裂隙燈的結(jié)構(gòu)原理及發(fā)展

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]一篇裂隙燈的結(jié)構(gòu)原理及發(fā)展范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

隙燈又稱裂隙燈顯微鏡或裂隙燈檢測(cè)儀，作為一種重要的眼科臨床檢查儀器，在眼病臨床診斷方面發(fā)揮著極其重要的作用，也是眼科臨床使用最頻繁的檢查設(shè)備之一[1]。眼科臨床診斷的精準(zhǔn)度主要由兩方面決定：一是眼科醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)豐富與否，二是裂隙燈本身的精準(zhǔn)化程度[2-5]。裂隙燈的精細(xì)化水平直接決定著檢測(cè)的精準(zhǔn)度[6-7]。通過(guò)裂隙燈可以清晰地觀察眼瞼、結(jié)膜、鞏膜、角膜、前房、虹膜、瞳孔、晶狀體及玻璃體前1/3，可確定病變的位置、性質(zhì)、大小及深度，若配以附件，其檢查范圍將更廣泛。一臺(tái)高精尖的裂隙燈可以大大降低眼科醫(yī)師的操作難度，提高診斷效果。目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)外的研發(fā)情況各有所長(zhǎng)[8-10]，國(guó)外以德國(guó)蔡司公司VISULAS系列產(chǎn)品為代表，VISULASTrion激光裂隙燈，不僅具有診斷作用，還可治療青光眼和白內(nèi)障等眼疾，采用具有Ｈ個(gè)波長(zhǎng)（532nm，561nm，659nm）的激光光凝系統(tǒng)，功能齊全；國(guó)內(nèi)以上海美沃的電動(dòng)對(duì)焦裂隙燈顯微鏡（MFS）為代表，該裂隙燈是一種一體化（CCD內(nèi)置）數(shù)碼裂隙燈，其主要由上光源轉(zhuǎn)鼓變倍裂隙燈顯微鏡、電動(dòng)對(duì)焦模塊、裂隙燈圖像采集管理軟件等組成，可輕松實(shí)現(xiàn)精確對(duì)焦、采集圖像和病歷檔案管理，并在MFS的基礎(chǔ)上，升級(jí)為遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)，其智能操作系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)曝光、自動(dòng)增益與自動(dòng)白平衡，自動(dòng)對(duì)焦后可自動(dòng)抓拍若干清晰成像照片。目前，國(guó)內(nèi)三甲醫(yī)院都在逐步購(gòu)進(jìn)基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的數(shù)碼裂隙燈[11]。本研究在分析裂隙燈基本結(jié)構(gòu)及原理的基礎(chǔ)上，對(duì)裂隙燈的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并指出其發(fā)展趨勢(shì)。

1裂隙燈的基本結(jié)構(gòu)及原理

1.1基本結(jié)構(gòu)

裂隙燈結(jié)構(gòu)一般包括4部分，即照明系統(tǒng)、雙目立體顯微鏡（觀察系統(tǒng)）、頭架系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)系統(tǒng)及工作臺(tái)（底座）[12]，如圖1所示。如目前臨床使用的先進(jìn)數(shù)字裂隙燈在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了攝像接口，該接口可以連接光學(xué)適配器，后面增設(shè)了電荷耦合器件（chargecoupleddeice，CCD）攝像頭，其圖像通過(guò)CCD攝像采集形成視頻信息，最后傳送到上位機(jī)，成像并儲(chǔ)存。圖1　裂隙燈外形結(jié)構(gòu)圖

1.2基本原理

裂隙燈采用光學(xué)原理，集中并有效利用光源。裂隙燈基本工作原理如圖2所示。裂隙燈的照明系統(tǒng)采用的是柯拉照明[13]；光源由集光鏡集光后，為裂隙提供光源；同時(shí)裂隙投射形成一個(gè)裂隙像；該裂隙像經(jīng)手動(dòng)撥盤后，通過(guò)投射物鏡的投射和反射鏡的反射，最后在眼部檢查部位成像，并形成一個(gè)光亮的橫切面，進(jìn)而通過(guò)雙目立體顯微鏡（目鏡）檢查眼科患者眼睛的組織病狀。在進(jìn)行臨床檢查時(shí)，裂隙燈的系數(shù)一般需要倍率放大調(diào)整。操作中，總的放大倍率梯度是通過(guò)調(diào)節(jié)投射物鏡的倍率實(shí)現(xiàn)的，有時(shí)也通過(guò)更換目鏡的倍率實(shí)現(xiàn)[14]。

2裂隙燈的發(fā)展現(xiàn)狀

裂隙燈自1911年問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)有百余年的發(fā)展史，并活躍于醫(yī)院臨床診斷一線，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)做出了較大的貢獻(xiàn)。裂隙燈的研究和發(fā)展共經(jīng)歷了3個(gè)主要階段[15]，按發(fā)展先后順序，分別為傳統(tǒng)型裂隙燈階段、照相型裂隙燈階段和數(shù)字型裂隙燈階段。

2.1第一代傳統(tǒng)型裂隙燈

20世紀(jì)初，兩位瑞典研究人員CarlZeiss和AllvarGullstrand研制了世界上第一臺(tái)裂隙燈[16]。臨床應(yīng)用中，醫(yī)師可以手持裂隙燈對(duì)患者進(jìn)行檢查。該裂隙燈具有體積小、重量徑、攜帶方便的特點(diǎn)，同時(shí)具備診斷的基本功能。第一臺(tái)裂隙燈的商業(yè)化掀起了眼病臨床診斷的技術(shù)性革命，促進(jìn)并發(fā)展了眼科專家對(duì)眼病的臨床診斷能力，有效減少了臨床醫(yī)師的工作量。20世紀(jì)20年代，在第一臺(tái)裂隙燈的基礎(chǔ)上，Vogt對(duì)裂隙燈的光學(xué)系統(tǒng)排列進(jìn)行了改進(jìn)，光源采用碳弧燈，提升了照明強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)整裂隙可形成光切面，且放大倍率可調(diào)，同時(shí)拓展了多種檢查方法，使裂隙燈更適用于臨床檢查診斷[17]，進(jìn)而為后來(lái)裂隙燈的研究奠定了基礎(chǔ)[18-20]。國(guó)內(nèi)第一臺(tái)裂隙燈問(wèn)世于20世紀(jì)60年代的上海醫(yī)用光學(xué)儀器廠[21]。同一時(shí)期，蘇州醫(yī)療器械廠（蘇州六六視覺(jué)的前身）研制、生產(chǎn)出了我國(guó)首臺(tái)接近臨床使用的裂隙燈。在后來(lái)不斷完善的產(chǎn)品研制過(guò)程中，該廠成為國(guó)產(chǎn)裂隙燈的主要生產(chǎn)廠家，并將產(chǎn)品商業(yè)化，使其在眼病臨床檢查診斷中得到了普及應(yīng)用。該廠研發(fā)的裂隙燈顯微鏡產(chǎn)品種類齊全，代表產(chǎn)品YZ2為手持式裂隙燈，同樣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外第一代傳統(tǒng)型裂隙燈的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、普及度較高，但具有分辨力低、影像無(wú)法保存、重復(fù)率低等不足，且只能通過(guò)臨床醫(yī)師肉眼觀察，長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)疲勞。

2.2第二代照相型裂隙燈

20世紀(jì)60年代中期，Littamm研發(fā)了一種照相裂隙燈，該照相裂隙燈通過(guò)相機(jī)拍攝可以實(shí)現(xiàn)記錄、拍圖功能[22]。同一時(shí)期，我國(guó)蘇州醫(yī)療器械廠設(shè)計(jì)、研制出了一種新型裂隙燈，該裂隙燈基于相機(jī)拍攝記錄圖像，實(shí)現(xiàn)了照相功能[23]，其代表產(chǎn)品有YZ5T、YZ5S、YZ5G型，這3類產(chǎn)品均使用相機(jī)拍攝患者眼底圖像，提高了拍攝患者眼底圖像的清晰度，可以輔助臨床醫(yī)師更清晰地觀察患者眼底的細(xì)微病變情況。但系統(tǒng)的光路制作主要使用進(jìn)口材料，成本較高；同時(shí)，由于當(dāng)時(shí)底片處理較為繁雜，在對(duì)拍攝的眼底圖像底片進(jìn)行處理過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)意想不到的損壞，因此，該裂隙燈只用于眼科醫(yī)學(xué)研究、臨床教學(xué)，并未得到商業(yè)化推廣應(yīng)用。第二代照相型裂隙燈的優(yōu)勢(shì)在于具備簡(jiǎn)單的圖像處理功能，不足在于價(jià)格較高，需要手動(dòng)操作及后期處理，且未能解決第一代傳統(tǒng)型裂隙燈的不足。

2.3第三代數(shù)字型裂隙燈

隨著數(shù)字成像技術(shù)的逐漸成熟，世界首臺(tái)數(shù)字型裂隙燈由美國(guó)Torance醫(yī)療器械生產(chǎn)公司研制成功[24]，如圖3所示。該數(shù)字型裂隙燈可以存儲(chǔ)患者的眼病圖像，具備便捷的圖像處理特點(diǎn)[25-28]，可以輔助臨床診斷，提高眼部病患的診斷效果。1990—2000年，國(guó)內(nèi)新型數(shù)字型裂隙燈獲得了系統(tǒng)深入的研發(fā)，代表產(chǎn)品有蘇州六六視覺(jué)科技股份有限公司研制的YZ905氨離子激光裂隙燈，其兼有治療功能，當(dāng)時(shí)被評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品；云南云澳光電有限公司研發(fā)的LDX裂隙燈顯微鏡也是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)具有代表性的產(chǎn)品之一，其加長(zhǎng)了工作距離（108mm），降低了攜帶傳染病源檢查患者的院內(nèi)感染風(fēng)險(xiǎn)。這兩種新型數(shù)字型裂隙燈均通過(guò)單反相機(jī)實(shí)現(xiàn)眼底圖像的采集，具有實(shí)時(shí)顯示并采集眼病圖像的特點(diǎn)，在臨床應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了對(duì)眼病圖像的有效存儲(chǔ)和管理[29-32]，顯著提升了眼病的臨床檢查診斷效果。隨著全球市場(chǎng)化程度的發(fā)展，我國(guó)制造的數(shù)字型裂隙燈也銷售到了國(guó)外，近年來(lái)出口量每年都在提升。第三代數(shù)字型裂隙燈的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠利用計(jì)算機(jī)對(duì)人眼進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，具有高分辨力成像、快速捕捉影像、隨時(shí)儲(chǔ)存信息、準(zhǔn)確診斷病變組織等優(yōu)點(diǎn)，在眼視光學(xué)領(lǐng)域中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)三級(jí)醫(yī)院眼科臨床檢查基本都采用數(shù)字型裂隙燈。主要不足在于研制過(guò)程困難，價(jià)格高昂，難以應(yīng)用于中小型醫(yī)院及社區(qū)醫(yī)院。

3不足與展望

目前，我國(guó)的裂隙燈產(chǎn)業(yè)處于飛速發(fā)展中，產(chǎn)品硬件方面雖與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家還有差距，但差距在逐漸縮小[33-36]；軟件方面，國(guó)內(nèi)大部分裂隙燈配備的都是國(guó)外產(chǎn)品，成熟的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品較少，所以還有較大的發(fā)展空間。目前，我國(guó)數(shù)字型裂隙燈市場(chǎng)主要存在以下問(wèn)題。（1）國(guó)外企業(yè)研發(fā)設(shè)備占比大：目前，市場(chǎng)銷售數(shù)字型裂隙燈的嵌入系統(tǒng)多為國(guó)外企業(yè)研發(fā)，受知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用受到了較大程度的限制。（2）新技術(shù)融合滯后：關(guān)于數(shù)字型裂隙燈的研發(fā)與應(yīng)用，文獻(xiàn)記載大多為眼病臨床診斷與治療方面的研究[37-40]，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、激光理論研究和人工智能技術(shù)等新工科技術(shù)的融合較少。近十年來(lái)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的出現(xiàn)和迅猛發(fā)展促進(jìn)了醫(yī)學(xué)臨床儀器向數(shù)字化方向邁進(jìn)[35]。研究人員結(jié)合新的視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)數(shù)字型裂隙燈進(jìn)行眼病病情分析系統(tǒng)的研發(fā)，目標(biāo)是輔助臨床眼科專家精準(zhǔn)分析患者病情，但是諸多客觀因素影響了新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，原因主要包括兩個(gè)方面：一是眼病患者各異、病狀各異，導(dǎo)致臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)不一；二是基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的數(shù)字裂隙燈病情分析系統(tǒng)由于采用新技術(shù)，理論不斷深入，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，病例積累難，增加了研發(fā)難度。未來(lái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、激光理論研究和人工智能技術(shù)研究的深入，將引領(lǐng)裂隙燈向光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)集成的數(shù)字化、智能化方向發(fā)展[39-40]，臨床輔助治療儀器的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化和智能化，裂隙燈作為眼科臨床輔助治療的重要設(shè)備之一，其發(fā)展路徑也是如此。首先，其功能特性緊隨計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)方向，趨向多元化，更加智能化。其次，激光理論研究及應(yīng)用技術(shù)的深入促使未來(lái)的裂隙燈向光、機(jī)、電及計(jì)算機(jī)集成的數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。最后，人工智能技術(shù)的興起、大數(shù)據(jù)理論的深入研究，使裂隙燈的遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化程度逐步提升。

4結(jié)語(yǔ)

醫(yī)療器械向數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型是大勢(shì)所趨，未來(lái)數(shù)字型裂隙燈趨向于智能化方向發(fā)展。我國(guó)人口眾多，眼病患者數(shù)量龐大、樣本多樣，對(duì)裂隙燈嵌入算法進(jìn)行深入優(yōu)化，融合計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、激光理論研究及應(yīng)用技術(shù)、人工智能技術(shù)等技術(shù)及其機(jī)制的新理論、新方法，有助于提升裂隙燈科研、教學(xué)的使用精度和廣度，對(duì)促進(jìn)其臨床檢查診斷應(yīng)用效果更佳。未來(lái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、激光理論及應(yīng)用技術(shù)、人工智能技術(shù)研究的系統(tǒng)深入，將進(jìn)一步推動(dòng)裂隙燈的智能化水平升級(jí)和技術(shù)革新，提高其臨床檢查診斷效能，使眼病患者不斷獲益。

［參考文獻(xiàn)］

［1］中國(guó)報(bào)告大廳.2012年中國(guó)裂隙燈行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展前景深度分析研究報(bào)告[R].北京：2012.

［2］李海亮.基于裂隙燈掃描的角膜測(cè)量和三維重建技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2007.

［4］馬劍欣，王育紅，肖揚(yáng).智能手機(jī)照相功能在裂隙燈顯微攝影中的應(yīng)用[J].中華眼外傷職業(yè)眼病雜志，2013，35（10）：743-746.

［5］湯偉民，陳德欽，王濤，等．裂隙燈顯微鏡聯(lián)合熒光素染色檢查法在眼表臆匿性異物診治中的應(yīng)用[J].眼科新進(jìn)展，2013，33（4）：338-340.

［6］胡麗蓉.裂隙燈顯微鏡的作用及使用[J].中國(guó)眼鏡科技雜志，2005（3）：87-90.

［7］王愛(ài)玲.裂隙燈顯微鏡的光路調(diào)整方法[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，31（5）：117.

［8］張?jiān)?杜科均，屈直闖，等.機(jī)器學(xué)習(xí)在輔助檢測(cè)神經(jīng)退行性疾病中的研究進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，

作者:武勁圓 陳磊 魏宏博 劉增業(yè) 單位:天津市第一中心醫(yī)院 天津科技大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院