光學相干斷層掃描血管成像在DR中的診療進展

蘇 筠，胡仔仲，袁冬青，袁松濤，劉慶淮

0引言

糖尿病所引起的并發(fā)癥與機體內(nèi)許多血管性疾病相關，阻礙了系統(tǒng)內(nèi)的微循環(huán)功能[1]。其中糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是眼部最嚴重的并發(fā)癥。長期高血糖是導致DR的直接原因，其損害了視網(wǎng)膜毛細血管，引起毛細血管的滲漏和閉塞，最終形成晚期視網(wǎng)膜新生血管(retinal neovascularization，RNV)的眼底改變。DR引起的視力下降是中老年人群致盲的主要原因之一[2]。有研究表明，我國20歲以上人群中糖尿病患者已經(jīng)超過9 200萬人，是目前糖尿病患者人數(shù)較多的國家[3]。臨床上主要依據(jù)檢眼鏡檢查、眼底照相、光學相干斷層掃描成像(OCT)、眼底熒光素血管造影(FFA)來評估糖尿病患者眼底血管特征的病情程度[4]。DR早期發(fā)生的主要部位多位于深層毛細血管層(deep capillary plexus，DCP)[5]，早期的發(fā)現(xiàn)可以預防或者延緩視力的惡化，避免失明。

近年來光學相干斷層掃描血管成像(optical coherence tomography angiography，OCTA)在DR的研究中不斷有新的研究成果。我們搜索了近5a內(nèi)在Pubmed發(fā)表的文章，并以“optical coherence tomography angiography OR OCTA OR Angio-OCT OR OCT Angiography”AND “diabetic retinopathy OR diabetes OR DR OR diabetes mellitus”作為關鍵詞，發(fā)現(xiàn)近5a來文章增長迅速(2014年1篇，2015年13篇，2016年28篇，2017年41篇，2018年50篇，圖1)。因此我們以2018-11-06為時間節(jié)點，歸納總結了近5a內(nèi)的相關研究，從微動脈瘤(microaneurysms，MAs)、視網(wǎng)膜缺血(retinal ischemia)和RNV等幾個方面闡述OCTA在DR中的最新研究進展。

圖1 DR于5a內(nèi)在OCTA的相關發(fā)文數(shù)量。

1 Angio OCT原理

OCT技術是近年來在眼科影像學領域中發(fā)展最迅速的一項革命新技術，無需組織切片即可無創(chuàng)地觀察到眼部組織結構的橫斷面。自1991年Huang等[6]發(fā)明了第一代OCT開始，不斷地改進掃描速度、提高分辨率。OCTA是一種源于結構OCT基礎上的血管成像技術，有更快的掃描速度和三維立體成像的優(yōu)勢。目前的商用OCTA算法主要分為全頻譜帶幅度法、分頻幅去相關血管成像(SSADA)、OCT血流成像比率分析(OCTARA)以及光微血管成像(OMAG)，其中較為常見的ZEISS Angio P1ex及Nidek Angio Scan均采用OMAG算法，Optovue Angio vueTMOCTA采用SSADA算法，Topcon Triton SS OCT AngioTM采用OCTARA算法[7]。以Optovue Angio vueTMOCTA系統(tǒng)為例，它是基于分光譜幅度去相關血管造影(split-spectrum amplitude-decorrelation angiography，SSADA)算法，在同一橫斷面采集幾個連續(xù)的B掃描，可視化地觀察紅細胞運動和檢測眼底血管中的血流變化[8]，能夠高分辨率地呈現(xiàn)出視網(wǎng)膜所有血管層的血流圖像，提供重要的眼部結構信息。此外，OCTA中的en face模式可以將三維血流圖像可視化地轉換為視網(wǎng)膜各層的二維血流圖像，經(jīng)過軟件自動分層后分為淺層毛細血管叢(superficial capillary plexus，SCP)、深層毛細血管叢(DCP)和脈絡膜毛細血管叢(choroid capillary plexus)。還可以通過手動調(diào)節(jié)來矯正軟件參考層面，從而獲得特定深度的截面圖。當觀察界面調(diào)整至玻璃體層面之間時，可以清晰地觀察到增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)患者的RNV。OCTA是一種客觀、定性、定量的檢查技術，操作簡單，有利于患者更快速地進行檢查，便捷地追蹤病情發(fā)展變化，提供客觀的疾病評估。

2 OCTA檢測微動脈瘤

DR早期的病理改變是周細胞的喪失和內(nèi)皮細胞的增殖，導致血管壁變?nèi)鹾笮纬蒑As[9]。MAs的滲漏常引起黃斑水腫(DME)，在OCTA上能觀察到囊狀、梭形的血管擴張[10]，是造成與DR相關視力喪失的常見原因[11]。Ishibazawa等均比較了MAs分別在FFA與OCTA的特征，發(fā)現(xiàn)在OCTA上只能觀察到FFA所能觀察到的約一半的MAs，并且大部分位于DCP和視網(wǎng)膜無灌注區(qū)(retinal nonperfusion areas，RNPAs)，說明FFA在檢測MAs方面比OCTA更敏感[10,12-14]。隨后2017年Parravano等[15]對16例無DME的非增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(non-proliferative diabetic retinopathy，NPDR)患者行OCTA和SD-OCT檢查，結果發(fā)現(xiàn)OCTA在低反射率MAs中檢出率較SD-OCT低下。OCTA上探及的MAs(56.3%)大多數(shù)是孤立的，主要位于DCP中，高反射率MAs更容易在DCP上被檢測到[15]。基于以往的研究報道，SSADA算法很難檢測到低于0.3mm/s的血液流速，對該結果的一種解釋可能是在SD-OCT上出現(xiàn)低反射率的MAs可能低于OCTA中所能檢測到最小血液流速的閾值[16]。另一種可能原因是，MAs只含有血漿而不含紅細胞，導致在OCTA中不具有反射性。但是，OCTA相較于FFA具有無創(chuàng)性、重復性好的優(yōu)勢，在高反射率的MAs檢出和臨床應用中意義重大。2018年Parravano等[17]利用SD-OCT和OCTA對NPDR患者中的MAs進行1a的隨訪觀察，研究發(fā)現(xiàn)127個MAs中有89個(70%)在SD-OCT上仍然可以觀察到，其中18%的低反射率MAs與66%的高反射率MAs在1a內(nèi)出現(xiàn)了視網(wǎng)膜外液積聚的表現(xiàn)。因此，高反射率MAs更容易引起DME的發(fā)生，數(shù)量越多，疾病進展的風險越高。利用OCTA在DR患者中觀察到的MAs特征，可以更好地評估患者視力預后和療效。

3 OCTA檢測視網(wǎng)膜缺血

3.1黃斑中心凹無血管區(qū)健康眼中黃斑中心凹無血管區(qū)域(foveal avascular zone)稱為FAZ。Shahlaee等[18]觀察到在健康人群中，隨著年齡增長，黃斑區(qū)血管密度逐漸下降。Di等[19]使用OCTA對糖尿病患者、無DR的糖尿病患者與DR患者進行FAZ的面積、垂直半徑(vertical radius，VR)和水平半徑(horizontal radius，HR)的分析。研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者在FAZ的面積、VR和HR相較于健康眼更大，并且隨著DR病程加重，F(xiàn)AZ面積也逐漸擴大。另一方面，無DR的糖尿病患者FAZ面積大于健康眼，其余方面并無明顯差異。臨床工作中，我們可以應用OCTA來量化糖尿病患者在FAZ的異常變化，便于日后隨訪觀察。Hwang等[20]和Samara等[21]使用OCTA量化DR患者的淺層和深層視網(wǎng)膜血管密度，與正常對照組相比均有明顯的降低。此外，DR患者的FAZ面積均大于健康對照組。Samara等[21]還觀察到無DME時，DR患者的FAZ面積以及黃斑部血管密度與視力有明顯相關性，有助于我們早期發(fā)現(xiàn)糖尿病患者視網(wǎng)膜微血管改變。Goudot等[22]利用OCTA對22例無DR的糖尿病患者進行定量分析，測量FAZ面積、旁中心凹血管密度(parafoveal vessel density，PRVD)及SCP到DCP之間的FAZ面積，結果發(fā)現(xiàn)無DR的糖尿病患者與非糖尿病對照組相比在定性和定量方面無統(tǒng)計學意義。Mastropasqua 等[23]利用OCTA測量在DR不同時期的FAZ區(qū)域及PRVD，結果發(fā)現(xiàn)無論是淺層或深層毛細血管網(wǎng)，晚期NPDR和PDR與健康眼對比FAZ均明顯增大， PRVD與健康眼相比差異有統(tǒng)計學意義[23]。隨著病程進展，SCP和DCP的FAZ區(qū)域逐漸增加，PRVD逐漸減少，還證明了OCTA在測量FAZ區(qū)域和PRVD具有高重復性。La Mantia等[24]利用FFA與SS-OCTA同時測量DR患者的FAZ面積，測量結果為，F(xiàn)AZ在FFA與OCTA(3mm×3mm、4.5mm×4.5mm)的面積分別為0.695mm2與0.627mm2、0.701mm2，相關性分析后發(fā)現(xiàn)FFA與OCTA在檢測FAZ上具有很高的一致性。綜上，OCTA可以定量測量不同DR時期的視網(wǎng)膜各層的毛細血管密度和FAZ面積，為DR的病情進展提供一個很好的分級，相較于主觀評估DR分期的眼底圖像和有創(chuàng)的FFA檢查，OCTA顯得更加客觀并且無創(chuàng)，其在定性和定量檢測DR方面的重復性更好。

3.2糖尿病黃斑區(qū)缺血有研究認為糖尿病黃斑區(qū)缺血(diabetic macular ischemia，DMI)患者往往比具有正常視網(wǎng)膜灌注的糖尿病患者更早出現(xiàn)RNV等晚期并發(fā)癥[25]。Bradley等[26]和Cennamo等[27]根據(jù)ETDRS標準評估視網(wǎng)膜毛細血管叢的圖像，均發(fā)現(xiàn)FFA和OCTA在評估DMI分級結果上有較好的一致性，表明OCTA在量化DMI和觀察DR疾病進展方面的適用性。然而，La Mantia等[24]應用SS-OCTA和FFA檢查對21例41眼糖尿病患者進行檢查，結果發(fā)現(xiàn)FFA在DMI分級比SS-OCTA更一致。可能的原因為，相較于FFA而言OCTA掃描波長更長，更適合用于SCP的檢測。未來還需要更大的樣本量來確定OCTA在評估DMI的可靠性及其與FFA之間的一致性。

3.3視網(wǎng)膜無灌注區(qū)視網(wǎng)膜毛細血管無灌注是DR增殖前期特征。Couturier等[14]利用OCTA與FFA檢測DR患者在淺層與深層的無灌注區(qū)，在SCP中OCTA能觀察到FFA上未檢測到的RNPA，在DCP中只有35%(7/20)的眼睛可見RNPA。OCTA對評估淺層RNPA的準確性較FFA更好，可以進一步研究DR不同時期的眼底灌注情況，檢測疾病進展。Agemy等[28]使用OCTA觀察NPDR和PDR各期患者在SCP、DCP和脈絡膜層的毛細血管灌注密度(CPD)，觀察范圍采用3mm×3mm及6mm×6mm，研究發(fā)現(xiàn)，與健康眼相比，無論是哪一時期的DR患者，OCTA上SCP、DCP及脈絡膜層的CPD均降低[28]，CPD的指標與DR病情程度的相關性或許可以成為監(jiān)測DR疾病進展指標之一。Dodo等[29]利用OCTA和OCT分析69例101眼DR患者，分析SCP和DCP的無灌注區(qū)域的橫向長度，發(fā)現(xiàn)DCP無灌注區(qū)的橫向長度與內(nèi)核層(INL)或Henle纖維層的囊腔長度相關，說明OCTA對于評估SCP和DCP在RNPAs方面的可行性。未來我們還需要更多的研究來證實DR患者無灌注區(qū)域的參數(shù)在臨床實踐中的適用性。

3.4糖尿病視乳頭灌注既往的研究報道在無DR的糖尿病患者中視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(RNFL)厚度相較于正常人降低[30]。Cao等[31]應用OCTA對60例無DR糖尿病患者進行視乳頭(optic nerve head，ONH)血流灌注變化分析，發(fā)現(xiàn)無DR的糖尿病患者在視乳頭及其周圍的血流密度均低于正常人(P<0.05)，并且視乳頭周圍的鼻側RNFL厚度也低于正常人。該作者認為視乳頭的微循環(huán)改變可能更早于視乳頭周圍神經(jīng)纖維層的改變。此外，Li等[32]利用OCTA對無DR的糖尿病患者44眼進行分析，發(fā)現(xiàn)視盤內(nèi)的毛細血管密度相較于正常人有顯著的下降(P=0.003)。該作者認為可以通過OCTA檢測視乳頭血管密度變化來分析早期無DR的糖尿病患者在視網(wǎng)膜微循環(huán)上的損害，這對于我們?nèi)绾问褂肙CTA有所啟發(fā)。

4 OCTA檢測視網(wǎng)膜新生血管

PDR的臨床表現(xiàn)為視網(wǎng)膜長期的缺血缺氧和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的異常激活，最終導致異常新生血管網(wǎng)發(fā)生。Choi等[33]利用SS-OCTA清晰地觀察到RNV邊緣，可以清楚地辨別新生血管形成區(qū)域在抗VEGF或視網(wǎng)膜激光光凝后范圍縮小，有利于日后對新生血管縮小區(qū)域進行隨訪觀察。Pan等[34]利用OCTA血管成像特點，將75眼患者的RNV圖像分為三種類型：類型1來源于靜脈，似樹枝狀(32眼，43%)；類型2來源于毛細血管，似章魚狀(30眼，40%)；類型3來源于無灌注區(qū)，似海扇狀(13眼，17%)。OCTA可以很好地識別PDR時期新生血管形成的起源與形態(tài)。RNV形態(tài)的分類有助于更好地指導我們了解DR在病理生理方面的機制和治療措施[34]。

視盤新生血管(neovascularization of the optic disc，NVD)通常位于視乳頭上和視乳頭周圍，屬于PDR增生早期(Ⅳ期)。Savastano等[35]通過FFA確診了10眼NVD患者，進行FFA與OCTA比較后發(fā)現(xiàn)OCTA可以更清晰地觀察到NVD的形態(tài)、發(fā)生位置、數(shù)量和大小，這是相比于FFA所沒有的功能，能夠更好地將NVD可視化。

5脈絡膜毛細血管灌注

視網(wǎng)膜外層通過視網(wǎng)膜和脈絡膜血管獲得營養(yǎng)，睫狀后短動脈在Haller層和Sattler層中的血管分叉處進入脈絡膜毛細血管層，起到提供視網(wǎng)膜外層營養(yǎng)的作用。Farkas等[36]已經(jīng)證實，在組織病理學切片上發(fā)現(xiàn)的糖尿病患者的脈絡膜毛細血管中的無灌注區(qū)，該結果同樣可以在OCTA上觀察到。Cole等[37]采用OCTA、en face、OCT和眼底照相相結合的方法分析了8例DME患者的28處激光光凝后瘢痕。該作者對視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)、脈絡膜和絨毛膜毛細血管層的改變進行評分，并將OCTA上檢測到脈絡膜毛細血管層的改變歸類為DCP，反之則歸類為SCP，最終有13處為SCP，15處為DCP[37]。因此，OCTA能夠具體地評估脈絡膜毛細血管層的變化。Agemy等[28]和Conti等[38]均使用OCTA定量分析糖尿病患者的脈絡膜CPD，結果發(fā)現(xiàn)與健康眼相比，NPDR和PDR的眼睛顯示出脈絡膜CPD減少，并且Conti等還發(fā)現(xiàn)無DR的糖尿病患者的DCP與健康眼相比未顯示出顯著的統(tǒng)計學差異。Wang等[39]使用SS-OCTA對DR患者的眼睛進行了脈絡膜CPD和體積的測量，還計算了黃斑區(qū)域(6mm×6mm)脈絡膜毛細血管所占百分比，研究發(fā)現(xiàn)脈絡膜CPD和體積在DR的晚期明顯降低。CPD可以反映脈絡膜血管網(wǎng)的完整性，作為評估和監(jiān)測糖尿病眼部疾病進展的指標。

6 OCTA的研究前景

OCTA作為一項新興技術，仍然處于探索階段，目前仍存在一些局限性：(1)掃描范圍有限：隨著OCTA軟件的改良，在保證原有圖像清晰度上擴大了掃描區(qū)域，但在目前的商業(yè)設備上，檢查視野仍小于FFA[40-41]、超廣角眼底熒光造影(UFFA)[42]和超廣角眼底成像[43]技術；(2)軟件自動分割視網(wǎng)膜結構分層仍存在缺陷：目前視網(wǎng)膜層間分割方法和定義并沒有統(tǒng)一標準化，研究者只能依據(jù)研究內(nèi)容來主觀調(diào)整觀察橫斷面，這可能是造成研究之間存在差異的原因；(3)血流投射的偽影導致一定深度血管結構判斷誤差：雖然商業(yè)OCTA設備能夠進行運動校正和眼動追蹤，運動偽影仍然可以顯著影響數(shù)據(jù)的可用性和質(zhì)量；(4)檢測到的最低血流信號有限：部分血流信號過低的血管很難被OCTA探及，影響我們對于疾病治療的判斷。

OCTA提供了高分辨率、視網(wǎng)膜深層的血流信息，無創(chuàng)地將MAs、視網(wǎng)膜缺血、RNV等臨床表現(xiàn)可視化，還可以很好地檢測到無DR的糖尿病患者微循環(huán)的變化。OCTA無熒光染料滲漏的干擾，可以清晰地反映到PDR患者新生血管區(qū)域的結構和形態(tài)走向。盡管OCTA成像上還存在某些缺陷，但我們相信在未來仍然有很大的發(fā)展前景，可以給我們提供更多的診療信息。