基于OCT气冲印压技术的眼前节组织生物力学测量方法的建立与应用研究

For the lack of biomechanical measurement methods of anterior segment of the eye, to address the diagnosis and differential diagnosis of the related diseases of cornea and lens flexibility, as well as the guidance of the cornea and lens refractive surgery to improve surgical results and avoid serious complications, the project intends to innovative use of optical coherence tomography (OCT) based air jet indentation technology to measure the elasticity of the anterior segment of the eye. Debugging operation techniques and methods through vitro experiments. Safe dose measurement standards developed through animal experiments. Given the range of measured values of the normal population and the disease diagnostic criteria though pre-clinical experiments. For the preliminary work, Hong Kong Polytechnic University has designed and built the corneal elasticity measurements prototype. The experimental results initially indicated that this method for corneal elasticity measurements was feasible. The successful implementation of this project will build and further improve the parameters, targets and standards of the innovative technology. And to lay a solid foundation for clinical applications. The OCT based air jet indentation technology will not only fill the gap related medical methodology, but also has important clinical significance. The method also may have broader clinical application, such as: noninvasive examinations in vivo qualitative diagnosis of relaxation and rupture of the suspensory ligament of lens, lens dislocation, ocular surface tumor.

针对眼科临床中缺乏眼前节组织生物力学测量方法的现状，为解决角膜与晶状体弹性相关疾病的诊断与鉴别诊断，并且指导角膜与晶状体屈光手术，增进手术效果，避免严重并发症的发生，本项目拟采用自主研发的气冲印压法结合光学相干层析成像（OCT）技术测量眼前节组织弹性的方法对相关临床问题进行研究，通过离体实验调试操作技术与方法，通过动物实验制定测量的安全剂量标准，通过临床前期实验给出正常人群的测量值范围以及相关疾病的诊断标准。前期工作已由香港理工大学设计并搭建角膜弹性测量样机，实验结果初步表明此方法用于角膜弹性测量可行。本项目的顺利实施将建立和进一步完善该项创新技术的各项参数、指标及标准，为临床应用奠定坚实基础，不仅将填补相关医学方法学的空白，更具有重要的临床意义。该方法还可能有更广阔的临床应用前景，比如：在活体对晶状体小带松弛与断裂、晶状体脱位、眼表肿物的定性诊断等进行无创检查。

眼组织属于生物粘弹性组织器官，其生物力学特性是保持眼正常形态与屈光功能的结构基础。目前临床中仅有的在体角膜生物力学测量设备，测量结果均非经典力学概念参数，且对生物力学相关类疾病的诊断效率欠佳。本项目与香港理工大学合作研发了具有自主知识产权的基于光学相干断层成像（OCT）技术的气冲印压系统，测量眼前节组织生物力学性能。角膜生物力学测量系统主要包括高速频域OCT系统，快速气冲印压系统和控制系统三部分。通过热成型硅胶角膜仿体实验验证了OCT气冲印压系统测量参数的重复性高（ICC=0.9926），并且与标准拉伸实验力学测试系统所得结果具有明显的相关性（r = 0.99, P < 0.001）。通过动物验证了系统的稳定性和安全性。通过临床在体实验验证了测量结果与Corvis ST所测量力学参数具有很好的相关性。并初步构建了正常人群角膜生物力学数据库；分析了生物力学参数对相关眼病（圆锥角膜、青光眼、糖尿病角膜病变等）的诊断效率；进一步分析了不同角膜屈光手术术前、术后生物力学变化特征。基于对Scheimplug高速摄像机所拍摄的影像进行图形分析和参数设计，开发出新型角膜生物力学参数。首次提出眼球受到外力气冲后不仅角膜有形变过程，整个眼球都有后退效果，并对后退效果进行了定量分析；并观察到晶体表面受力应该特征。被研究研发了新型基于光学相干断层成像（OCT）技术的气冲印压系统测量角膜生物力学特征，并验证了测量结果的重复性和一致性。设备应用于临床前期实验，获得了正常人群和生物力学相关眼病患者的眼部力学特征，并与现有商用设备做了对照。采用Scheimplug高速摄像技术初步采集了晶体影像特征为后期晶体力学特征的测量奠定了前期基础。