正处理。通过对比校正前后的拼接图像，校正后图像在拼接处无明显的渐晕伪影。实验测试5组不同患者的图像，校正后图像MSE、PSNR、SSIM评估指标平均值分别达到0.004 2、72.225 1 dB、0.960 0，具有最佳的校正效果。本文算法的校正效果明显优于其他同类算法的校正效果。该方法能够有效地对角膜图像渐晕效果进行校正，无须提前设置固定的相机和环境亮度参数。校正后图像拼接效果良好，可获得更加准确、清晰、视野范围大的角膜神经拼接图像。
计算机视觉 角膜神经显微图像 渐晕校正 共聚焦显微镜 对数信息熵 computer vision corneal nerve microscopy images vignetting correction confocal microscope logarithmic information entropy 光学 精密工程
2022, 30(20): 2479
1 西安市人民医院(西安市第四医院)陕西省眼科医院，陕西 西安 710004
2 西安交通大学生命科学与技术学院，陕西 西安 710049
飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，具有精准性、安全性和可重复性高等特点，近年来在角膜屈光手术中的应用日渐成熟。目前飞秒激光在角膜基质透镜取出术、穿透性角膜移植术、深板层角膜移植术和角膜基质环植入术中取得了良好疗效，为以往只能通过常规角膜交联和角膜移植手术进行治疗的进展期圆锥角膜提供了更多的治疗方法，包括飞秒激光辅助的囊袋内交联、角膜基质透镜植入和角膜基质环植入联合角膜交联等，克服了以往单纯手术方法只能改善视力或加固角膜的缺点，但同时存在因术中切换手术室增加感染可能、设备故障导致切割不完全、参数设置欠佳导致术中和术后出现并发症等风险。本文对飞秒激光在眼科特别是圆锥角膜治疗方面的最新应用和进展进行综述。
医用光学 飞秒激光 圆锥角膜 角膜移植 角膜基质环 角膜交联 中国激光
2022, 49(15): 1507103
1 安徽医科大学基础医学院, 合肥 230032
2 军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所, 北京 100039
为观察3.74 μm远红外激光致角膜损伤的特点和损伤修复过程, 利用该激光在光斑直径为2 mm、照射时间为0.8 s、辐照量为23.2 J/cm2的条件下照射C57BL/6J小鼠角膜, 采用大体观察、裂隙灯显微镜、光学相干断层扫描(OCT)以及组织病理方法, 在角膜损伤后3 h、6 h、12 h、1 d、3 d、7 d、14 d和21 d进行观察。大体观察角膜损伤即刻可见灰白色损伤斑, 表面凹凸不平, 角膜混浊随时间逐渐加重, 1 d达到顶峰, 3～7 d混浊减轻, 14～21 d再次加重。裂隙灯下角膜损伤累及全层, 角膜厚度随时间先增大后逐渐恢复。OCT观察角膜损伤后明显外凸, 反射光带全层性增强, 3 h角膜显著增厚, 12 h达到最厚, 后逐渐恢复至正常。经组织切片观察: 上皮层损伤后3 h核固缩深染, 6～12 h核染色变淡消失, 1 d 时1～2层新生上皮完全覆盖损伤区, 3～7 d上皮细胞增至3～4 层, 14～21?d恢复正常; 基质层损伤后3～6 h核染色质大量脱失, 12 h出现浸润细胞, 后浸润细胞增多, 由基质深层向浅层迁移, 14～21 d浸润细胞减少, 纤维排列仍不规则; 内皮层损伤后3 h细胞脱落, 1 d出现少量新生细胞, 其后逐渐增多并趋向恢复。结果表明, 3.74 μm激光在23.2 J/cm2照射剂量下可致角膜全层损伤, 角膜损伤反应随时间先加重后逐渐恢复, 21 d时上皮和内皮层基本恢复正常, 但基质层并未恢复透明。本研究为红外激光角膜损伤危害评价和损伤治疗研究提供了试验依据。
3.74 μm激光 照射剂量 小鼠 角膜 损伤修复 3.74 μm laser radiation dose mice cornea wound healing
1 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院, 广东 佛山 528000
2 湖北科技学院工程技术研究院, 湖北 咸宁 437100
3 佛山科学技术学院国际交流学院、继续教育学院, 广东 佛山 528000
4 广东唯仁医疗科技有限公司, 广东 佛山 528000
5 佛山科学技术学院物理与光电工程学院, 广东 佛山 528000
6 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室, 广东 佛山 528000
非侵入式角膜在体弹性测量具有重要临床意义却尚无金标准。提出了基于光学相干层析(OCT)的光学相干弹性成像方法(OCE),实现了微气体(压强为10~40 Pa)脉冲激励下软组织的亚纳米-微米级振幅力学响应的高分辨观测。结合时域恢复曲线拟合模型(R-Model)和频域单自由度振动模型(SDOF-Model),测量了浓度(质量分数)为1.0%~2.0%的琼脂仿体和两名志愿者角膜的固有频率。测量结果表明:固有频率值不受激励压强大小的影响,且与杨氏模量的平方根正相关(皮尔逊相关系数为r≥0.98);SDOF-Model具有更好的可重复性,其平均离散系数(CV)为0.9%(琼脂仿体)和1.7%(人眼角膜),而R-Model的平均CV则高达8.4%(琼脂仿体)和42.6%(人眼角膜),即基于SDOF-Model的微激励OCE方法更适合人眼角膜固有频率的在体测量。
测量 光学相干层析成像 光学相干弹性成像 角膜生物力学 固有频率 共光路相敏探测 光学学报
2022, 42(10): 1012005
1 四川大学电子信息学院， 四川 成都 610065
2 四川大学空天科学与工程学院， 四川 成都 610065
3 四川大学华西医院眼科， 四川 成都 610065
为了提高获取角膜地形图的测量精度，将相位测量偏折术和传统Placido盘法相结合，研究了一种新型的人眼角膜地形图获取方法。将人眼顶点处的法线与相机光轴共线，且与显示器的法线平行。显示器上显示的二维正交条纹图经人眼反射后，被相机接收。利用相位提取算法和迭代算法得到显示器和人眼角膜的坐标，再根据两者的几何关系，进而得到人眼角膜地形图。数值模拟表明模型眼的曲率半径和屈光度的测量精度理论上可达±14.7 μm和±0.07D。最后实验上对曲率半径与人眼接近的球面元件进行了测量验证，结果表明，本方法具有测量精度高、装置简单、成本低等优点。
相位测量偏折术 Placido盘法 角膜地形图 曲率半径 屈光度 phase measurement deflectometry placido disk systems corneal topography radius of curvature diopter
1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院, 广西 桂林 541004
2 桂林电子科技大学生命与环境科学学院, 广西 桂林 541004
晚期糖基化终末产物（AGEs）是一种结构多样的化合物, 在人体血糖高于正常范围时, 会大量产生且不能通过自身代谢降解, 具有血糖长期异常的记忆作用。 研究表明AGEs是引起糖尿病及其并发症的重要因素之一, 通过检测体内AGEs的积累情况可以预测糖尿病及其并发症的发生和发展进程。 现有的离体AGEs检测方法存在操作复杂、 时间较长、 成本较高和不易推广等问题; 在体AGEs检测方法存在皮肤色素、 年龄和血红蛋白干扰等问题。 为此, 基于角膜良好的光学特性和AGEs的自体荧光特性, 提出一种角膜晚期糖基化终末产物荧光光谱检测方法。 构建了一套角膜AGEs荧光光谱检测系统, 系统由微型光纤光谱仪、 集成LED激发光源、 Y型12+1光纤和PC端光谱处理显示软件组成。 荧光光谱检测系统采用激发光源波长分别为370和395 nm在暗室条件下对17名志愿者（男性9人, 女性8人, 糖尿病患者4人, 年龄最小15周岁, 最大81周岁）进行数据采集, 得到激发光波长分别为370和395 nm的荧光光谱数据。 为了准确识别荧光光谱中的有用信息, 先截取需要的荧光光谱数据段（450~700 nm）, 然后对其进行去除背景噪声、 归一化、 小波变化等方法处理, 可以将荧光光谱中不明显的荧光峰值进行放大和识别。 实验结果发现, 采用波长为370和395 nm的LED作为激发光源, 检测到角膜发射的荧光光谱范围在420~600 nm内, 并且都分别在450~500, 500~550和550~600 nm三个范围内存在光谱峰值。 根据荧光性物质的荧光峰值与激发光波长无关的原理, 表明两种不同波长的激发光所得到的荧光光谱都是由同一种物质AGEs产生。 对糖尿病患者和正常人的荧光峰值强度进行分析, 显示糖尿病患者的荧光强度明显高于正常人, 表明本研究通过荧光光谱法检测角膜晚期糖基化终末产物具有可行性。
角膜 晚期糖基化终末产物(AGEs) 荧光光谱 无创检测 Cornea Advanced glycation end products (AGEs) Fluorescence spectroscopy Noninvasive detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1055
岳炜 1,2,3杨秀彬 1,3,*徐婷婷 1,2,3韩金良 1,2,3王绍恩 1,2,3
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100039
3 中国科学院天基动态快速光学成像技术重点实验室, 吉林 长春 130033
为合理选择不同材质的角膜接触镜,基于几何光学成像的原理,建立了基于角膜接触镜的角膜成像模型,分析了不同折射率的角膜接触镜对角膜成像质量的影响;利用逆光学成像思维,设计了一种用于检测成像质量变化的近轴光学系统,分别将不同材料和厚度的角膜接触镜加入该光学系统,定量分析不同材质的角膜接触镜对成像质量的影响。该光学系统的有效焦距为18.36 mm,筒长为36.49 mm,像高为2.48 mm,调制传递函数值接近极限衍射,全视场的畸变量小于0.1%。ZEMAX仿真结果表明:材料为硬性角膜接触镜PMMA、厚度为0.05 mm的角膜接触镜可同时满足增强现实技术中接触式设备的成像和佩戴需求。
光学设计 几何光学成像 角膜曲率 光学材料 畸变 中国激光
2020, 47(12): 1207005
