裂隙灯的结构原理及发展

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隙灯又称裂隙灯显微镜或裂隙灯检测仪，作为一种重要的眼科临床检查仪器，在眼病临床诊断方面发挥着极其重要的作用，也是眼科临床使用最频繁的检查设备之一[1]。眼科临床诊断的精准度主要由两方面决定：一是眼科医师的临床经验丰富与否，二是裂隙灯本身的精准化程度[2-5]。裂隙灯的精细化水平直接决定着检测的精准度[6-7]。通过裂隙灯可以清晰地观察眼睑、结膜、巩膜、角膜、前房、虹膜、瞳孔、晶状体及玻璃体前1/3，可确定病变的位置、性质、大小及深度，若配以附件，其检查范围将更广泛。一台高精尖的裂隙灯可以大大降低眼科医师的操作难度，提高诊断效果。目前，国内和国外的研发情况各有所长[8-10]，国外以德国蔡司公司VISULAS系列产品为代表，VISULASTrion激光裂隙灯，不仅具有诊断作用，还可治疗青光眼和白内障等眼疾，采用具有Ｈ个波长（532nm，561nm，659nm）的激光光凝系统，功能齐全；国内以上海美沃的电动对焦裂隙灯显微镜（MFS）为代表，该裂隙灯是一种一体化（CCD内置）数码裂隙灯，其主要由上光源转鼓变倍裂隙灯显微镜、电动对焦模块、裂隙灯图像采集管理软件等组成，可轻松实现精确对焦、采集图像和病历档案管理，并在MFS的基础上，升级为远程会诊系统，其智能操作系统还可实现自动曝光、自动增益与自动白平衡，自动对焦后可自动抓拍若干清晰成像照片。目前，国内三甲医院都在逐步购进基于计算机视觉技术的数码裂隙灯[11]。本研究在分析裂隙灯基本结构及原理的基础上，对裂隙灯的发展现状进行综述，并指出其发展趋势。

1裂隙灯的基本结构及原理

1.1基本结构

裂隙灯结构一般包括4部分，即照明系统、双目立体显微镜（观察系统）、头架系统、运动滑台系统及工作台（底座）[12]，如图1所示。如目前临床使用的先进数字裂隙灯在传统结构的基础上，增设了摄像接口，该接口可以连接光学适配器，后面增设了电荷耦合器件（chargecoupleddeice，CCD）摄像头，其图像通过CCD摄像采集形成视频信息，最后传送到上位机，成像并储存。图1　裂隙灯外形结构图

1.2基本原理

裂隙灯采用光学原理，集中并有效利用光源。裂隙灯基本工作原理如图2所示。裂隙灯的照明系统采用的是柯拉照明[13]；光源由集光镜集光后，为裂隙提供光源；同时裂隙投射形成一个裂隙像；该裂隙像经手动拨盘后，通过投射物镜的投射和反射镜的反射，最后在眼部检查部位成像，并形成一个光亮的横切面，进而通过双目立体显微镜（目镜）检查眼科患者眼睛的组织病状。在进行临床检查时，裂隙灯的系数一般需要倍率放大调整。操作中，总的放大倍率梯度是通过调节投射物镜的倍率实现的，有时也通过更换目镜的倍率实现[14]。

2裂隙灯的发展现状

裂隙灯自1911年问世以来，已经有百余年的发展史，并活跃于医院临床诊断一线，对临床医学做出了较大的贡献。裂隙灯的研究和发展共经历了3个主要阶段[15]，按发展先后顺序，分别为传统型裂隙灯阶段、照相型裂隙灯阶段和数字型裂隙灯阶段。

2.1第一代传统型裂隙灯

20世纪初，两位瑞典研究人员CarlZeiss和AllvarGullstrand研制了世界上第一台裂隙灯[16]。临床应用中，医师可以手持裂隙灯对患者进行检查。该裂隙灯具有体积小、重量径、携带方便的特点，同时具备诊断的基本功能。第一台裂隙灯的商业化掀起了眼病临床诊断的技术性革命，促进并发展了眼科专家对眼病的临床诊断能力，有效减少了临床医师的工作量。20世纪20年代，在第一台裂隙灯的基础上，Vogt对裂隙灯的光学系统排列进行了改进，光源采用碳弧灯，提升了照明强度，通过调整裂隙可形成光切面，且放大倍率可调，同时拓展了多种检查方法，使裂隙灯更适用于临床检查诊断[17]，进而为后来裂隙灯的研究奠定了基础[18-20]。国内第一台裂隙灯问世于20世纪60年代的上海医用光学仪器厂[21]。同一时期，苏州医疗器械厂（苏州六六视觉的前身）研制、生产出了我国首台接近临床使用的裂隙灯。在后来不断完善的产品研制过程中，该厂成为国产裂隙灯的主要生产厂家，并将产品商业化，使其在眼病临床检查诊断中得到了普及应用。该厂研发的裂隙灯显微镜产品种类齐全，代表产品YZ2为手持式裂隙灯，同样具有结构简单、体积小、使用方便等优点。国内外第一代传统型裂隙灯的优势在于结构简单、价格便宜、普及度较高，但具有分辨力低、影像无法保存、重复率低等不足，且只能通过临床医师肉眼观察，长时间观测会产生视觉疲劳。

2.2第二代照相型裂隙灯

20世纪60年代中期，Littamm研发了一种照相裂隙灯，该照相裂隙灯通过相机拍摄可以实现记录、拍图功能[22]。同一时期，我国苏州医疗器械厂设计、研制出了一种新型裂隙灯，该裂隙灯基于相机拍摄记录图像，实现了照相功能[23]，其代表产品有YZ5T、YZ5S、YZ5G型，这3类产品均使用相机拍摄患者眼底图像，提高了拍摄患者眼底图像的清晰度，可以辅助临床医师更清晰地观察患者眼底的细微病变情况。但系统的光路制作主要使用进口材料，成本较高；同时，由于当时底片处理较为繁杂，在对拍摄的眼底图像底片进行处理过程中，经常出现意想不到的损坏，因此，该裂隙灯只用于眼科医学研究、临床教学，并未得到商业化推广应用。第二代照相型裂隙灯的优势在于具备简单的图像处理功能，不足在于价格较高，需要手动操作及后期处理，且未能解决第一代传统型裂隙灯的不足。

2.3第三代数字型裂隙灯

随着数字成像技术的逐渐成熟，世界首台数字型裂隙灯由美国Torance医疗器械生产公司研制成功[24]，如图3所示。该数字型裂隙灯可以存储患者的眼病图像，具备便捷的图像处理特点[25-28]，可以辅助临床诊断，提高眼部病患的诊断效果。1990—2000年，国内新型数字型裂隙灯获得了系统深入的研发，代表产品有苏州六六视觉科技股份有限公司研制的YZ905氨离子激光裂隙灯，其兼有治疗功能，当时被评为国家重点新产品；云南云澳光电有限公司研发的LDX裂隙灯显微镜也是当时国内具有代表性的产品之一，其加长了工作距离（108mm），降低了携带传染病源检查患者的院内感染风险。这两种新型数字型裂隙灯均通过单反相机实现眼底图像的采集，具有实时显示并采集眼病图像的特点，在临床应用中实现了对眼病图像的有效存储和管理[29-32]，显著提升了眼病的临床检查诊断效果。随着全球市场化程度的发展，我国制造的数字型裂隙灯也销售到了国外，近年来出口量每年都在提升。第三代数字型裂隙灯的主要优势在于能够利用计算机对人眼进行动态观察，具有高分辨力成像、快速捕捉影像、随时储存信息、准确诊断病变组织等优点，在眼视光学领域中具有明显的优势。目前国内三级医院眼科临床检查基本都采用数字型裂隙灯。主要不足在于研制过程困难，价格高昂，难以应用于中小型医院及社区医院。

3不足与展望

目前，我国的裂隙灯产业处于飞速发展中，产品硬件方面虽与欧美等发达国家还有差距，但差距在逐渐缩小[33-36]；软件方面，国内大部分裂隙灯配备的都是国外产品，成熟的国内产品较少，所以还有较大的发展空间。目前，我国数字型裂隙灯市场主要存在以下问题。（1）国外企业研发设备占比大：目前，市场销售数字型裂隙灯的嵌入系统多为国外企业研发，受知识产权的保护，系统国产化的进一步研发和应用受到了较大程度的限制。（2）新技术融合滞后：关于数字型裂隙灯的研发与应用，文献记载大多为眼病临床诊断与治疗方面的研究[37-40]，计算机视觉技术、激光理论研究和人工智能技术等新工科技术的融合较少。近十年来，计算机视觉技术的出现和迅猛发展促进了医学临床仪器向数字化方向迈进[35]。研究人员结合新的视觉技术，通过数字型裂隙灯进行眼病病情分析系统的研发，目标是辅助临床眼科专家精准分析患者病情，但是诸多客观因素影响了新技术的进一步发展，原因主要包括两个方面：一是眼病患者各异、病状各异，导致临床诊断标准不一；二是基于计算机视觉技术的数字裂隙灯病情分析系统由于采用新技术，理论不断深入，实验周期长，病例积累难，增加了研发难度。未来计算机视觉技术、激光理论研究和人工智能技术研究的深入，将引领裂隙灯向光、机、电及计算机集成的数字化、智能化方向发展[39-40]，临床辅助治疗仪器的发展趋势是数字化和智能化，裂隙灯作为眼科临床辅助治疗的重要设备之一，其发展路径也是如此。首先，其功能特性紧随计算机视觉技术方向，趋向多元化，更加智能化。其次，激光理论研究及应用技术的深入促使未来的裂隙灯向光、机、电及计算机集成的数字化、智能化方向发展。最后，人工智能技术的兴起、大数据理论的深入研究，使裂隙灯的远程化、网络化程度逐步提升。

4结语

医疗器械向数字化、智能化转型是大势所趋，未来数字型裂隙灯趋向于智能化方向发展。我国人口众多，眼病患者数量庞大、样本多样，对裂隙灯嵌入算法进行深入优化，融合计算机视觉技术、激光理论研究及应用技术、人工智能技术等技术及其机制的新理论、新方法，有助于提升裂隙灯科研、教学的使用精度和广度，对促进其临床检查诊断应用效果更佳。未来计算机视觉技术、激光理论及应用技术、人工智能技术研究的系统深入，将进一步推动裂隙灯的智能化水平升级和技术革新，提高其临床检查诊断效能，使眼病患者不断获益。

［参考文献］

［1］中国报告大厅.2012年中国裂隙灯行业产业链发展前景深度分析研究报告[R].北京：2012.

［2］李海亮.基于裂隙灯扫描的角膜测量和三维重建技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2007.

［4］马剑欣，王育红，肖扬.智能手机照相功能在裂隙灯显微摄影中的应用[J].中华眼外伤职业眼病杂志，2013，35（10）：743-746.

［5］汤伟民，陈德钦，王涛，等．裂隙灯显微镜联合荧光素染色检查法在眼表臆匿性异物诊治中的应用[J].眼科新进展，2013，33（4）：338-340.

［6］胡丽蓉.裂隙灯显微镜的作用及使用[J].中国眼镜科技杂志，2005（3）：87-90.

［7］王爱玲.裂隙灯显微镜的光路调整方法[J].医疗卫生装备，2010，31（5）：117.

［8］张元元.杜科均，屈直闯，等.机器学习在辅助检测神经退行性疾病中的研究进展[J].中国医疗设备，

作者:武劲圆 陈磊 魏宏博 刘增业 单位:天津市第一中心医院 天津科技大学电子信息与自动化学院