干眼成像技術(shù)的研究進(jìn)展

孫 鐵，石文卿，邵 毅

0引言

在臨床實(shí)踐中，對(duì)干眼癥的診斷和監(jiān)測是具有挑戰(zhàn)性的[1]。這可能是由于該疾病的多因素的性質(zhì)，以及疾病的跡象和癥狀之間的相關(guān)性較差所導(dǎo)致的[2]。目前，淚液和促炎細(xì)胞因子的相關(guān)檢測設(shè)備已廣泛應(yīng)用于臨床，有利于疾病的診斷和監(jiān)測。此外，干眼成像技術(shù)的臨床應(yīng)用能夠有效評(píng)估淚膜的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性，本文旨在綜述干眼成像技術(shù)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)。

1干涉測量

干涉測量法是指當(dāng)光線投射到角膜上時(shí)，在淚膜-水-脂質(zhì)層界面中鏡面反射產(chǎn)生的一種色彩干涉模式。自1968年由McDonald首次發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象被認(rèn)為是判定淚膜脂質(zhì)層完整性的決定因素[3]。LipiView是一種通用干涉計(jì)，其在干涉單位(ICU)中提供了淚膜脂質(zhì)層厚度(LLT)的定量值。對(duì)這些光譜的邊緣模式和顏色進(jìn)行觀察分析，其中1個(gè)ICU對(duì)應(yīng)約1nm。與健康的眼睛相比，阻塞性瞼板腺功能障礙(MGD)患眼的LLT值明顯更小，且當(dāng)出現(xiàn)視網(wǎng)膜靜脈栓塞時(shí)，LLT值與腺體損傷程度呈負(fù)相關(guān)[4]。LLT可能是眼瞼分泌物變化的標(biāo)志，有助于診斷阻塞性MGD。LLT值為75nm被認(rèn)為是識(shí)別阻塞性MGD的“門檻”(靈敏度為65.8%，特異性為63.4%)[5]。然而，年齡、性別、眼外傷病史、MGD類型等人口統(tǒng)計(jì)學(xué)因素也可能會(huì)影響LLT值[6]，故需要進(jìn)一步研究建立一個(gè)規(guī)范的數(shù)據(jù)庫以解釋其它混淆因素，進(jìn)而定義LLT值的閾值。除了LLT外，干涉性的顏色和條紋圖案也可能反映淚膜-水-脂質(zhì)層的平衡程度，并可能有助于識(shí)別干眼的亞型，在評(píng)估組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(K)時(shí)，這些顏色和圖案被分類為單調(diào)灰色、多色或灰色無定形干涉條紋，K值一般取0.90[7]。在開發(fā)LipiView系統(tǒng)之前，DR-1淚膜干涉成像儀被認(rèn)為是最有效、最復(fù)雜的商業(yè)可用系統(tǒng)。Yokoi等提出了脂質(zhì)層干涉圖像的分級(jí)方案，該方案根據(jù)分布的均勻性和淚膜干涉圖像的顏色，研究熒光染色和淚膜破裂時(shí)間之間的相關(guān)性[8]。Goto等[9]通過一種比色法量化干涉圖像，將DR-1淚膜干涉成像儀上的干擾圖樣轉(zhuǎn)換為LLT。DR-1系統(tǒng)還具有視頻捕捉能力，可以對(duì)脂質(zhì)傳播時(shí)間和模式進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并在擴(kuò)散和分布后對(duì)脂質(zhì)層的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。在健康的受試者中，脂質(zhì)傳播時(shí)間為0.36s，而在與MGD相關(guān)的淚液性脂質(zhì)缺乏的患者中，其時(shí)間為3.54s，且兩組研究對(duì)象具有不同的擴(kuò)散模式[10]。治療前后對(duì)脂質(zhì)層進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，不同治療方式也具有不同的治療效果[11]。在水液缺乏型的干眼癥中，對(duì)淚液干涉圖像的動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，淚點(diǎn)閉塞可以改善脂質(zhì)擴(kuò)散、均勻性和厚度，這表明脂質(zhì)層的狀況可能與淚液的量有關(guān)[12]。

2光學(xué)相干斷層造影

光學(xué)相干斷層造影技術(shù)(optical coherence tomography，OCT)是近10a迅速發(fā)展起來的一種成像技術(shù)。淚河測量值是診斷干眼的重要參數(shù)[13]，通過使用低相干干涉測量法可以進(jìn)行淚河值的測量，從而產(chǎn)生二維光學(xué)散射圖像[14]。時(shí)域OCT(TDOCT)測量的淚河高度(TMH)被認(rèn)為是第一個(gè)淚河參數(shù)，在干眼癥患者中測量值較低，與Schirmer試驗(yàn)結(jié)果和角膜熒光染色評(píng)分相關(guān)[15]。研究發(fā)現(xiàn)，作為淚河參數(shù)，使用低于0.30mm的淚河高度識(shí)別出干眼病的靈敏度和特異性分別為67%和81%[15]。光譜域OCT(SDOCT)光學(xué)分辨率更高、掃描速度更快，具有較好的可重復(fù)性，能夠精細(xì)測量TMH[16]。SDOCT能夠區(qū)分不同程度的干眼，并幫助人們更好地理解淚河與眼球表面的關(guān)系。干燥性干眼癥患者TMH值明顯低于非干燥綜合征干眼癥患者和健康受試者[17]。激光掃描OCT(SS-OCT)利用波長可變的激光光源發(fā)射不同波長的光波產(chǎn)生眼睛前部的三維成像[18]。與TDOCT和SDOCT相比，SSOCT能夠更快地獲得相關(guān)數(shù)據(jù)及成像深度。除了TMH和TMA外，三維成像還可以測量出淚河體積(TMV)，這三個(gè)參數(shù)都具有>95%的高組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(觀察者間信度)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，TMV、TMA和TMH檢測結(jié)果也可能因人工淚液的用量不同而有所差異，這有助于對(duì)治療后的淚液動(dòng)力學(xué)進(jìn)行定量評(píng)估[20]。OCT是一種可再生、可重復(fù)利用、非侵入性、低可變性的淚河參數(shù)評(píng)估方法，但在臨床應(yīng)用中應(yīng)考慮淚點(diǎn)位置、眼瞼孔徑、眼瞼長度、結(jié)膜等因素對(duì)檢測結(jié)果的影響[21]。

3瞼板腺成像

MGD是指瞼板腺出現(xiàn)了一種慢性、彌漫性的異常，通常是由末端管道梗阻和腺體分泌的質(zhì)/量變化引起的，干眼是導(dǎo)致腺體分泌異常的主要原因[22]。非接觸式紅外成像技術(shù)利用紅外濾光器對(duì)瞼板腺進(jìn)行二維成像，將異常結(jié)構(gòu)真實(shí)、全面地呈現(xiàn)出來。Arita等提出Meiboscore評(píng)分系統(tǒng)用于量化上下眼瞼瞼板腺脫落程度，并將腺體損失與臨床參數(shù)聯(lián)系起來[23]，該方法可重復(fù)性好，平均誤差為0.18[24]。瞼板腺的分泌能力是診斷MGD的最重要的功能指標(biāo)之一，其與瞼板腺萎縮程度呈負(fù)相關(guān)[25]。MGD患者脂質(zhì)層的缺乏會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)補(bǔ)償性反應(yīng)，即淚液的分泌量可能增加[26]。瞼板腺成像技術(shù)也能夠詳細(xì)評(píng)估瞼板腺的形態(tài)。然而，由于二維成像的性質(zhì)，紅外成像技術(shù)不能提供任何深度信息，其應(yīng)用受到了一定的限制。表皮和真皮對(duì)紅外線波長具有很強(qiáng)的吸收性和散射特性[27]，使圖像變得模糊和分散。為了解決上述問題，我們可以通過SSOCT獲得瞼板腺的三維圖像，包括紅外成像無法得到的瞼板腺和導(dǎo)管的詳細(xì)圖像。研究發(fā)現(xiàn)，腺泡的形態(tài)變化(收縮、萎縮、缺失)與瞼板腺缺失的相關(guān)性并不是很高，且瞼板腺在生理上是不對(duì)稱的，故其與MGD臨床癥狀的相關(guān)性可能主要取決于它的位置[28]。關(guān)于瞼板腺成像的最新研究結(jié)果表明，在對(duì)MGD進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)對(duì)瞼板腺的檢測結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)的檢查對(duì)比分析，將OCT檢查結(jié)果作為唯一的診斷方法并不十分可靠。

4非侵入性淚膜破裂時(shí)間

首次淚膜破裂時(shí)間(FTBUT)是評(píng)估淚膜不穩(wěn)定性的臨床試驗(yàn)之一，盡管應(yīng)用廣泛，但其不能同時(shí)評(píng)估角膜的撕裂程度。此外，熒光素的使用可能導(dǎo)致角膜反射性撕裂，評(píng)估的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性均不理想[29]。為了克服這一難題，研究者引入了“非侵入性淚膜破裂時(shí)間”這一方法，其通過Placido盤測量可視圖像反映淚膜完整性的變化[30]。目前，用于分析淚膜穩(wěn)定性的分布系統(tǒng)具有多種算法。非侵入性首次淚膜破裂時(shí)間(NITBUTf)是指儀器對(duì)焦后，患者充分眨眼2次并注視中心紅色固視點(diǎn)，盡可能保持睜眼狀態(tài)，直至下一次眨眼為止所用時(shí)間。平均淚膜破裂時(shí)間(NITBUTavg)代表整個(gè)角膜的淚膜破裂時(shí)間(TFBUT)的平均水平[31]。此外，研究發(fā)現(xiàn)基于角膜功率的變化計(jì)算的硝酸鈉的含量與眼表面疾病指數(shù)(OSDI)得分相關(guān)[32]。

5熱成像

熱成像是一種測量物體表面溫度的非侵入性技術(shù)。最初的設(shè)計(jì)是為了檢測皮膚溫度的變化，現(xiàn)在可用于探測淚膜蒸發(fā)導(dǎo)致的眼表溫度變化。紅外熱成像技術(shù)利用紅外熱成像儀測量從眼睛表面或眼周內(nèi)表面發(fā)射的紅外輻射的數(shù)量。角膜表面溫度在健康人中不會(huì)發(fā)生變化，故其最能反映淚膜的性質(zhì)和穩(wěn)定性[33]。干眼可導(dǎo)致淚膜不穩(wěn)定，增加液體蒸發(fā)，從而使眼球表面溫度降低[34]。當(dāng)角膜頂點(diǎn)的眼表溫度變化以每10s作為1個(gè)周期，被用作1個(gè)參數(shù)時(shí)，它的靈敏度為83%，特異性為80%。研究證實(shí)，眼表溫度的降低與淚膜破裂時(shí)間具有顯著的相關(guān)性[35]。角膜的差異區(qū)、淋巴溫度差異、結(jié)膜溫度差異等指標(biāo)則被用于區(qū)分健康的受試者和干眼癥患者[36]。隨著研究的深入，靜態(tài)的眼表溫度變化測量值在鑒定干眼癥方面比動(dòng)態(tài)計(jì)量值具有更強(qiáng)的說服力[37]。阻塞性MGD患者上下結(jié)膜的溫度均較低，這會(huì)增加瞼脂的黏度，導(dǎo)致阻塞性增強(qiáng)[38]。未來的研究需要闡明，結(jié)膜溫度的降低是否是由于血流量的減少而造成的。除了作為一種非侵入性的干眼篩查工具外，在對(duì)MGD患者進(jìn)行眼瞼溫?zé)嶂委熀?，利用傅里葉光譜、分形維數(shù)和gre層次共生矩陣的特殊基準(zhǔn)熱成像圖像紋理特征可以預(yù)測癥狀的發(fā)展趨勢(shì)。

6波前像差儀和視網(wǎng)膜成像技術(shù)

臨床觀察發(fā)現(xiàn)，部分干眼癥患者經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)視物模糊，視覺波動(dòng)和眩光等癥狀?？諝?淚膜界面是眼睛的第一個(gè)光學(xué)表面，具有較高的光折射能力，因此其不規(guī)則性對(duì)光學(xué)質(zhì)量有較大的影響。干眼癥患者的淚膜有缺陷或不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致局部淚膜厚度發(fā)生不均勻性變化，即像差和散射，二者也是人眼視覺退化的主要因素。

像差是由前后角膜平面或角膜前淚膜不規(guī)則散光引起的。通過測量視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞(球鏡和柱鏡)的視覺靈敏度可以檢測出低階的異常，但是需采用哈特曼波前測試儀等傳感器才能評(píng)估和量化高階像差(HOAs)。HOAs通過擴(kuò)大Zernike多項(xiàng)式，在中央角膜上進(jìn)行了6次分析。Zernike系數(shù)中，均方根(RMS)代表波前像差，S3、S4、S5和S6分別是三階、四階、五階和六階Zernike系數(shù)的均方根，進(jìn)而計(jì)算出像差(S3+S5)、球鏡像差(S4+S6)和總HOAs(S3+S4+S5+S6)。干眼癥患者的像差在頻繁眨眼后明顯提高，而HOAs的這種變化與OSDI評(píng)分和淚膜破裂時(shí)間相關(guān)[39]。相比淚膜破裂之前，無論瞳孔大小、彗形像差、球徑或總HOAs如何，淚膜破裂之后HOAs都會(huì)明顯增加[40]。有研究發(fā)現(xiàn)，淚膜不穩(wěn)定患者眨眼后HOAs呈上升曲線，并隨著時(shí)間的推移而不斷增加。這類患者眨眼后馬上就會(huì)有一個(gè)良好的視網(wǎng)膜圖像，但是圖像的質(zhì)量會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷下降。而與缺乏治療的患者相比，由于淚液量較低，HOAs數(shù)值持續(xù)偏高，形成了受損的模擬視網(wǎng)膜圖像，甚至?xí)⒓闯霈F(xiàn)眨眼的行為[41]。

采用波前傳感器對(duì)HOAs進(jìn)行量化是一種十分有效、客觀的方法，可用于評(píng)價(jià)淚膜功能障礙的光學(xué)質(zhì)量的連續(xù)變化。然而，其忽略了散射的存在，并且可能過高評(píng)估了光學(xué)質(zhì)量。散射可以分為前向光散射(朝向視網(wǎng)膜)和反向散射(散射在角膜上)。由前向光散射產(chǎn)生的光亮度可導(dǎo)致眩光。角膜后散射與角膜的透明度降低有關(guān)。與視覺上的障礙相比，前向光散射相對(duì)較少。視網(wǎng)膜成像技術(shù)是基于一個(gè)點(diǎn)光源在視網(wǎng)膜雙向反射后，通過目鏡媒體評(píng)估并記錄散射指數(shù)(OSI)，衡量光散射，由于其是通過不同的眼部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量，所以得到的數(shù)據(jù)并非使用傳統(tǒng)波前像差測量可獲得[42]。研究發(fā)現(xiàn)，較高的OSI與更大的光散射和較低的視覺質(zhì)量相關(guān)[43]。OSI變化及其變化率與干眼的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，也與淚膜不穩(wěn)定性和角膜染色評(píng)分有關(guān)[44]。此外，進(jìn)一步研究證實(shí)，角膜后散射與干眼患者視網(wǎng)膜圖像具有一定的相關(guān)性。光學(xué)降解會(huì)對(duì)駕駛時(shí)視覺表現(xiàn)等情況產(chǎn)生影響，如道路中許多目標(biāo)被忽略，遭遇突發(fā)狀況時(shí)反應(yīng)時(shí)間也會(huì)增加，而反應(yīng)時(shí)間與HOAs的變化有關(guān)[45]。干眼患者滴入人工淚液后，HOAs和光散射都有一定程度的改善[46]。光學(xué)特性的測量使我們能夠更好地分析人工淚液對(duì)治療后的HOAs和光散射的影響。

7活體共聚焦顯微鏡

活體共聚焦顯微鏡(IVCM)是一種非侵入性的眼部成像技術(shù)，能夠?qū)ρ郾砩掀ぜ?xì)胞、免疫及炎癥細(xì)胞、角膜神經(jīng)、角膜基質(zhì)細(xì)胞以及瞼板腺結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。當(dāng)光源和目標(biāo)透鏡聚焦于一個(gè)小的有限區(qū)域時(shí)，共焦顯微鏡能產(chǎn)生一個(gè)由孔徑大小、放大率和工作距離所決定的焦距，這就提供了一種與組織學(xué)分析類似的分辨率，作為一種實(shí)時(shí)的非侵入性工具對(duì)眼部表面進(jìn)行細(xì)胞水平的研究。IVCM可用于分析眼睛表面的形態(tài)功能單位。干燥性角結(jié)膜炎患者與健康人的角膜上皮細(xì)胞密度、結(jié)膜炎癥細(xì)胞密度和眼瞼邊緣上皮細(xì)胞密度不同[47]。與健康人相比，干燥性角結(jié)膜炎患者基底角膜神經(jīng)發(fā)生了明顯的變化(低密度，彎曲度、珠狀和寬度增加)，上述結(jié)構(gòu)與功能的改變和干眼的嚴(yán)重程度有關(guān)[48]。基底神經(jīng)改變可能是一種由組織損傷引起的基底神經(jīng)代謝活躍的特征，其是由組織損傷引起，而組織損傷是干眼癥病理機(jī)制的一部分[49]，這也為神經(jīng)營養(yǎng)方法用于治療干眼癥提供了理論基礎(chǔ)[50]。治療后出現(xiàn)的反應(yīng)也因患者基底神經(jīng)長度的差異而有所不同。據(jù)調(diào)查，只有那些基底神經(jīng)長度改變不大的患者，經(jīng)過治療后臨床癥狀有所改善[51]。隨著干眼發(fā)展程度的加深，形態(tài)變化不僅局限在眼表，而且中央角膜內(nèi)皮細(xì)胞密度顯著降低，這些都與干眼發(fā)展的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[52]。這一觀察結(jié)果背后的原因仍有待研究，但就目前研究結(jié)果來看，這些結(jié)構(gòu)變化可能是由于一個(gè)共同的炎癥途徑導(dǎo)致的，也有可能是基底神經(jīng)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的功能進(jìn)行了一定程度的調(diào)節(jié)，因?yàn)榛咨窠?jīng)密度降低會(huì)加速內(nèi)皮細(xì)胞的喪失[53]。IVCM還可以用于區(qū)分干眼的不同亞型，在這些亞型中，水液缺乏型患者角膜的突狀細(xì)胞密度高于蒸發(fā)型。這些變化可能反映了干眼癥復(fù)雜的發(fā)病機(jī)制中存在的免疫和炎癥活動(dòng)。與紅外線和OCT相似，IVCM可以提供高分辨率瞼板腺成像，還可以提供如瞼板腺腺泡單位密度(MGAUD)、瞼板腺腺泡最長直徑(MGALD)和瞼板腺腺泡最短直徑(MGASD)以及炎癥細(xì)胞密度等參數(shù)。MGAUD、MGALD、MGASD和炎性細(xì)胞密度的閾值分別為70單位/mm2、65μm/mm2、25μm/mm2、300個(gè)/mm2。IVCM還能顯示眼表疾病中可辨認(rèn)的瞼板腺特征，這些特征不易區(qū)分于其它瞼板成像技術(shù)，如干燥綜合征患者存在無擴(kuò)張形態(tài)學(xué)改變的腺周炎癥改變，而MGD患者則存在腺體阻塞和擴(kuò)張的征象[54]。

8總結(jié)與展望

綜上所述，干眼成像技術(shù)的進(jìn)展使我們能夠客觀地對(duì)干眼相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行可重復(fù)測量，利用獲得的信息進(jìn)一步加深對(duì)干眼發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)。對(duì)于這些新穎的研究技術(shù)，目前仍需要經(jīng)過進(jìn)一步的研究才能證明它們的可靠性和穩(wěn)定性。以往多數(shù)研究都評(píng)估了臨床干眼測試與患者的癥狀之間的相關(guān)性，雖然不同的測量方法可以反映相同的淚膜特性，但是很少有研究對(duì)其進(jìn)行比較。干眼成像技術(shù)主要針對(duì)的是淚膜的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，具有非侵入性、可重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)，且得到的數(shù)據(jù)更加客觀。但一些成像技術(shù)作為超聲的光學(xué)模擬品，所獲得的結(jié)果是否會(huì)受到光源的相干特性影響等諸多問題仍有待于進(jìn)行深入的研究。成像技術(shù)的研究前景廣闊，未來對(duì)于成像技術(shù)的研究應(yīng)不斷地改進(jìn)提升，從而能更深入地觀察干眼的特點(diǎn)及變化，如果將這些儀器應(yīng)用于臨床實(shí)踐中，它們能夠大大提高診斷水平，并有助于客觀評(píng)估治療反應(yīng)，在干眼的早期診斷以及治療新方法的研究中發(fā)揮重要作用。