光學相干層析(OCT)在眼科成像中扮演重要的角色慎冤，但是使用條件苛刻。OCT的使用徹底改變了用于眼部內科和外科醫(yī)療的診斷成像手段蚁堤。眼科醫(yī)務人員現(xiàn)在通常使用OCT來檢測各種常見的眼部疾病醉者，包括與年齡相關的黃斑變性(macular degeneration)、糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy)披诗、青光眼(glaucoma)和角膜功能障礙(corneal dysfunction)撬即。事實上，自OCT出現(xiàn)以來呈队，它就在定義這些疾病的診斷標準和推動治療決策方面發(fā)揮了重要作用剥槐。不幸的是，為此目的而設計的臨床 OCT 系統(tǒng)通常是隔離在眼科辦公室或大型眼科中心的專用成像室中的大型臺式(tabletop)儀器宪摧。此外粒竖，它們需要用于頭部定位、眼睛對準和運動抑制的機械頭部穩(wěn)定裝置（例如几于，下巴托或前額支架）蕊苗，以及訓練有素的眼科醫(yī)務人員來操作。由于當前OCT系統(tǒng)的便攜性差沿彭、有穩(wěn)定性需求和對操作員技能有要求朽砰，因此OCT成像僅限于對眼科醫(yī)療環(huán)境中的合作患者進行非緊急評估。當前的OCT 不是在常規(guī)和緊急醫(yī)療環(huán)境中都可用的一般工具喉刘，而是眼科專家的專屬成像工具，受到成像工作空間和操作員障礙的限制饱搏。
博覽：2021Nature Biomedical Engineering基于機械臂的掃描儀對無外界支撐的個體眼睛無接觸OCT成像
技術背景：
光學相干層析(OCT)在眼科成像中扮演重要的角色非剃，但是使用條件苛刻。OCT的使用徹底改變了用于眼部內科和外科醫(yī)療的診斷成像手段推沸。眼科醫(yī)務人員現(xiàn)在通常使用OCT來檢測各種常見的眼部疾病，包括與年齡相關的黃斑變性(macular degeneration)券坞、糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy)鬓催、青光眼(glaucoma)和角膜功能障礙(corneal dysfunction)。事實上恨锚，自OCT出現(xiàn)以來宇驾，它就在定義這些疾病的診斷標準和推動治療決策方面發(fā)揮了重要作用。不幸的是猴伶，為此目的而設計的臨床 OCT 系統(tǒng)通常是隔離在眼科辦公室或大型眼科中心的專用成像室中的大型臺式(tabletop)儀器课舍。此外塌西，它們需要用于頭部定位、眼睛對準和運動抑制的機械頭部穩(wěn)定裝置（例如捡需，下巴托或前額支架），以及訓練有素的眼科醫(yī)務人員來操作筹淫。由于當前OCT系統(tǒng)的便攜性差站辉、有穩(wěn)定性需求和對操作員技能有要求，因此OCT成像僅限于對眼科醫(yī)療環(huán)境中的合作患者進行非緊急評估损姜。當前的OCT 不是在常規(guī)和緊急醫(yī)療環(huán)境中都可用的一般工具饰剥，而是眼科專家的專屬成像工具，受到成像工作空間和操作員障礙的限制摧阅。
目前已經(jīng)對OCT做了一定改進汰蓉，但是仍然不夠。從操作員技能的角度來看棒卷，許多商業(yè)OCT系統(tǒng)的制造商已將小工作范圍內的有限自對準納入其臺式掃描儀顾孽。雖然更容易操作，但此類系統(tǒng)仍然依賴下巴托來實現(xiàn)近似對準和運動穩(wěn)定娇跟。此外岩齿，實現(xiàn)自對準所需的光學和機械部件增加了這種依賴于臺式的掃描儀的體積和重量。從成像工作空間的角度來看苞俘，手持式縮小并減輕了掃描頭的重量盹沈，以便操作員可以輕松地將其拿起來。操作員將OCT掃描頭靠近患者眼睛吃谣，而不是患者主動靠近臺式系統(tǒng)乞封。以這種方式獲得的掃描會受到手動對準和運動偽影的限制岗憋，因此只有雙手穩(wěn)定的高技能操作員才能可靠地成功肃晚。圖像配準技術可有效減輕后期處理中的小運動偽影。然而仔戈，這些算法從根本上受到原始圖像質量的限制关串。在原始圖像由于未對準而丟失的情況下，無法進行校正监徘。自對準臺式掃描儀和手持式掃描儀都無法克服工作空間和操作員技能障礙晋修，這些障礙將常規(guī)OCT成像對象限制為合作的、非臥床的個人凰盔。自對準臺式掃描儀仍然需要機械頭穩(wěn)定墓卦，而手持式掃描儀仍然需要經(jīng)過培訓的操作員户敬。此外落剪，這兩種方法是不兼容的睁本，額外的大量自動對準組件使手持式掃描儀更加笨拙。
當前不足：
當前的用于眼科成像OCT設備無法消除對成像空間和操作員的嚴格要求忠怖，阻礙了OCT的廣泛應用呢堰。
文章創(chuàng)新點：
基于此，美國杜克大學的Mark Draelos(第1作者兼通訊作者)等人提出了一種主動追蹤掃描儀,所成圖像可與臨床OCT相媲美脑又。有助于將OCT成像推進到基層醫(yī)療(primary care)暮胧、急診室和完全無人看管的環(huán)境中，并可實現(xiàn)對位置受限(position-restricted)個體的成像问麸。
（1）使用機械臂完成掃描和對準動作，工作空間與人類手臂相當严卖。OCT掃描頭鉸接在機械臂上席舍。
（2）使用3d相機主動尋找病人的位置。
（3）通過集成在掃描頭上的相機主動追蹤病人的瞳孔哮笆，無需頭部固定裝置来颤。
（4）具有需要操作員激活的自動模式和無需操作員的自主成像模式。
原理解析：
（1）OCT數(shù)據(jù)采集和處理稠肘。OCT模塊為掃頻OCT(見圖1b)福铅，空氣中理想軸向分辨率為5.4um，成像深度7.4mm项阴。參考臂音圈電機(VCM)調節(jié)長度為6mm滑黔，準確度1um。使用100kHz掃頻激光源,中心波長1050nm环揽，100nm帶寬略荡。原始數(shù)據(jù)處理使用標準頻域OCT技術，如DC消除(subtraction)歉胶、色散補償汛兜、逆傅里葉變換等，生成的體積數(shù)據(jù)用log對數(shù)變換后保存通今。B-scan運用特定的黑白閾值生成粥谬。體積數(shù)據(jù)需要采用裁剪的方法移除振鏡回返和透鏡反射偽影。
（2）OCT掃描頭設計和制造辫塌。眼前節(jié)(anterior segment)成像使用遠心掃描頭(如圖1c)帝嗡，利用掃描振鏡完成橫向追蹤璃氢。視網(wǎng)膜成像使用傳統(tǒng)的4f 視網(wǎng)膜望遠鏡(如圖1d)，其在視網(wǎng)膜的共軛平面放置一個快速反射鏡(fast steering mirror, FSM)狮辽。視網(wǎng)膜的橫向追蹤通過在望遠鏡的傅里葉平面上的FSM引入一個掃描傾斜實現(xiàn)一也。 視網(wǎng)膜和眼前節(jié)成像需要更換掃描頭巢寡。掃描頭的光學設計使用光線追跡軟件完成(如圖1e,f)。設計波長為1000nm椰苟、1050nm抑月、1100nm。使用Navarro eye model完成視網(wǎng)膜掃描頭光學優(yōu)化舆蝴。掃描頭的機械設計使用三維設計軟件完成后谦絮，結構件經(jīng)3D打印制成洁仗。
（3）基于線性三角測量的主動追蹤层皱。主動追蹤依賴于三個黑白相機(如圖1c,d)。其中赠潦，一個相機與OCT系統(tǒng)共享一個物鏡叫胖，具有與COT掃描一致的橫向視角，即共軸相機(inline camera)她奥。使用棋盤標定目標在共軸相機坐標系中標定左右攝像機位姿瓮增。在每個相機視角里并行檢測瞳孔，當至少兩個相機檢測到瞳孔存在時哩俭，通過 350 Hz 的線性三角測量估計三維空間中的瞳孔位置绷跑。相機與OCT使用不同的光源(眼前節(jié)用850nm波長凡资，視網(wǎng)膜用720nm波長)砸捏，通過濾光片消除不同光源之間的干擾。OCT橫向掃描之前讳苦，需要將掃描振鏡和FSM校正到共軸瞳孔相機的坐標系带膜。
（4）機械掃描頭定位≡眨控制器使用兩個3D相機(RealSense D415,Intel)觀察拍攝空間膝藕，利用OpenFace2.0檢測拍攝到的面部標志(facial landmarks)。咐扭，并以近30Hz的速度從點云數(shù)據(jù)中提取左右眼的三維空間位置芭挽。在初始位置階段(如圖1a的第1幀和第六幀)，控制器復位蝗肪，等待面部被識別。在對準階段薛闪，控制器將掃描頭逐漸對準從面部追蹤結果中提取到的眼睛(如圖1a辛馆，第2到5幀)，整個過程是開環(huán)的，不需要掃描頭的反饋昙篙。當掃描頭檢測到瞳孔腊状，控制器進入成像階段，即使用瞳孔追蹤的結果將掃描頭的光軸精確的對準眼睛苔可，整個過程是閉環(huán)的缴挖，以減小瞳孔對準誤差。整個模塊安裝在一個協(xié)作機械臂上焚辅。
成像效果
視頻1：操作示意
參考文獻：Draelos, M., Ortiz, P., Qian, R. et al. Contactless optical coherence tomography of the eyes of freestanding individuals with a robotic scanner. Nat Biomed Eng 5, 726–736 (2021).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41551-021-00753-6
附錄：
（來源：Chuang
K., Fields M.A., Del Priore L.V. Potential of Gene Editing and Induced
Pluripotent Stem Cells (iPSCs) in Treatment of Retinal Diseases. Yale J.
Biol. Med. 2017;90:635–642.）
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