寧波材料所在閉角青光眼篩查與眼前節(jié)光學(xué)相干斷層掃描（AS-OCT）方面取得進(jìn)展
青光眼（Glaucoma）是一系列會(huì)導(dǎo)致視神經(jīng)受損，進(jìn)而造成視力逐漸或完全喪失的眼疾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球范圍內(nèi)，青光眼是僅次于白內(nèi)障的視力殺手，目前全球約有7000多萬名青光眼患者，其中10%將最終成為盲人。我國(guó)是世界上青光眼患者數(shù)量最多的國(guó)家，由于該病早期不疼、不癢、沒有任何不適感，因此被稱為“隱形視力殺手”或“視力竊賊”。由于視神經(jīng)損傷是無法修復(fù)的，因此一旦青光眼發(fā)現(xiàn)過晚，則會(huì)出現(xiàn)不可逆的視功能損傷甚至失明。如果青光眼早期確診，經(jīng)治療后多數(shù)患者可以保存現(xiàn)有視力。因此，普及青光眼常識(shí)、盡早進(jìn)行青光眼篩查、診斷和治療是防止視神經(jīng)損害和失明的關(guān)鍵。
青光眼根據(jù)前房角（也叫“隅角”，指角膜和虹膜之間的夾角）的不同狀態(tài)，可以分為開角青光眼和閉角青光眼。后者多發(fā)于中老年女性和亞洲人群中。兩種不同青光眼亞型的病因、治療手段和手術(shù)方案都存在著顯著的差異，因此在臨床診斷中會(huì)通過前房角鏡進(jìn)行精確的人工檢查。近10年來，眼前節(jié)光學(xué)相干斷層掃描（AS-OCT）影像技術(shù)飛速發(fā)展，為閉角青光眼的定性和定量分析提供了一種新的、非接觸、快速和準(zhǔn)確的手段，逐漸在全球范圍內(nèi)普及起來。
目前市場(chǎng)上主流的AS-OCT影像設(shè)備和廠商如下圖所示，其中來自日本Tomey公司的CASIA系列掃頻（Swept-source）AS-OCT產(chǎn)品，可以在3秒鐘以內(nèi)完成眼前節(jié)（Anterior Segment）的3D掃描，也可對(duì)眼前節(jié)單個(gè)橫截面的前房角進(jìn)行高清成像。雖然這些設(shè)備已經(jīng)能對(duì)眼前節(jié)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的造影，但是圖片數(shù)量大、需要專業(yè)培訓(xùn)過的醫(yī)師分析，因此面向AS-OCT的閉角青光眼自動(dòng)分析成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)，備受計(jì)算機(jī)學(xué)者、醫(yī)生和廠商的關(guān)注。
寧波材料所所屬慈溪醫(yī)工所劉江研究員早在2008年就在新加坡率領(lǐng)新科院（A*STAR）隊(duì)伍和新加坡中央眼科醫(yī)院（SNEC）以及Tomey、Topcon和 Carl Zeiss等廠商深入合作，開展了基于AS-OCT的自動(dòng)閉角青光眼篩查研究，取得一系列的技術(shù)突破，研發(fā)了全球第一個(gè)全自動(dòng)閉角青光眼篩查系統(tǒng)AGAR，并在2016年推出了其升級(jí)版AGAR+，兼容市面上主流AS-OCT設(shè)備、2D和3D掃描、不同分辨率和不同長(zhǎng)寬比。其中升級(jí)主要來自兩個(gè)部分，一個(gè)是圖像對(duì)齊、擺正、降噪等歸一化預(yù)處理的性能提升，一個(gè)是根據(jù)醫(yī)生建議加入的一系列眼前節(jié)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量。其核心技術(shù)在醫(yī)療影像頂級(jí)會(huì)議MICCAI[2]和頂級(jí)期刊TMI[3]發(fā)表，關(guān)鍵的技術(shù)突破在于提出了一個(gè)統(tǒng)一的張量低秩恢復(fù)（Lowrank Tensor Recovery）模型，同時(shí)完成單張或多張AS-OCT圖像（或者視頻）的對(duì)齊、擺正和降噪。這些圖像/視頻可以是來自不同眼睛，也可以是同一只眼睛在不同時(shí)間點(diǎn)的照影，因此這一技術(shù)不僅可以用于閉角青光眼的單次定性/定量分析，也能用于比對(duì)觀察青光眼的病變進(jìn)展，以制定更精確的治療和管理方案。以Tomey的CASIA機(jī)器的3D掃描為例，每個(gè)眼睛在3秒以內(nèi)完成128幀的連續(xù)360度掃描，但是由于不可控的眼微顫（心跳引起的）、眼睛的光軸位置擺放不當(dāng)?shù)仍蛞鸬膱D像不對(duì)齊和沒擺正將會(huì)影響自動(dòng)閉角檢測(cè)算法的精度。在文章[2]里，“iMED中國(guó)”首次提出了一個(gè)統(tǒng)一的框架，同時(shí)解決了以上兩個(gè)問題，并實(shí)現(xiàn)了圖像降噪，進(jìn)一步提高了基于視覺分類算法的精度大約2至3個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)齊和擺正前后的對(duì)比的具體技術(shù)細(xì)節(jié)請(qǐng)參考論文原文。
[1]Facts About Glaucoma. National Eye Institute. 29 March 2016.
[2] Y Xu, L Duan, H Fu, X Zhang, D Wong, M Baskaran, T Aung, J Liu. Axial Alignment for Anterior Segment Swept Source Optical Coherence Tomography via Robust Low-rank Tensor Recovery. 19th International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI 2016).
[3] H Fu, Y Xu*, S Lin, X Zhang, D Wong, J Liu, A F Frangi, M Baskaran and T Aung. Structure Segmentation and Quantification for Angle-Closure Glaucoma Assessment in Anterior Segment OCT, IEEE Transactions on Medical Imaging (TMI), In Press, 2017 May. (IF2015 = 3.756)
開、閉角青光眼的AS-OCT影像和RetCam影像（箭頭標(biāo)示的為前房角位置）
目前市場(chǎng)上的主流AS-OCT設(shè)備和成像樣張
AS-OCT圖像沿光軸擺正對(duì)齊示意圖
CASIA AS-OCT圖像序列平均圖沿光軸擺正對(duì)齊前（左）和后（右）
（慈溪醫(yī)工所 許言午 劉江）