《激光与光电子进展》：视网膜血氧饱和度测量技术综述（先永利、戴云、高椿明）

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激光与光电子进展 54,060005(2017 Laser Optoelectronics Progress ①2017《中国激光》杂志社 视网膜血氧饱和度测量技术综述 先永利1.23,4,戴云1:3,高椿明2 1中国科学院自适应光学重点实验室,四川成都610209; 电子科技大学光电信息学院,四川成都610054; 2中国科学院光电技术研究所,四川成都610209 中国科学院大学,北京100049 摘要视网膜血氧测量技术可以为医学诊断提供可靠的视网膜血氧新陈代谢信息,这些信息可以反映出全身微循 环状态。基于光谱法的非侵入性的视网膜血氧饱和度測量是生命科学研究的新热点,国外已开展了大量的研究工 作,国内的相关研究还处于起步阶段。为更好地促进视网膜血氧测量在生命科学领域中的研究和应用,对现有的 研究成果进行了梳理和回顾。首先介绍了视网膜血氧测量的基本原理,概述了当前已有的视网膜血氧测量技术并 讨论了各自的优缺点;然后对现有研究成果和应用情况进行总结,并对视网膜血氧测量存在的若干问题进行讨论 最后对其在生命科学中的研究和发展进行了预测和展望 关键词医用光学;医用光学仪器;视网膜血氧仪;光谱法;无损测量;标定 中图分类号TH7 文献标识码A doi:10.3788/LOP54.060005 Review for Retinal Oxygen Saturation Measurement Technology Xian Yongli,2,3, 4, Dai Yun 3, Gao Chunming Key Laboratory on Adaptive Optics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sich uan 610209, China; 2 School of Optoelectronic In formation, University of Electronic Science and Technology of china Institute of Optics and Electronics, Chinese Academy of Sciences, Chengdu, Sichuan 610209, China University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Abstract Retinal blood oxygen measurement technology can provide reliable retinal blood oxygen metabolism hich can stand measurement of retinal oxygen saturation (SOz)is based on spectroscopy, which is a hot point for researchers in the field of life science. While researchers overseas have done a lot of work researchers in China are still at the threshold of this field. Existed theses are reviewed to promote research and application in this regard. We firstly introduce the basic principle of retinal oximetry, and then summarize the various techniques that have been applied to the retinal oximetry. Advantages and limitations of each are discussed. The research achievement and application situation in retinal diseases using retinal oximetry are also summarized, and major problems of retinal oximetry ncountered are discussed. Lastly, future perspectives of the retinal oximetry used in life science are discussed Key words medical optics; medical optics instrumentation; retinal oximeter; spectroscopy noninvasive measurement: calibration OCIS codes170.3890;170.6510;330.4300 收稿日期:2016-12-21;收到修改稿日期:2017-02-18 基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项资助项目(2013YQ49085903) 作者简介:先永利(1986-),女,博士研究生,主要从事生物医学光学、图像处理方面的研究 E-mail:xyll23@mail.ustc.edu.cn 导师简介:戴云(1976—),男,博士,研究员,博士生导师,主要从事自适应光学及生物医学光学仪器方面的研 E-mail:daiyungg@163.com(通信联系人) 060005-1

激光与光电子学进展 ５４,０６０００５(２０１７) Laser&OptoelectronicsProgress ○C２０１７«中国激光»杂志社 视网膜血氧饱和度测量技术综述 先永利１,２,３,４,戴 云１,３,高椿明２ １中国科学院自适应光学重点实验室,四川 成都 ６１０２０９; ２电子科技大学光电信息学院,四川 成都 ６１００５４; ３中国科学院光电技术研究所,四川 成都 ６１０２０９; ４中国科学院大学,北京 １０００４９ 摘要 视网膜血氧测量技术可以为医学诊断提供可靠的视网膜血氧新陈代谢信息,这些信息可以反映出全身微循 环状态.基于光谱法的非侵入性的视网膜血氧饱和度测量是生命科学研究的新热点,国外已开展了大量的研究工 作,国内的相关研究还处于起步阶段.为更好地促进视网膜血氧测量在生命科学领域中的研究和应用,对现有的 研究成果进行了梳理和回顾.首先介绍了视网膜血氧测量的基本原理,概述了当前已有的视网膜血氧测量技术并 讨论了各自的优缺点;然后对现有研究成果和应用情况进行总结,并对视网膜血氧测量存在的若干问题进行讨论; 最后对其在生命科学中的研究和发展进行了预测和展望. 关键词 医用光学;医用光学仪器;视网膜血氧仪;光谱法;无损测量;标定 中图分类号 TH７４４ 文献标识码 A doi:１０．３７８８/LOP５４．０６０００５ ReviewforRetinalOxygenSaturationMeasurementTechnology XianYongli１ ２ ３ ４ DaiYun１ ３ GaoChunming ２ １KeyLaboratoryonAdaptiveOptics ChineseAcademyofSciences Chengdu Sichuan６１０２０９ China ２SchoolofOptoelectronicInformation UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina Chengdu Sichuan６１００５４ China ３InstituteofOpticsandElectronics ChineseAcademyofSciences Chengdu Sichuan６１０２０９ China ４UniversityofChineseAcademyofSciences Beijing１０００４９ China Abstract Retinalbloodoxygen measurementtechnologycanprovidereliableretinalbloodoxygen metabolism informationfor medical diagnosis which can stand for systemic microcirculation status敭 The noninvasive measurementofretinaloxygensaturation SO２ isbasedonspectroscopy whichisahotpointforresearchersinthe fieldoflifescience敭Whileresearchersoverseashavedonealotofwork researchersin Chinaarestillatthe thresholdofthisfield敭Existedthesesarereviewedtopromoteresearchandapplicationinthisregard敭Wefirstly introducethebasicprincipleofretinaloximetry andthensummarizethevarioustechniquesthathavebeenapplied totheretinaloximetry敭Advantagesandlimitationsofeacharediscussed敭Theresearchachievementandapplication situationinretinaldiseasesusingretinaloximetryarealsosummarized and majorproblemsofretinaloximetry encounteredarediscussed敭Lastly futureperspectivesoftheretinaloximetryusedinlifesciencearediscussed敭 Key words medical optics medical optics instrumentation retinal oximeter spectroscopy noninvasive measurement calibration OCIScodes １７０敭３８９０ １７０敭６５１０ ３３０敭４３００ 收稿日期:２０１６Ｇ１２Ｇ２１;收到修改稿日期:２０１７Ｇ０２Ｇ１８ 基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项资助项目(２０１３YQ４９０８５９０３) 作者简介:先永利(１９８６—),女,博士研究生,主要从事生物医学光学、图像处理方面的研究. EＧmail:xyl１２３＠mail．ustc．edu．cn 导师简介:戴 云(１９７６—),男,博士,研究员,博士生导师,主要从事自适应光学及生物医学光学仪器方面的研究. EＧmail:daiyunqq＠１６３．com(通信联系人) ０６０００５Ｇ１

54,060005(2017) 道光与光电子学进展 www.opticsjournal.net 1引言 对视网膜血管血氧饱和度(SO2)进行定量的研究有助于诊断和治疗眼底相关疾病,如糖尿病视网膜病 变[12、青光眼[3、血管阻塞[等。因为这些疾病均会引起血液中氧气的大量消耗,相应地,血氧饱和度会 发生变化。此外,视网膜组织和血管也是唯一能直接观测到的人体深部结构,是了解某些全身疾病的重要窗 口,比如视网膜血管的变化和高血压以及其他心血管疾病之间存在必然的联系。因此,通过对视网膜图像 进行处理和分析,获取其结构和血氧饱和度功能信息对疾病的早期诊断和检测有着非常重要的意义。 眼底视网膜血氧测量技术包括侵入式和非侵入式。侵入式是指需要穿透人体表面的测量,目前报道的 侵入式测量方法主要包含两种:一种是氧敏感微电极法,另一种是氧敏感染料法[0。前者是将对氧敏感的 微电极插入眼睛,测量相对准确,但是对人眼创伤大,因此仅限于动物实验,尚未在临床上应用。后者是将对氧 敏感的染料注入血液中,染料经血液到达视网膜和脉络膜的血管质,创伤性略小一些,但注射染料对人体存在 安全隐患,同样无法在临床上应用。因此非侵入式的光谱法应运而生,它是一种结合组织吸收光谱特性和分光 光度计技术的无损测量方法[。本文重点对基于光谱法的视网膜血氧饱和度无损测量技术进行梳理和总结 2视网膜血氧饱和度测量原理 眼底视网膜血氧无损测量技术最早可追溯至20世纪60年代, Hickham等首次通过照相技术获取人 眼的双波长图像,测量视网膜血氧值。近半个世纪以来,研究人员一直致力于研究更为可靠的血氧测量技 术,大部分都是在朗伯-比尔定律的基础上发展起来的,即基于含氧血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb) 对不同波长光的吸收差异,采集多个波长的眼底图像,通过图像处理计算得到血氧值 以双波长视网膜血氧测量为例,对其原理进行介绍。系统需要一束对血氧饱和度不敏感的光和一束对 血氧饱和度敏感的光。波长的选择依据如图1所示,图中给出了HbO2和Hb在不同波长下的消光系 数[12。本研究以570nm和600nm为例:570nm光的HbO2和Hb的消光系数近似相等,是对血氧饱和度 不敏感的光;600nm光的HbO2和Hb的消光系数差异较大,是对血氧饱和度敏感的光 5.5 日54 己3 2003004005006007008009001000 Wavelength/nm 图1HbO2和Hb在不同波长下的消光系数 Fig. 1 Extinction coefficient of HbOz and Hb under different wavelengths 血氧饱和度与血管的光密度值(OD)D。有关,光密度值定义为 Do=log(Io/1) (1) Do表示出射光强Ⅰ相对于入射光强I。的衰减。在光密度计算中,出射光强Ⅰ为血管内像素段的灰度最小 值,而入射光强Ⅰ。为血管外像素段的灰度平均值。 血氧饱和度Vso与不同波长下血管光密度比(ODR)Ro近似成线性关系[13 式中Rω=Doo/Dos0,Do0和Dωs分别表示对波长为600nm和570nm光的眼底图像在相同血管位置 处的光密度值,a、b是常数 多波长视网膜血氧测量的物理基础也是基于朗伯-比尔定律,只是由于选择的波长数目不同,血氧计算 公式会有相应的变化,详细的公式推导和说明见参考文献[14],这里不再赘述 060005-2

５４,０６０００５(２０１７) 激光与光电子学进展 www．opticsjournal．net １ 引 言 对视网膜血管血氧饱和度(SO２)进行定量的研究有助于诊断和治疗眼底相关疾病,如糖尿病视网膜病 变[１Ｇ２]、青光眼[３Ｇ５]、血管阻塞[６Ｇ７]等.因为这些疾病均会引起血液中氧气的大量消耗,相应地,血氧饱和度会 发生变化.此外,视网膜组织和血管也是唯一能直接观测到的人体深部结构,是了解某些全身疾病的重要窗 口,比如视网膜血管的变化和高血压以及其他心血管疾病之间存在必然的联系[８].因此,通过对视网膜图像 进行处理和分析,获取其结构和血氧饱和度功能信息对疾病的早期诊断和检测有着非常重要的意义. 眼底视网膜血氧测量技术包括侵入式和非侵入式.侵入式是指需要穿透人体表面的测量,目前报道的 侵入式测量方法主要包含两种:一种是氧敏感微电极法[９],另一种是氧敏感染料法[１０].前者是将对氧敏感的 微电极插入眼睛,测量相对准确,但是对人眼创伤大,因此仅限于动物实验,尚未在临床上应用.后者是将对氧 敏感的染料注入血液中,染料经血液到达视网膜和脉络膜的血管质,创伤性略小一些,但注射染料对人体存在 安全隐患,同样无法在临床上应用.因此非侵入式的光谱法应运而生,它是一种结合组织吸收光谱特性和分光 光度计技术的无损测量方法[１１].本文重点对基于光谱法的视网膜血氧饱和度无损测量技术进行梳理和总结. ２ 视网膜血氧饱和度测量原理 眼底视网膜血氧无损测量技术最早可追溯至２０世纪６０年代,Hickham 等[１１]首次通过照相技术获取人 眼的双波长图像,测量视网膜血氧值.近半个世纪以来,研究人员一直致力于研究更为可靠的血氧测量技 术,大部分都是在朗伯Ｇ比尔定律的基础上发展起来的,即基于含氧血红蛋白(HbO２)和还原血红蛋白(Hb) 对不同波长光的吸收差异,采集多个波长的眼底图像,通过图像处理计算得到血氧值. 以双波长视网膜血氧测量为例,对其原理进行介绍.系统需要一束对血氧饱和度不敏感的光和一束对 血氧饱和度敏感的光.波长的选择依据如图 １ 所示,图中给出了 HbO２ 和 Hb在不同波长下的消光系 数[１２].本研究以５７０nm 和６００nm 为例:５７０nm 光的 HbO２ 和 Hb的消光系数近似相等,是对血氧饱和度 不敏感的光;６００nm 光的 HbO２ 和 Hb的消光系数差异较大,是对血氧饱和度敏感的光. 图１ HbO２ 和 Hb在不同波长下的消光系数 Fig敭１ ExtinctioncoefficientofHbO２andHbunderdifferentwavelengths 血氧饱和度与血管的光密度值(OD)DO 有关,光密度值定义为 DO ＝log(I０/I), (１) DO 表示出射光强I 相对于入射光强I０ 的衰减.在光密度计算中,出射光强I 为血管内像素段的灰度最小 值,而入射光强I０ 为血管外像素段的灰度平均值. 血氧饱和度VSO２ 与不同波长下血管光密度比(ODR)ROD 近似成线性关系[１３] VSO２ ＝a􀅰ROD ＋b, (２) 式中ROD ＝DO６００/DO５７０,DO６００ 和DO５７０ 分别表示对波长为６００nm 和５７０nm 光的眼底图像在相同血管位置 处的光密度值,a、b 是常数. 多波长视网膜血氧测量的物理基础也是基于朗伯Ｇ比尔定律,只是由于选择的波长数目不同,血氧计算 公式会有相应的变化,详细的公式推导和说明见参考文献[１４],这里不再赘述. ０６０００５Ｇ２

54,060005(2017) 道光与光电子学进展 www.opticsjourn 3常见的活体视网膜血氧测量技术 传统的眼底成像设备主要包括眼底相机、激光共焦扫描检眼镜(CSLO)、光学相干层析(OCT)技术。因 此按照依赖的成像设备划分,可以将视网膜血氧测量技术分为基于眼底相机的多波长视网膜血氧测量技术 基于CSLO的多波长视网膜血氧测量技术和基于OCT的多波长视网膜血氧测量技术。目前,国内外研究 人员对其技术基础、光路设计进行了大量研究,并取得了不错的研究成果。表1~表3分别列出了三种人眼 视网膜血氧测量技术的典型研究成果,表3中 HSUHR表示高速超高分辨率,DWP表示双波长光热光谱分 析。可以看到,国外对于视网膜血氧饱和度测量技术的研究开始较早,已经开展了几十年;而国内的相关研 究起步较晚,目前仅中国科学院光电技术研究所拥有一项基于自适应光学的激光共焦扫描( ALSO)的视网 膜血氧测量的专利技术吲和一项基于眼底相机的双波长视网膜血管血氧测量系统的专利技术[16 表1基于眼底相机的视网膜血氧饱和度测量技术对应的文献成果 Table 1 References related to retinal SO2 measurement technology based on fundus camera Wavelength /nm Calibration Arterial SO/% Venous SO:/% 510/640 Photographic 58±10 et al 640/800 1976[17] Cohen Photographic 470/515 Hypoxia 8]886I Photoelet 558,569,586 Vitro model 45±7 19984193 Tiedeman 640/505 H Beac 600/569 55±3.38 Model function separating 510-586 the effects of transmissi 922±4,1 57.9±9,9 yperspectral and reflection 2004【 2) Khoobehi 450-600 Imaging 2007[23 Khoobehi Multi-spectral 522,, 548, 560 fundus imagin 569,577,586 Hardarson Imaging 542,558 200624 Empirical calibration 96±9 55±14 spectroscopy Ha 548,610 Empirical calibration98±10.165±11.7 al 2011[26 586,600 Empirical calibration 96.0±6.0 54±8.0 spectroscopy Geirsdottir 2012[27 570/600 Reference empirical calibration 92.2+3.7 55.6+3 spectroscopy [28 570,600 Empirical calibration92.85±2.4256.7±3.63 spectroscopy 表2基于CSLO的视网膜血氧饱和度测量技术对应的文献成果 Table 2 References related to retinal SOz measurement technology based on CSLO Author Technical system Wavelength /nm Calibration Arterial ODR Venous ODR Imaging spectrosco In vitro model 1999[ Lompoc Imaging spectroscopy 670,830 In vitro model Smith et al 488,635, maging spectroscopy 52,830 2009(323 Manivannan et al Imaging spectroscopy 670,810 In vitro model0.92-0.9910.98-1,159 Imaging spectroscopy 680,796 Empirical calibration 0.55-0.68 CAOSLO) Imaging spectroscopy 670,810 In vitro model 060005-3

５４,０６０００５(２０１７) 激光与光电子学进展 www．opticsjournal．net ３ 常见的活体视网膜血氧测量技术 传统的眼底成像设备主要包括眼底相机、激光共焦扫描检眼镜(CSLO)、光学相干层析(OCT)技术.因 此按照依赖的成像设备划分,可以将视网膜血氧测量技术分为基于眼底相机的多波长视网膜血氧测量技术、 基于 CSLO 的多波长视网膜血氧测量技术和基于 OCT 的多波长视网膜血氧测量技术.目前,国内外研究 人员对其技术基础、光路设计进行了大量研究,并取得了不错的研究成果.表１~表３分别列出了三种人眼 视网膜血氧测量技术的典型研究成果,表３中 HSUHR表示高速超高分辨率,DWP表示双波长光热光谱分 析.可以看到,国外对于视网膜血氧饱和度测量技术的研究开始较早,已经开展了几十年;而国内的相关研 究起步较晚,目前仅中国科学院光电技术研究所拥有一项基于自适应光学的激光共焦扫描(ALSLO)的视网 膜血氧测量的专利技术[１５]和一项基于眼底相机的双波长视网膜血管血氧测量系统的专利技术[１６]. 表１ 基于眼底相机的视网膜血氧饱和度测量技术对应的文献成果 Table１ ReferencesrelatedtoretinalSO２ measurementtechnologybasedonfunduscamera Year Author Technicalsystem Wavelength/nm Calibration ArterialSO２/％ VenousSO２/％ １９６３ [１１] Hickham etal Photographic ５１０/６４０ ６４０/８００ Hypoxia － ５８±１０ １９７６ [１７] Cohen etal Photographic ４７０/５１５ Hypoxia － － １９８８ [１８] Delori Photoelectric ５５８,５６９,５８６ Vitromodel ９８±８ ４５±７ １９９８ [１９] Tiedeman etal Digital ６４０/５０５ Hypoxia － ６０±１６ １９９９ [２０] Beach etal Digital ６００/５６９ Hypoxia － ５５±３．３８ １９９９ [２１] Schweitzer etal Imaging spectroscopy ５１０Ｇ５８６ Modelfunctionseparating theeffectsoftransmission andreflection ９２．２±４．１ ５７．９±９．９ ２００４ [２２] Khoobehi etal Hyperspectral imaging ４５０Ｇ６００ － － － ２００７ [２３] Khoobehi etal MultiＧspectral fundusimaging ５２２,５４２,５４８,５６０, ５６９,５７７,５８６ － － － ２００６ [２４] Hardarson etal Imaging spectroscopy ５４２,５５８, ６０５,５８６ Empiricalcalibration ９６±９ ５５±１４ ２００８ [２５] Hammer etal Imaging spectroscopy ５４８,６１０ Empiricalcalibration ９８±１０．１ ６５±１１．７ ２０１１ [２６] Kim etal Imaging spectroscopy ５８６,６００ Empiricalcalibration ９６．０±６．０ ５４±８．０ ２０１２ [２７] Geirsdottir etal Imaging spectroscopy ５７０/６００ Referenceempiricalcalibration ９２．２±３．７ ５５．６±３．３ ２０１６ [２８] Xian etal Imaging spectroscopy ５７０,６００ Empiricalcalibration ９２．８５±２．４２ ５６．７±３．６３ 表２ 基于 CSLO 的视网膜血氧饱和度测量技术对应的文献成果 Table２ ReferencesrelatedtoretinalSO２ measurementtechnologybasedonCSLO Year Author Technicalsystem Wavelength/nm Calibration ArterialODRVenousODR １９９８ [２９] Smithetal Imagingspectroscopy ６７０,８０３ Invitromodel － － １９９９ [３０] Lompado Imagingspectroscopy ６７０,８３０ Invitromodel － － ２０００ [３１] Smithetal Imagingspectroscopy ４８８,６３５,６７０, ７５２,８３０ Invitromodel － － ２００９ [３２] Manivannanetal Imagingspectroscopy ６７０,８１０ Invitromodel ０．９２Ｇ０．９９１ ０．９８Ｇ１．１５９ ２０１１ [３３] Lietal Imagingspectroscopy (AOSLO) ６８０,７９６ Empiricalcalibration ０．５５Ｇ０．６８ ０．９６Ｇ１ ２０１２ [３４] Rastaetal Imagingspectroscopy ６７０,８１０ Invitromodel － － ０６０００５Ｇ３

54,060005(2017) 激光与光电子字诅展 www.opticsjourn 表3基于OCT的视网膜血氧饱和度测量技术对应的文献成果 Table 3 References related to retinal SO2 measurement technology based on OCT Author Technical system Wavelength/nm Calibration Arterial ODR Venous ODR Hagemann et al HSUHR-OCT 805,855 In vitro model1.007±2.611-1.434±4.310 780,810 In vitro model Fourier-domain OCT 2013[37 DWP-OCT 2015[33 Chen et al Vis-OCT 520-610 at In vitro model a 5 interval 3.1基于眼底相机的多波长视网膜血氧测量技术 利用眼底照相机获取视网膜图像是视网膜研究的一种简单有效的途径,但传统眼底成像技术仅仅停留 于获取视网膜结构信息,无法对视网膜功能信息进行采集。因此,以眼底相机为平台,如何更充分地挖掘视 网膜结构和功能信息,受到越来越多研究人员的关注。基于眼底相机的多波长视网膜血氧测量技术是以商 业眼底相机为平台,将其输出的视网膜图像一分为二,通过特定波长的滤光片获得视网膜多波长图像,并成 像在多个电荷耦合器件(CCD)或同一个CCD上。多波长图像经数据传输至计算机,由血氧计算软件对其进 行处理。血氧计算软件对多波长图像进行配准、血管分割、光密度比计算,最终完成血氧值的测量。典型的 双波长视网膜图像采集系统如图2所示,图中BS表示分束器。图3为实际获得的一组双波长眼底视网膜 图像。由于HbO2和脱氧血红蛋白对570nm光的吸收程度相近,而对600nm光的吸收有较大差异,所以 在570mm图像下,如图3(a)所示,动脉和静脉光密度基本一致;而在600mm下,如图3(b)所示,静脉血管 光密度小于动脉血管(静脉血管颜色比动脉血管相对更深)。 CCDI retinal fundus camera 570 nm filter 图2双波长图像采集子系统的(a)光路图和(b)实物图 Fig. 2(a) Light path and (b) physical pictures of the dual-wavelength image acquisition subsystem 图3双波长眼底图像。(a)570nm眼底图像;(b)600mm眼底图像 Fig. 3 Dual-wavelength fundus images. (a)570 nm fundus image: (b)600 nm fundus image 下面简要介绍该技术的研究进程 1963年, Hickham等[报道了第一个视网膜血氧仪实验。他们使用一台改进过的眼底相机同时采集 两个不同波长的眼底图像。利用干涉滤波片和宽带滤波器产生准单色光,两对波长分别为510nm/640nm 和640nm/800nm。1976年, Cohen等[报道了另一种双波长视网膜血氧仪,同样使用了改进的眼底相机。 他们使用470mm和515nm眼底图像对兔子和人眼的视网膜血管进行测量,使用显微光密度计从曝光的胶 060005-4

５４,０６０００５(２０１７) 激光与光电子学进展 www．opticsjournal．net 表３ 基于 OCT的视网膜血氧饱和度测量技术对应的文献成果 Table３ ReferencesrelatedtoretinalSO２ measurementtechnologybasedonOCT Year Author Technicalsystem Wavelength/nm Calibration ArterialODR VenousODR ２００７ [３５] Kagemannetal HSUHRＧOCT ８０５,８５５ Invitromodel １．００７±２．６１１ －１．４３４±４．３１０ ２０１０ [３６] Liuetal CommonＧpath FourierＧdomainOCT ７８０,８１０ Invitromodel － － ２０１３ [３７] Liuetal DWPＧOCT ７７０,８００ － － ２０１５ [３８] Chenetal VisＧOCT ５２０Ｇ６１０at a５interval Invitromodel － － ３．１ 基于眼底相机的多波长视网膜血氧测量技术 利用眼底照相机获取视网膜图像是视网膜研究的一种简单有效的途径,但传统眼底成像技术仅仅停留 于获取视网膜结构信息,无法对视网膜功能信息进行采集.因此,以眼底相机为平台,如何更充分地挖掘视 网膜结构和功能信息,受到越来越多研究人员的关注.基于眼底相机的多波长视网膜血氧测量技术是以商 业眼底相机为平台,将其输出的视网膜图像一分为二,通过特定波长的滤光片获得视网膜多波长图像,并成 像在多个电荷耦合器件(CCD)或同一个 CCD上.多波长图像经数据传输至计算机,由血氧计算软件对其进 行处理.血氧计算软件对多波长图像进行配准、血管分割、光密度比计算,最终完成血氧值的测量.典型的 双波长视网膜图像采集系统如图２所示,图中 BS表示分束器.图３为实际获得的一组双波长眼底视网膜 图像.由于 HbO２ 和脱氧血红蛋白对５７０nm 光的吸收程度相近,而对６００nm 光的吸收有较大差异,所以 在５７０nm 图像下,如图３(a)所示,动脉和静脉光密度基本一致;而在６００nm 下,如图３(b)所示,静脉血管 光密度小于动脉血管(静脉血管颜色比动脉血管相对更深). 图２ 双波长图像采集子系统的(a)光路图和(b)实物图 Fig敭２ a Lightpathand b physicalpicturesofthedualＧwavelengthimageacquisitionsubsystem 图３ 双波长眼底图像.(a)５７０nm 眼底图像;(b)６００nm 眼底图像 Fig敭３ DualＧwavelengthfundusimages敭 a ５７０nmfundusimage b ６００nmfundusimage 下面简要介绍该技术的研究进程. １９６３年,Hickham 等[１１]报道了第一个视网膜血氧仪实验.他们使用一台改进过的眼底相机同时采集 两个不同波长的眼底图像.利用干涉滤波片和宽带滤波器产生准单色光,两对波长分别为５１０nm/６４０nm 和６４０nm/８００nm.１９７６年,Cohen等[１７]报道了另一种双波长视网膜血氧仪,同样使用了改进的眼底相机. 他们使用４７０nm 和５１５nm 眼底图像对兔子和人眼的视网膜血管进行测量,使用显微光密度计从曝光的胶 ０６０００５Ｇ４