James S. WOLFFSOHN PhD PgC PgDipAdvClinOptom

Professor, School of Life and Health Sciences, Aston University, UK

Lampa szczelinowa

Rodzaje, zasada działania

I. Przystawki do aparatu fotograficznego

Istnieją trzy główne akcesoria służące do obrazowania przedniego odcinka przy użyciu biomikroskopu szczelinowego.

1. Przystawka okularowa

Wymaga umieszczenia aparatu fotograficznego na okularze lampy szczelinowej (ryc. 4. 2). Główną zaletą takiego systemu jest stosunkowo niski koszt. Mimo że koszt oprogramowania do okulistycznych baz danych służących do przechowywania obrazów jest niewysoki, należy wziąć go pod uwagę. Przystawki okularowe do lampy szczelinowej mają optykę zaprojektowaną na mniej więcej 60 D układ rogówka/soczewka, więc obraz musi zostać odwrócony i zogniskowany na aparacie. Dlatego ścieżka optyczna jest inna niż ta z dedykowanego układu umożliwiającego fotografowanie za pomocą lampy szczelinowej. Utrata światła następuje na soczewce okularu, a rozdzielacz optyczny jest niepotrzebny. Zakres pola widzenia zostaje zredukowany i zaciemniony przez pojedynczy okular, tracimy więc zalety systemu obuocznego podczas umieszczania i ustawiania ostrości na interesującym nas szczególe. Adapter mocowany za pomocą śrub (zwykle montowanych na obiektywie) jest dostępny głównie dla lamp szczelinowych typu Haag-Streit, które współpracują z wieloma dostępnymi na rynku analogowymi i cyfrowym kamerami. Aparat powinien być optymalnie ustawiony do zdjęć dali (zazwyczaj tryb nieskończoność oznaczony jest piktogramem „góry”), należy wyłączać funkcje automatycznego ogniskowania i automatycznego błysku. Ponieważ matryce używane w aparatach cyfrowych dostępnych na rynku są wciąż ulepszane, adaptery na okular lampy szczelinowej są używane w połączeniu z rozdzielaczem optycznym.  Na rynku dostępne są też w korzystnej cenie adaptery z opcją do obrazowania przedniego odcinka oka.

Lampa szczelinowa jest w praktyce klinicznej urządzeniem najczęściej używanym do obserwacji przedniego odcinka oka. Umożliwia ona dostosowanie oświetlenia i powiększenia oglądanego obrazu (ryc. 4.1). Podobnie jak w przypadku obrazowania siatkówki, technika użycia zielonego (bezczerwiennego) światła do obserwacji naczyń krwionośnych pozwala uwydatnić oglądany obraz. Uzyskany obraz umożliwia automatyczną, obiektywną ocenę struktur przedniej powierzchni oka, takich jak przekrwienie lub zabarwienie po kontraście, przeźroczystość rogówki, utrata przezroczystości rogówki, a także zmian w jej kształcie i wielkości. Przy użyciu cyfrowego obrazowania uzyskane obrazy mogą być skompresowane i przesłane do konsultacji do innego ośrodka. Obrazowanie przedniego odcinka wymaga większych umiejętności w porównaniu z obrazowaniem siatkówki. Badający bowiem musi być wysoce biegły nie tylko w obsłudze biomikroskopu, ale również aparatu fotograficznego. Wybór lampy szczelinowej zależy od badającego; oferta rynkowa jest bardzo bogata, a poszczególne produkty nieznacznie się różnią. Istotne są: możliwość wyboru szerokości szczeliny (wiązka światła w idealnie skalibrowanej lampie może być użyta do oceny wielkości obserwowanych struktur) i wysokości (idealna ma 14 mm wysokości z możliwością stopniowej regulacji lub zmienną skalą skalibrowaną w dół  do 0,2 mm) oraz rozpraszacz i żółty filtr (umożliwiający obrazowanie fluoresceinowe). W czasie obrazowania nie jest ważne, czy lampa szczelinowa dostaje zbieżny, czy równoległy obraz oka. Odpowiednia zbieżność lampy jest niezbędna do oszacowania głębokości; cechę tę należy wziąć po uwagę, gdyż zbieżny obraz oka jest wygodniejszy do obrazowania głębi, ale ogranicza zakres widzenia obuocznego. Zakres powiększenia powinien wynosić od 5 x do 40 x. Niektórzy preferują płynną regulację powiększenia bez zasłaniania widoku interesującego ich szczegółu. Jednakże optyka do płynnego przejścia nie może być tak zoptymalizowana jak zbiór zoptymalizowanych soczewek dla każdego powiększenia. Kalibrowanie narzędzi do pomiarów odległości i obszaru obrazów wymaga znajomości rzeczywistej wartości powiększenia, na którym obraz był wykonany, co jest łatwiejsze, jeżeli poziomy powiększenia są ustalone. Nie wszystkie biomikroskopy można doposażyć w przystawkę cyfrową. Zazwyczaj lampy posiadające możliwości rozbudowy są modelami z wyższej półki, ale ich przyszłe wykorzystanie powinno być rozważone przy zakupie, szczególnie jeśli myśli się o doposażeniu lampy w przyszłości.

2. Dołączany rozdzielacz optyczny

Rozdzielacz optyczny umieszczony w ścieżce optycznej lampy szczelinowej rozdziela sygnał pomiędzy okularem a przyłączonym aparatem fotograficznym (ryc. 4.3). Większość obecnych na rynku lamp szczelinowych ma możliwość zamontowania rozdzielacza optycznego. Może on być założony, jeśli jest potrzeba wykonywania zdjęć, i usunięty, gdy mają być wykonywane badania przez okulary, kiedy klinicysta potrzebuje maksymalnej intensywności światła.  Podczas korzystania z rozdzielacza możliwe jest badanie przez okular, ale na okular i kamerę przypada tylko ok. 50% (zależnie od parametrów rozdzielacza wiązki) dostępnego światła. Do dziś żaden producent nie wprowadził na rynek modułu z lustrami, który zwiększyłby czułość aparatu w lampie szczelinowej i umożliwił pracę z monitorem wideo (nie przez przystawkę okularową lub okular lampy).

3. Zintegrowane z lampą szczelinową

W zasadzie ich działanie jest podobne do opisanych w poprzednim punkcie, ale rozdzielacz optyczny i aparat są wbudowane w jeden moduł i mogą być przyłączone tylko do jednej lampy szczelinowej. To najlepsze rozwiązanie do obrazowania, ogranicza przy tym liczbę kabli potrzebnych do przyłączenia kamery do komputera. Stąd jest popularne i stosowane, gdy w gabinecie znajduje się już komputer, który steruje tablicą Snellena, funduskamerą oraz oprogramowaniem do zarządzania danymi pacjenta (ryc. 4.4). Jednakże zintegrowana przystawka cyfrowa ogranicza użytkownika w zakresie wyboru producenta kamery, a aparaty dedykowane mogą mieć gorsze parametry lub być mniej atrakcyjne cenowo w porównaniu z komercyjnie dostępnymi aparatami cyfrowymi oraz mogą stwarzać problemy z serwisem, jeśli aparat zostanie uszkodzony lub jest wadliwy. Należy przy tym pamiętać, że niektóre typy lamp szczelinowych mogą nie współpracować z oprogramowaniem popularnych aparatów cyfrowych. Coraz częściej też są wykorzystywane laptopy pomagające zredukować ilość miejsca zajmowanego przez system.

II. Kamery

Jedną z możliwości kamery jest płynne odświeżanie obrazu w czasie rzeczywistym, co umożliwia kontrolowanie na monitorze dokładnie tego, co zostanie uchwycone na obrazie: ostrości, kontrastu, natężenia oświetlenia i widzenia, miejsca obrazowania. Rozbieżność tych cech obrazu jest powszechna pomiędzy obrazem w okularze lampy szczelinowej a tym uzyskanym przez dodatkową kamerę, w szczególności w systemach z lampą błyskową oraz dzięki możliwościom akomodacyjnym oka obserwatora w okularze. Jak poprzednio wspomniano, był to główny problem związany z wcześniejszymi metodami fotografowania, szczególnie jeśli obraz był trudny do uzyskania bądź trzeba było ograniczyć czas pracy z pacjentem. Dlatego monitor działający w czasie rzeczywistym daje niezwykłe możliwości dobrego obrazowania.

Analogowe kamery wideo (PAL albo NTSC) zwykle z rozdzielczością około 0,5 megapikseli i szybkością nargywania 25–30 klatek na sekundę są już właściwie niedostępne na rynku. Aparaty cyfrowe mogą zrobić zdjęcie znacznie wyższej rozdzielczości niż kamery analogowe, mają też większą zdolność ponownego wykonania zdjęcia. Mimo że dostępne na rynku aparaty cyfrowe często mają wbudowane niewielkie ekrany działające w czasie rzeczywistym, są one przystosowane raczej do podglądu niż obserwacji i dobrego fokusowania. Wszystkie modele posiadają wyjścia/-e umożliwiające wyświetlanie podglądu na ekranie. Dopuszczają przy tym subiektywną regulację lampy szczelinową w celu uzyskania jak najlepszej jakości obrazów. Zaletą lustrzanki jednoobiektywowej (Single Lens Reflex, SLR) jest możliwość uzyskania podglądu dokładnie tego, co widać przez soczewkę i zostanie zarejestrowane.

Obraz za pomocą lustra jest kierowany do podglądu kamery, nie dochodzi więc do jednoczesnego obrazowania wideo na żywo (ryc. 4.5), a w momencie naciśnięcia spustu migawki lustro jest usuwane i wiązka światła z obiektywu trafia bezpośrednio na matrycę.  Funkcja automatycznego ustawienia ostrości musi zostać wyłączona w komercyjnie dostępnych aparatach, zazwyczaj przez ustawienie głębi ostrości na nieskończoności (zwykle opisywanej ikonką „góry”).

III. Rozdzielczość

Głównymi czynnikami mającymi znaczenie w obrazowaniu cyfrowym są rozdzielczość potrzebna do uwidocznienia interesującego nas obiektu i kompresja danych dla minimalnej pojemności potrzebnej do archiwizacji danych. Jeśli zdjęcia mają być pomocne w wykryciu patologii, obserwowaniu postępu (i uniknięciu ewentualnych roszczeń), ważne jest, aby rozdzielczość zdjęcia pozwalała na uchwycenie wszystkich niezbędnych cech klinicznych bez potrzeby kompromisu przy archiwizacji. Rozdzielczość jest umiejętnością zauważenia różnicy pomiędzy dwoma kolejnymi punktami. W odniesieniu do obrazowania cyfrowego cecha ta zależy od liczby pikseli, z których składa się obraz. Peterson i Wolffsohn (2005) zbadali teoretyczną i kliniczną minimalną liczbę pikseli w zdjęciu, a także maksymalną kompresję pozwalającą na przechowywanie wystarczającej jakości obrazów przedniego odcinka oka.

Najmniejsze szczegóły przedniego odcinka oka oglądane w lampie szczelinowej interesujące klinicystę okazują się mikrocystami lub punktami zastoju barwnika. Mikrocysty są przedstawione jako zmiany o średnicy ok. 15–50 μm. Dlatego istotne jest, aby obrazowanie cyfrowe umożliwiało wykrywanie zmian o średnicy ok. 30 μm. Ponieważ światło odbite od obiektu może przechodzić przez średnicę dwóch pikseli, wielkość jednego piksela, opowiadająca 15 μm, jest niezbędna, by powstało wiarygodne zdjęcie. Powiększenie (stąd pole widzenia) obrazu w lampie szczelinowej może być różne, typowa lampa szczelinowa została użyta, aby obliczyć niezbędną poziomą rozdzielczość cyfrową aparatu tak, aby dać możliwość wiarygodnego wykrycia 30 μm obiektu. Na przykład teoretyczna kalkulacja wskazała, że minimalna rozdzielczość powinna wynosić poziomo ≥ 579 pikseli przy powiększeniu 25 x.

Obrazy kliniczne spojówki, powieki i zabarwionej rogówki zostały wykonane w maksymalnej rozdzielczości czterech kamer dołączonych do tej samej lampy szczelinowej typu Takagi (Nagano-ken, Japonia). Obrazy zostały zapisane w formacie TIFF, a kolejne kopie utworzono w mniejszej rozdzielczości (ryc. 4.6). Zdjęcia zostały uszeregowane przez 20 lekarzy w kolejności wg klarowności na 15-calowym monitorze (rozdzielczość 1280 x 1024) i były analizowane w obiektywnej skali.

Subiektywna ocena pokazała, że obraz mógłby być zredukowany do 767 x 569 pikseli (88-procentowa redukcja rozmiaru pliku w porównaniu z rozmiarem pliku o wielkości 2048 x 1360 pikseli) bez dostrzegalnej utraty jakości obrazu niezależnie od użytej kamery wykonującej zdjęcie. Rozdzielczość użytego monitora wynosiła 1280 x 1024 i nie jest zaskoczeniem, że wyższa rozdzielczość zdjęć nie oferowała wyższej jakości wyświetlanego obrazu.

Zamiast niezbędnej integracji wyświetlanych pikseli wyższa rozdzielczość wyświetlanego na ekranie obrazu spowodowała wrażenie pogorszenia jakości obrazu. Subiektywna ocena wykazała mniejszy wpływ degradacji rozdzielczości, tak że obrazy mogły być zmniejszone do 640 × 425 pikseli, bez znaczącej zmiany w rozpoznawaniu krawędzi rozdzielczości do 160 × 107 pikseli i bez wpływu na ekstrakcję koloru.

IV. Obrazowanie za pomocą fluoresceiny

Fluoresceina jest barwnikiem przyżyciowym (tzn. może być stosowana in vivo w ludzkich oczach), który pochłania światło niebieskie (optymalnie o długości ok. 485 nm). Cząsteczki fluoresceiny są pobudzane do wyższego stanu i emisji fluorescencyjnego światła przez fale o wyższej długości (ok. 510–520 nm, pobudzenie sprawia, że ma ona barwę zieloną) (ryc. 4.7). Fluoresceinę można wprowadzić do oka poprzez podanie dożylnie lub doustnie, można też miejscowo aplikować ją na rogówkę. Barwnik miesza się z otaczającymi płynami (krew lub łza), podkreślając ich dynamikę (np. czas przerwania filmu łzowego) i objętość. Stężenie fluoresceiny pozostające w próbce filmu łzowego przez 15 min po zakropleniu (zmierzono przy użyciu fluorofotometru) lub w bocznym menisku łzowym przez 2 min po zakropleniu (ocenia się wg skali) jest skorelowane z objawami podrażnienia oczu, powiek i chorobami rogówki. Fluoresceina może zostać wykorzystana do oceny dopasowania twardych gazoprzepuszczalnych soczewek kontaktowych. Fluoresceina wnika do przestrzeni międzykomórkowych w przypadku zaburzeń w strefie ścisłych połączeń (zonulae ocludens) w typowych komórkach nabłonka rogówki lub w przypadku zmniejszenia liczby komórek. Jest to widoczne podczas barwienia. Fluoresceina nie wnika przez nienaruszone błony komórkowe, ale po przedostaniu się przenika swobodnie do wnętrza komórki oraz przestrzeni międzykomórkowych.

Aby można było wyraźnie zobaczyć światło fluorescencyjne, ważne jest, żeby nie było ono przesłonięte przez światło niebieskie odbite od pobudzonych cząsteczek fluoresceiny. Optymalnie jest użyć w tym celu żółtego filtra z minimalną przepuszczalnością poniżej 500 nm i maksymalną powyżej tego poziomu (ryc. 4.8). Choć często nazywany jest on filtrem Wrattena, to Wratten jest tylko nazwą zestawu filtrów produkowanych przez firmę Kodak, z szerokim zakresem profili widmowych (tylko kilka z nich jest w kolorze żółtym, Wratten 12 jest najodpowiedniejszy), o mocy wystarczającej do pobudzenia źródła światła.

Pobudzone źródło światła o dostatecznej mocy przy długości fali absorbowanej przez fluorofor i minimalnej mocy w przedziale długości fal emitowanych fluorescencyjnie przez fluofor mierzone naraża oczy na szkodliwe oddziaływanie zakresu światła niebieskiego i powinno być minimalizowane (ryc. 4.7). Światło niebieskie może uszkodzić oczy, jeśli jest wystarczająco wysokiej intensywności i działa wystarczająco długo. Lampa szczelinowa używana do obrazowania plamki może emitować wystarczająco dużą ilość światła, przekraczając maksymalną dopuszczalną ekspozycję ≤ 15 sekund. McLaren i Brubaker (1983) zbadali szereg różnych źródeł światła w połączeniu z filtrami zaporowymi dla pobudzenia fluoresceiny i zagrożenia uszkodzenia siatkówki światłem niebieskim i jako najbardziej odpowiednie źródło światła wskazali laser argonowy, chociaż włókna wolframowe używane tradycyjnie w lampie szczelinowej zostały sklasyfikowane na drugim miejscu, a bezpieczny czas ekspozycji na siatkówce dla szczeliny 3,0 x 0,2 mm to ok. 70 minut.

Na szczęście światło niebieskie optymalne dla obrazowania przedniego odcinka oka z użyciem fluoresceiny nie zmienia odczynu pH łez. Emisja widma fluoresceiny zmienia amplitudę, ale nie profil widma, a pH roztworu utrzymuje się w zakresie od 6 do 9. Intensywność fluorescencji wzrasta ze wzrostem pH i osiąga stałą po mniej więcej pH 8, a następnie maleje wraz z dalszym wzrostem pH.

Wyższe pH filmu łzowego powoduje większą emisję fluorescencji, mimo że długość fali w szczycie absorpcji pozostaje stosunkowo nienaruszona. Odczyn pH worka spojówkowego wynosi zwykle 6,93 ± 0,27 (zakres 5,9–7,6) i jest on niezależny od wieku i płci. pH płynu spojówkowego jest znacznie bardziej kwasowe w przypadku osób stosujących soczewki kontaktowe (średnio 0,2), normalizuje się po usunięcie soczewki. Odczyn pH płynu spojówkowego jest relatywnie niezależny od czynników zewnętrznych, jest jednak znacznie bardziej zasadowy u pacjentów z grzybiczym zapaleniem rogówki (7,40 ± 0,23), w pierwszej dobie po przeszczepie rogówki (7,41 ± 0,22) i zespole suchego oka (7,13 ± 0,31). Peterson i wsp. (2006) zbadali widmową emisję światła niebieskiego w oświetlaczu lampy szczelinowej i spektralną transmisję wzmacniających filtrów żółtych. Pokazali także kilka dostępnych obecnie lamp szczelinowych mających niebieskie źródło światła, optymalne dla obrazowania z fluoresceiną i przetwarzania takiego obrazu (ryc. 4.9), zwykle żółte filtry odcinały widmo zbyt wysoko, obcinając ok. dwóch trzecich fluorescencji światła fluoresceinowego (ryc. 4.10).

Intensywność fluorescencji fluoresceiny w roztworze wodnym zwiększa się ze wzrostem stężenia roztworu do maksimum (ok. 0,001–0,04%), następnie spada przy wyższym stężeniu (zwanym maskującym). Przy wyższych stężeniach maksymalna częstotliwość emisji jest przesunięta w kierunku dłuższych długości fal (bardziej żółte niż zielone).

Intensywność fluorescencji jest także związana z głębokością roztworu fluoresceiny i kątem padającego światła. Wszystkie techniki zakraplania fluoresceiną powodują początkowe jej schłodzenie podczas procesu mieszania się ze łzami. Zwilżony F1uoret i 1% Minims osiągają przydatny poziom fluorescencji średnio w mniej więcej 20 s i trwa to do ok. 160 s, choć 1% Minims daje większą intensywność fluorescencji (ryc. 4.11). Dla porównania: nasycony Fluorets i 2% Minims wymagają 2,5 razy więcej czasu, aby osiągnąć przydatną fluorescencję dla krótkiego dodatkowego trwania. Dlatego podanie fluoresceiny za pomocą nasączonego Fluoret lub 1% Minims jest klinicznie optymalne.

V. Techniki oświetlenia

Jedną z głównych zalet obserwacji przedniej części oka w lampie szczelinowej jest elastyczność systemu oświetlenia istotna dla optymalizacji widoku interesującego nas szczegółu. Możliwa jest regulacja wysokości, szerokości, intensywności, orientacji i położenia szczeliny w stosunku do centrum kamery (oddzielenie). Często w tym samym czasie jest dostępnych kilka typów oświetlenia. Obserwowane pole widzenia jest większe niż powierzchnia oświetlana przez szczelinę. Poruszając oświetleniem i/lub zakresem do obserwacji przedniej powierzchni oka, stosuje się różne techniki oświetlenia dla każdego obszaru, uwydatniając spodziewane anomalie. Istnieje siedem głównych technik oświetlenia.

1. Oświetlenie rozproszone

Oświetlacz równomiernie rozkłada światło na przedni odcinek oka, tak aby przy najmniejszym powiększeniu było możliwe ogólne badanie przedniego odcinka  oka, a także jego przydatków (ryc. 4.12).

2. Oświetlenie bezpośrednie

Szczelina światła bezpośrednio oświetla interesujący nas obszar.

Wąska szczelina zorientowana pionowo tworzy przekrój optyczny rogówki.  Oświetlenie ustawione pod kątem umożliwia obserwację poszczególnych warstw rogówki oraz ocenę głębokości i położenia defektów rogówki lub innych anomalii oraz ocenę komory przedniej (ryc.6).

Optyczna wstęga oświetla szerszy obszar, ma mniejszą głębię ostrości, co zmniejsza zdolność do rozróżniania głębokości, natomiast zwiększa pole obserwacji. Jest przydatna do oceny przezroczystej rogówki oraz filmu łzowego.

Aby zobrazować komórki zapalne przedniej komory (postrzegan, jako punkty świetlne na skutek efektu Tyndalla), można użyć wiązki stożkowej o minimalnej wysokości lub włączyć przysłonę z małym otworem i oświetlić źrenicę pod kątem 45˚ w ciemnym pokoju (stożkowy promień).

3. Oświetlenie pośrednie

Może ukazać cechy niewidoczne podczas bezpośredniego oświetlenia. Oświetlenie jest ustawione pod dużym kątem względem mikroskopu (ryc. 6). Aby scentrować oświetlenie pośrednie, należy rozsynchronizować oświetlenie od mikroskopu. Użyteczne przy obserwacji blizn, zmian w nabłonku lub zrębie rogówki.

4. Oświetlenie wsteczne

Oświetlenie wsteczne  powstaje wskutek odbicia światła od powierzchni. Zazwyczaj rogówka jest obserwowana przy użyciu światła odbitego od tęczówki lub siatkówki (ryc. 6). Oświetlenie musi być rozsynchronizowane od systemu obserwacji. W świetle odbitym obserwuje się zmiany w przedniej części rogówki oraz film łzowy.

5. Odbicie lustrzane

Powstaje, kiedy kąty oświetlenia i obserwacji są równe względem osi prostopadłej do powierzchni. W czasie odbicia światła od powierzchni w miejscach, gdzie zmienia się indeks załamania ośrodka, tworzy się odbicie (obraz) Purkiniego

Dla rogówki:

• obraz PI (Purkiniego I) – odbicie od filmu łzowego pokrywającego przednią powierzchnię rogówki. Film łzowy można dostrzec z boku jasnego refleksu po mrugnięciu;

• obraz PII – śródbłonek; w dużym (40 x) powiększeniu można zobaczyć mozaikę sześciokątnych komórek endotelium.

• obraz PIII – odbicie od przedniej powierzchni soczewki; małe wgłębienia są widoczne przy wąskim kącie pomiędzy systemem obserwacyjnym a systemem oświetlenia (ryc. 7).

6. Rozproszenie twardówkowe

Rozsynchronizowana i skupiona szczelina jest skierowana na rąbek. Całkowite wewnętrzne odbicie zmienia kierunek światła i prowadzi je przez rogówkę, tworzy aureolę w okolicy, w której światło wychodzi z rogówki.

W przypadku zmętnienia, nieregularności rogówki (np. obrzęku wywołanego przez twarde soczewki kontaktowe) światło przechodzące jest absorbowane i rozpraszane w rogówce, a podświetleniu ulegają zmiany patologiczne.

7. Oświetlenie styczne

Oświetlenie ustawione jest równolegle do tęczówki, a obserwacja odbywa się wzdłuż osi optycznej. Technika ta jest przydatna w ocenie uniesionych obszarów tęczówki. Jest to w większości przypadków trudne do uzyskania, ponieważ przechodzący system oświetlający powierzchnię tęczówki jest zbyt daleko z przodu, aby obraz był dobrze zogniskowany.

Artykuł pochodzi z książki Ophthalmic imaging, która wkrótce ukaże się nakładem Wydawnictwa Górnicki.

„Przegląd Okulistyczny” 2012, nr 5 (49), s. 4,5,7.