从认知层面发掘目标信息,利用现有硬件系统进行信号采集,通过软件系统及特定数学算法对所拾取信号进行处理分析,并在干扰噪声中准确提取目标信号的过程,称之为信号检测分析。1954年该理论由Tanner WP首次提出。眼球作为中枢神经系统的延伸部分,其在稳定的眼内压支撑下不断将所接收的光学信号转变为电信号,为生物体提供丰富地视觉刺激。如何以现有理论认知为支撑,利用硬件及软件系统准确采集,处理及分析有用的眼部信号,是眼部信号检测分析理论实际应用中的核心及难点。本研究主要分为四大部分：1.在现有临床检测方法对昼夜眼压波动信号拾取过程具有局限性的理论支撑下,第一部分主要通过医工交叉,利用机械测量原理,建立采集、提取及分析眼内压波动信号的新方法；2.在基于眼部血流量异常直接参与视神经疾病进展过程的理论支撑下,第二,三,四部分主要利用现有无创检测技术及相应仪器(相干光断层扫描),在选取最佳测量方法后,提取正常人,屈光不正及青光眼患者眼部视网膜及脉络膜信号进行分析,处理。观察脉络膜组织与视网膜退行性变的关系及有氧运动前后正常人与原发性开角型青光眼患者脉络膜信号的反应差异性。一、基于磁斥力连续性眼压测量原理与方法研究目的：利用“永磁铁磁斥力测量”原理提取眼内压信号,有望达到24h眼内压监测的最终目的。原理：永磁铁间距渐进性缩小,磁斥力逐渐增加,当磁斥力(使力磁环与受力磁环间的排斥力)增大与眼内压平衡时,继续缩短磁间距,角膜将在外力作用下发生形变。此时在示波器所获取的电压-位移曲线中可观察到小幅波动。波动处电压输出信号(U)与眼内压(P)相关。通过建立U、P对应关系的数学模型,从压力曲线信号中提取U信号,间接可得眼压P信号大小。方法：以35mmHg作为眼压信号检测上限,利用“有限元仿真方法”评估导致角膜发生形变所需永磁铁磁斥力大小及其位移范围。建立模拟眼球灌注模型,构建机械测量装置,提取不同压力下传感器电压输出信号。结果：1.N40H稀土永磁铁材料能够达到本研究需求,产生足够磁斥力压迫角膜发生形变。2.不同压力下电压-位移曲线波动点处传感器输出电压信号不同。伴随模拟眼球内压力逐渐升高(10mmHg,30mmHg,50mmHg),压力传感器输出电压信号相应升高,二者相关性良好。结论：利用此种方法通过拾取电容压力感受器电压输出信号间接反映眼内压波动,整体测量过程无创,快速,有望达到无创24h眼压监测的最终目的。二、经眼睑眼内压检测系统的研究目的：利用“生物组织弹性力学差异原理”提取眼内压信号,有望达到使用者自测眼压的最终目的。原理：“经眼睑眼内压检测系统”基于生物组织的弹性力学差异。利用眼球不同组织间存在的“力-形变”差异获取眼压信号。方法：本研究采用机械力学“压缩测量方法”对眼睑及眼球壁(角膜组织)进行弹性压缩,通过电容压力传感器获取压力反射信号。联合位移传感器(可变电阻器)由示波器采集并绘制出电压-位移曲线,曲线“拐点”处代表不同组织交界面,拐点后曲线斜率与眼内压相关。计算拐点后曲线斜率,观察曲线斜率与眼内压相关性,完成该系统的初步研究工作。结果：1.本研究测量眼内压范围13-33mmHg,可以达到大多数原发性开角型青光眼患者眼压信号幅度。2.在不同灌注压力下,重复测量4次,实验结果示电压-位移曲线重复性良好。3.伴随眼内压逐渐升高,拐点后电压-位移曲线斜率相应增大,线性拟合后可以通过电压-位移曲线斜率K间接获得眼内压幅值。结论：经眼睑眼内压测量系统原理可行,结果重复性佳,能够实时反映眼内压变化,可以达到使用者自测眼压的最终目的。第二部分：不同方法提取脉络膜厚度信息的差异性研究目的：招募正常受试者为研究对象,运用相干光断层扫描技术提取人眼脉络膜组织信号,分别选用海德堡测量软件及ImageJ测量软件对脉络膜厚度进行测量分析,进行不同测量方法可重复性及一致性的相关统计学分析,选取出最优测量方法为后续研究奠定基础。方法：36名正常受试者纳入此项研究。利用相干光断层扫描技术采集中心凹及旁中心凹直径6mm范围内脉络膜组织图像。分别由Heidelberg eye explore software(版本5.3.3.0,海德堡,德国)及Image J software (version1.42,美国)进行脉络膜厚度测量。运用Bland-Altmann统计学方法对不同测量方法测量结果一致性及可重复性进行分析比较。结果：1. Image J软件测量重复系数(39.9186)高于海德堡测量软件(27.3525)；2.两种方法测量结果一致性分析显示,95%可信区间为-18.437～63.949um；3.95%可信区间精确性分析显示：其上限范围16.102～111.796um；下限范围-66.29～21.41umm。结论：Image J测量软件重复性及一致性较Heidelberg测量软件高,应该成为研究者日后脉络膜厚度测量的可选用软件之一。第三部分：近视患者脉络膜厚度及感光细胞层厚度变化的研究目的：通过招募正常人及近视患者作为研究人群,利用相干光断层扫描技术提取人眼脉络膜及视网膜组织信号,有望寻找脉络膜与视网膜组织退行性变间的相互关系。方法：64例受试者依据屈光状态分为三组：组Ⅰ：正视组(+1.0D～-1.OD)；组Ⅱ：轻中度近视组(-1.0D～-6.0D)；组Ⅲ：高度近视组(>-6.0D)。运用频域相干光断层扫描技术(spectral domain optic coherence tomography, SD-OCT)提取脉络膜及视网膜组织图像信号。利用Image J软件提取视网膜厚度(Retinal thickness, RT),视网膜神经纤维层厚度(retinal nerve fiber layer thickness, RNFLT),视网膜神经节细胞层厚度(ganglion layer thickness, GLT),视网膜感光细胞层厚度(photoreceptor layer thickness, PRLT)及脉络膜厚度(choroidal thickness, ChT)信息。结果：与正视者相比,高度近视患者感光细胞层厚度,视网膜厚度及脉络膜厚度均显著降低(P<0.05)；单因素及多因素线性回归分析方法均提示感光细胞层厚度变化与脉络膜厚度变化紧密相关。结论：高度近视患者不仅脉络膜厚度较正常人降低,感光细胞层厚度同样降低。二者构成神经血管单元。脉络膜厚度变化会导致感光细胞层厚度变化,反之亦然。目的：本研究将原发性开角型青光眼(primary open angle glaucoma, POAG)患者作为主要研究人群,利用相干光断层扫描技术(optic coherence tomography,OCT)提取受试者脉络膜组织图像信号,利用非接触式眼压计提取眼内压信号,探究有氧运动前及有氧运动后正常受试者与POAG患者眼部脉络膜厚度及眼内压力变化情况。方法：34例受试者分为两组：正常对照组(17人/17只眼)及原发性开角型青光眼组(17人/17只眼)。受试者在安静坐位休息十分钟期间完成国际身体活动问卷填写工作(International physical activity questionnaire, IPAQ),静坐十分钟后完成运动前眼内压(intraocular pressure, IOP),收缩期血压(systolic blood pressure,SBP),舒张期血压(diastolic blood pressure, DBP),心率(heart rate, HR),视野及脉络膜图像信号采集工作；进行20mmin慢跑有氧运动(每4分钟定时监测血氧饱和度及心率变化)；运动后依次进行眼压,血压,脉络膜图像信号采集工作。利用Image J软件(version1.42, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland,USA)提取脉络膜厚度信息(choroidal thickness, ChT)。通过公式计算国际身体活动问卷评分(IPAQ score),最大心率百分比(HR%max),平均动脉压(meanaterial pressure, MAP)及眼灌注压数值(ocular perfusion pressure, OPP)。运用独立样本T检验,独立样本配对T检验,箱图统计学分析方法及受试者工作特征曲线分析(receiver oprating characteristic curve, ROC曲线)对运动前后眼压,平均动脉压,眼灌注压及脉络膜厚度进行相关统计学分析。结果：1.有氧运动后对照组及POAG组患者脉络膜厚度均显著降低,差异具有统计学意义(P<0.05)；2.有氧运动后对照组及POAG组患者眼压均显著降低(P<0.05)；平均动脉压及眼灌注压均显著升高(P<0.05);3. POAG组运动后眼压,平均动脉压及脉络膜厚度波动幅度均与对照组存在统计学差异(P<0.05)；4.受试者工作曲线提示运动前后脉络膜厚度变化曲线下面积(areas under curve,AUC)为71.9%,眼压变化AUC为21.8%。脉络膜厚度变化在区分正常人及POAG患者的过程中具有中等程度分辨作用。结论：1.运动后交感神经系统兴奋性升高可能是导致脉络膜厚度降低,眼压降低及眼灌注压升高的主要原因。2. POAG患者自主神经病变可能是导致其运动后眼压,平均动脉压及脉络膜厚度波动幅度均与对照组存在显著差异的原因。3.本研究采用中等强度运动,研究结果显示,正常人主要通过提高平均动脉压增加眼部血流灌注,而运动后POAG患者主要通过降低眼内压增加眼部血流灌注。故课题组提出以下假设：在日常生活中(低,中强度运动),眼内压持续性波动幅度较正常人增加可能是部分POAG患者视功能损害不断进展的危险因素之一。如何为不同青光眼患者确定合适的运动量可能是下一步需要研究的新方向。