实验研究
应用Python编程数字化测量豚鼠角膜曲率及离心率
中华实验眼科杂志, 2023,41(8) : 724-729. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20220727-00349
摘要
目的

探索一种编程数字化技术和数学几何原理相结合对豚鼠眼球形态学参数进行量化分析的方法。

方法

选取22只3周龄清洁级雄性三色豚鼠,采用过量麻醉法处死并取出眼球,采用1 300万像素微距仪的高拍模式进行水平面及矢状面拍照,图片导入pycharm编程软件。应用Python 3.9预先编写好的分析程序,先通过刻度尺获取图片像素与实际距离的换算系数,再对角膜表面进行圆弧拟合及圆锥曲线拟合。圆弧拟合后的结果经换算后计算出豚鼠的角膜曲率半径;通过圆锥曲线通用方程拟合(Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0),得出角膜表面的离心率e值;通过对全角膜及中央区3 mm的拟合,评估角膜的非球面性质。

结果

应用Python编程数字化方法可以完整清晰地展现豚鼠的角膜轮廓。横切面上,数字化拟合中央3 mm、数字化拟合全角膜以及曲率计测量全角膜曲率比较,差异无统计学意义(F=1.693,P=0.190);矢状面上,3种方法测得的角膜曲率比较,差异有统计学意义(F=3.500,P=0.030),其中曲率计测量全角膜的角膜曲率明显大于数字化拟合全角膜,差异有统计学意义(P<0.05)。横切面和矢状面上,3种方法测得的角膜曲率半径比较,差异均无统计学意义(F=1.817,P=0.170;F=2.050,P=0.133)。离心率测量结果显示,横切面和矢状面数字化拟合中央区3 mm处e值分别为0.55±0.15和0.53±0.17,分别低于数字化拟合全角膜e值的0.66±0.10和0.64±0.14,差异均有统计学意义(t=-4.860、-5.210,均P<0.01)。

结论

应用Python编程数字化方法测量豚鼠角膜曲率及离心率切实可行。

引用本文: 邸悦, 李昕悦, 方王怡, 等.  应用Python编程数字化测量豚鼠角膜曲率及离心率 [J] . 中华实验眼科杂志, 2023, 41(8) : 724-729. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20220727-00349.
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迄今为止,我们对眼正视化机制的理解大多数是通过各种动物近视模型获取的[1,2,3,4,5,6]。准确的动物眼球生物学测量是理解正视化机制的关键因素。豚鼠因其价格便宜,性格温顺,眼球体积相对比例大,晶状体和视网膜在解剖结构、生物构成及生理功能方面均与人类及其他灵长类动物比较接近,成为目前广泛使用的视觉系统动物模型[7,8,9,10]。但豚鼠作为啮齿类动物,与人眼也存在着较大差异。目前动物研究的难点在于:使用针对人眼的仪器测量豚鼠时,由于测量结果超出人眼正常值范围,其结果常无法显示或者差异很大,极大地影响了实验的可信度。针对豚鼠的角膜曲率,Norton等[11]改良了原有测量方法,在眼前放置+8.0 D球镜,测量结果通过校正系数获取角膜曲率半径,这种方法在实际操作中需多人配合,手持豚鼠将眼球对准曲率计,测量误差较大且重复性差。为此,有研究者采用红外线光照技术研发了一款专门测量小动物眼球的曲率计,但该仪器仅能测量角膜曲率,不能测量其他眼球形态参数,如离心率、中心点和眼轴等[12,13]。另外,传统的眼球径线测量方法是用游标卡尺测量,该方式测量精度较差,且为接触式测量,测量过程中易使豚鼠眼球塌陷,严重影响结果的可信度[14]。因此,亟需一项新的技术对实验动物的眼球进行规范化测量。本研究通过python中相关的拟合函数,探索出一种数字化精准测量豚鼠角膜生物学参数的方法。

 
 
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