滤片增强的术中细微后囊破裂可视化：结合数字定量对比分析的可视化优化方法

《JCRS Online Case Reports》：Filter-enhanced intraoperative visualization of subtle posterior capsule rupture: visualization optimization approach with digital quantitative contrast analysis

　　

超声乳化过程中细微的后囊破裂（PCR）在传统白色同轴照明下可能难以识别，尤其是在没有玻璃体脱出的情况下。本报告描述了一种基于ImageJ的标准化工作流程，用于客观比较白色照明、绿色滤镜（红-free）照明和逆光照明下的PCR可视化效果。将代表性手术帧转换为8位灰度图像，并应用固定椭圆形感兴趣区域（5091像素）来标记裂口边缘、相邻完整后囊和均匀背景。对比噪声比（CNR）从白色照明的7.38提高到绿色滤镜照明的10.26和逆光照明的11.29，显示出裂口与完整后囊分离程度的逐步增强。早期增强可视化使手术得以受控完成，避免了缺损扩大和前部玻璃体切割术，并实现了袋内人工晶状体（IOL）植入。术后第1天检查显示稳定的椭圆形PCR、深前房和居中的IOL。这份概念验证技术报告介绍了一种标准化定量框架，用于客观评估显微镜照明策略在细微PCR术中可视化中的应用，并为未来更大临床系列的验证奠定基础。

后囊破裂（PCR）仍然是白内障手术中一个重要的术中并发症，如果未能及时识别，可能导致玻璃体丢失、视网膜脱离、黄斑囊样水肿和继发性青光眼。1,2 当裂口细微或被皮质残留物部分遮挡，或由于界面对比度降低导致明亮的同轴反光时，早期检测具有挑战性。然而，早期检测对于防止缺损扩展和保持后囊支持至关重要。

组织可视化取决于波长相关的组织反射率和界面对比度。3 绿色滤镜（红-free）照明通过改变光谱反射特性来增强结构对比度，并已显示可以改善眼前段成像中的辨别能力，包括滤镜增强的小眼房角镜检查。4 逆光照明可以通过增加半透明界面上的对比度来突出不连续性。3

对比噪声比（CNR）是生物医学成像中标准的边缘可检测性指标，它同时考虑了信号分离和背景变化。5,6 眼科手术中的对比度优化本身并不新颖。在同行评审文献中被描述为黑白或去饱和滤镜的数字滤镜应用于3D抬头显示平台的视频输出，已被用于改善白内障、角膜和黄斑手术中的组织显著性。7–9 这些滤镜作用于图像采集之后，与位于照明路径中、改变到达组织的入射光光谱组成的光学滤镜不同。尚未报告的是，关于滤镜如何影响后囊裂口边缘显著性的客观、界面特异性测量。

在这里，本报告提出了一种简单的基于感兴趣区域（ROI）的基于CNR的图像分析工作流程，用于可重复地比较白色照明、绿色滤镜照明和逆光照明在细微PCR可视化方面的效果。这份概念验证技术报告的目的不是引入基于滤镜的可视化本身，而是描述一种标准化定量方法，该方法可能支持对未来术中可视化策略的比较评估。支持本研究结果的数据可从通讯作者处合理请求获取。

手术技术

一例常规白内障手术在皮质灌注-抽吸过程中并发小的切迹下方PCR，使用Haag-Streit Müller显微镜（Haag-Streit Surgical GmbH）的多个内置滤镜（白光、绿色（红-free）和逆光裂隙光束）进行了分析。

在白色同轴照明、绿色滤镜照明和逆光照明下拍摄的代表性术中帧以相同分辨率从手术视频中导出（图1A–C）。所有模式均在术中可用，且未经过后期获取的数字增强。图像使用ImageJ（v. 1.53v；美国国立卫生研究院）进行分析。每张图像转换为8位灰度（0至255强度标度）。根据可比的对焦、放大倍数和工作距离，每种照明模式各选取一帧，共分析三帧。帧选择和ROI放置由单名观察者完成。

图1.
在不同照明模式下细微后囊破裂的术中可视化。A：白色同轴照明。B：绿色滤镜（红-free）照明。C：逆光照明。所有三帧均在相同放大倍数和工作距离下拍摄，且未经过后期获取处理。

在白色同轴照明、绿色滤镜照明和逆光照明下的三帧图像中，预定义的固定大小椭圆形ROI（面积：5091像素）以裂口边缘为中心；复制ROI并重新定位以采样相邻完整后囊和均匀背景区域（图2A–C）。与光束边缘或镜面高光相交的ROI根据异常升高的ROI标准差重新定位。记录裂口和完整后囊ROI的平均灰度强度。背景标准差作为噪声估计值记录。CNR计算如下：CNR =（裂口均值 ? 完整后囊均值）/背景标准差。在各照明模式间保持相同的ROI尺寸以最小化采样偏差。

图2.
不同照明模式下定量对比分析的标准化ROI放置。面积相同（5091像素）的椭圆形ROI以PCR边缘（红星）为中心，并复制覆盖相邻完整后囊（黄星）和无光束边缘伪影的均匀背景区域（白星），分别在白色同轴照明（A）、绿色滤镜（红-free）照明（B）和逆光照明（C）下进行。PCR = 后囊破裂；ROI = 感兴趣区域

结果

使用标准化ROI采样（面积：5091像素），CNR在各照明模式下逐步增加：白色照明下为7.38，绿色滤镜照明下为10.26，逆光照明下为11.29（图3，补充表1，可在 https://links.lww.com/JC9/A442 获取）。

图3.
各照明模式下CNR的定量比较。柱状图展示了使用固定大小ROI采样（面积：5091像素）在白色照明、绿色滤镜照明和逆光照明下计算的CNR。CNR = 对比噪声比；ROI = 感兴趣区域

对细微椭圆形后囊缺损的及时识别使手术参数得以有意调整，防止了破裂扩展，并避免了前部玻璃体切割术的需要。后囊支持得以保留，允许安全地进行袋内人工晶状体（IOL）植入，且无后段损害。

图4A显示了PCR发生时的术中步骤。术后第1天，裂隙灯检查显示前房深且安静，无玻璃体脱出。小的椭圆形后囊缺损保持稳定，无扩展。IOL在囊袋内居中度良好（图4B）。

图4.
细微椭圆形PCR的术中与术后对照。A：术中图像显示切迹下方皮质清除过程中PCR发生的情况。B：术后第1天裂隙灯显微镜检查显示稳定的椭圆形后囊缺损、深前房以及完全植入囊袋内且居中度良好的IOL。前房中未见玻璃体。PCR = 后囊破裂

讨论

术中PCR的检测在很大程度上取决于囊袋界面的视觉对比度。在白色同轴照明下，细微缺损可能被镜面反射和均匀光散射所掩盖。7 基于滤镜的光谱调节通过改变反射特性来增强边缘显著性，增加基于透射的对比度，并突出结构不连续性。3,4

在这个单一代表性病例中，基于ROI的CNR从白色照明到绿色滤镜照明和逆光照明持续增加。尽管各模式之间的背景变异性可能不同，但在滤镜增强设置下，裂口与完整后囊的均值分离增加，支持在这些条件下边缘显著性的改善。该工作流程将此前报道的绿色滤镜（红-free）增强的小眼房角镜检验的对比度优化原则扩展到白内障手术的术中环境中。4

光学增强与数字增强之间的区别对于结果解释至关重要。Sandali等人对40例连续白内障手术使用了3D抬头显示平台上的黑白数字滤镜，并记录了几个手术阶段的较高测量对比度，但主刀医生报告没有一致的主观优势。7 因此，较高的对比度指数本身并不能确立手术医生看得更多或操作不同的结论。此处使用的滤镜是光学性的而非数字性的，它们修改的是入射到组织上的光线而非记录的图像，但对结果的相同谨慎解释同样适用。

本报告是假设生成的，并未建立诊断敏感性或患者水平结局获益。然而，该方法提供了一种实用、标准化且可重复的定量框架，用于比较白内障手术中显微镜的可视化设置，并为未来的多病例数据集的标准化提供支持。

存在若干局限性。分析基于1例病例和每种模式下的1个静态帧，而实时可视化是一个涉及运动、失焦、器械阴影和手术医生时间整合的动态任务，静态帧指数无法捕捉这些方面。背景标准差被用作唯一的噪声估计值，因为三种模式产生的光学环境有很大不同，特别是逆光照明，单一术语可能无法均等代表每种模式的噪声结构。数值也是平台特定的，因为不同手术显微镜的灯光谱、滤镜透射曲线、传感器响应和传感器增益各不相同，因此提供的是工作流程而非绝对数值以供复用。帧为未处理的原始采集，因为后期获取的锐化或对比度拉伸会混淆比较；因此面板之间的视觉差异较为微妙，这本身也是支持使用客观指数而非主观评分的理由。仅凭一例无法建立可重复性，计划进行前瞻性的连续系列研究，包含每种模式的多帧和盲法评估者，作为合适的下一步。

已知信息
在标准白色照明下，细微后囊破裂可能难以检测，特别是在没有玻璃体脱出的情况下。
照明波长影响组织反射率和结构对比度。

本文新增内容
展示绿色滤镜照明和逆光照明下对比度的逐步增强。
基于界面特异性的客观对比噪声比对细微后囊破裂的照明增强可视化进行量化。
用于评估白内障手术中术中显微镜照明的可重复分析框架。