OCTA觀察斜視手術(shù)前后虹膜血流變化的研究

邵婉瑜 馬波 季家利 趙展琳 劉嫣 羅敏 沈勤

相干光層析血管成像術(shù)(optical coherence tomography angiography，OCTA)是一種非侵入性的新型血流成像技術(shù)，多用于獲取視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜的血流影像，在糖尿病視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜靜脈阻塞、年齡相關(guān)性黃斑變性等疾病的診斷和治療中起著重要的作用[1]。與傳統(tǒng)相干光層析成像術(shù)(optical coherence tomography,OCT)相比，OCTA具有分辨率更高、掃描速度更快、量化血流等優(yōu)點(diǎn)，不僅能夠更精確地定性分析眼部血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)，更重要的是能夠無(wú)創(chuàng)性定量測(cè)量眼部血管及血流灌注，同時(shí)還能對(duì)病變深度進(jìn)行評(píng)估。近年來(lái)，已有的OCTA設(shè)備正逐步被運(yùn)用到角膜、結(jié)膜、虹膜等眼前節(jié)的研究中，并呈現(xiàn)出一定的臨床應(yīng)用價(jià)值[2]。

眼前節(jié)血液動(dòng)力學(xué)的改變是斜視醫(yī)師十分關(guān)注的問題，眼前節(jié)缺血(anterior segment ischemia，ASI)是斜視手術(shù)后一種罕見但可能威脅視力的并發(fā)癥，表現(xiàn)為角膜水腫、前房滲出或前房積血，多數(shù)的眼前節(jié)缺血會(huì)在數(shù)周或數(shù)月消退，但是之后會(huì)出現(xiàn)虹膜萎縮和瞳孔變形。斜視手術(shù)后發(fā)生眼前節(jié)缺血的危險(xiǎn)因素包括高齡、既往眼外肌手術(shù)史、免疫力低下以及由糖尿病或高血壓引起的血管病變，其中，手術(shù)肌肉的數(shù)量是最重要的，一只眼在一次手術(shù)中截?cái)?條以上肌肉，影響患者眼前節(jié)血供的風(fēng)險(xiǎn)將顯著增加。目前，臨床上僅限于使用熒光素或吲哚菁綠的裂隙燈攝影或血管造影技術(shù)等有創(chuàng)性檢查來(lái)對(duì)眼前節(jié)血管進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)，斜視手術(shù)對(duì)虹膜局部血供變化的影響還缺乏比較客觀定量的評(píng)估方法。防止眼前節(jié)缺血的最佳方法是預(yù)防，因此手術(shù)前對(duì)眼前節(jié)的關(guān)注至關(guān)重要，針對(duì)高?；颊撸瑧?yīng)制定手術(shù)計(jì)劃，盡量減少眼前節(jié)缺血發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

在本研究中，我們用OCTA采集患者虹膜的血流圖像，來(lái)嘗試分析斜視手術(shù)前后的變化，以評(píng)估斜視手術(shù)后發(fā)生ASI風(fēng)險(xiǎn)較高的患者。

資料與方法

一、對(duì)象

選擇從2019年1～3月就診于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院眼科接受手術(shù)治療的斜視患者，且研究對(duì)象符合如下的納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)眼科檢查，診斷為斜視；(2)具備斜視矯正手術(shù)指征；(3)對(duì)研究知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者眼球震顫，無(wú)法控制眼位；(2)患者固視配合差。

本研究遵循《赫爾辛基宣言》的原則，向參加研究的受試者告知研究目的，并獲得了所有受試者的知情同意，由于該研究的觀察性質(zhì)，不需要臨床試驗(yàn)注冊(cè)。

二、檢查方法

所有受試者的圖像均由同一個(gè)經(jīng)過培訓(xùn)的操作者(WY)在同一環(huán)境亮度下采集，用掃頻OCT(Triton Prototype DRI-OCT，拓普康，日本)獲得，入選的患者在手術(shù)前后均采集了虹膜OCTA圖像。

檢查前將屈光度補(bǔ)償鏡片設(shè)定為(+)，在前額托上安裝前節(jié)附件，讓受試者前額緊貼前節(jié)附件，調(diào)整桌椅的高度，讓受試者能輕松地將頜放在頜托正中，并且內(nèi)外眥連線與眼角高度標(biāo)志齊平。使用“黃斑血流”模式進(jìn)行圖像采集，為了增加虹膜血流信號(hào)強(qiáng)度以及避免角膜的偽影，將OCTA的橫向掃描(B掃描)翻轉(zhuǎn)到零延遲線上，以虹膜和角膜“倒置”的方式來(lái)獲取虹膜血流圖像，由于系統(tǒng)的默認(rèn)焦點(diǎn)是視網(wǎng)膜，因此關(guān)閉自動(dòng)對(duì)焦功能，必須手動(dòng)調(diào)整焦距。操作過程中要求患者睜大眼睛，盯住機(jī)器內(nèi)注視光標(biāo)的中心，操作者在包含瞳孔區(qū)或角膜緣(上、下、顳和鼻)的4個(gè)象限中進(jìn)行6×6 mm(320×320像素)的掃描，其中以每秒光學(xué)縱向分辨率8 μm和橫向分辨率20 μm進(jìn)行100,000次縱向掃描(A掃描)。

系統(tǒng)自帶的內(nèi)部軟件IMAGEnet6(1.22版，拓普康，日本)自動(dòng)處理了所有掃描，以減少由橫向掃描和殘余縱向運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的偽影。在IMAGEnet6中手動(dòng)拉動(dòng)分割線，將整個(gè)虹膜囊括進(jìn)去，來(lái)得到所需要虹膜血流圖像。

所有斜視矯正手術(shù)均由同一名有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師(SQ)完成。所有手術(shù)的入路都是穹隆部結(jié)膜切口。

三、圖像分析方法

把圖像導(dǎo)入ImageJ軟件(1.52a版，國(guó)立衛(wèi)生研究院，美國(guó))中用于分析，將每個(gè)RGB圖像轉(zhuǎn)換為8位灰度值，選中自己感興趣的包含瞳孔緣及虹膜根部的區(qū)域(regions of interest，ROI)，截取均為100×105像素大小的ROI(圖1)。使用對(duì)比度局部自適應(yīng)閾值的方法，將最白的像素賦值為255，最黑的像素的灰度值為0，整個(gè)圖像各個(gè)像素的灰度值分布在0到255的區(qū)間中，測(cè)量出單位面積含有的灰度值(表2)。

表2 斜視患者手術(shù)前后各象限區(qū)域ROI內(nèi)的灰度值

圖1 患者3右眼斜視矯正手術(shù)前后的虹膜OCTA圖像，A、B示術(shù)前，B、C示術(shù)后一周，可以清楚地看到虹膜血管呈環(huán)繞瞳孔的“迂曲狀”放射，未發(fā)現(xiàn)明顯的術(shù)后血管充盈缺損

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法

使用GraphPad Prism(8.4.0版)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使用描述性統(tǒng)計(jì)用于總結(jié)患者的基本信息特征，所有數(shù)據(jù)均使用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation，SD)，使用配對(duì)t檢驗(yàn)來(lái)比較手術(shù)前后灰度值，即虹膜血流的變化，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

此次觀察研究共有34名受試者，包括了21名女性，13名男性，平均年齡(37.24±13.61)歲，所有患者均能通過OCTA觀察到虹膜血管。其中10位(12只眼)的虹膜血管成像清晰滿意，年齡21～66歲，平均年齡(39.9±13.38)歲，這10名患者均無(wú)糖尿病或高血壓史，其中1人有斜視手術(shù)史。10名患者本次斜視手術(shù)的方式包括眼外肌的縮短、后徙和懸吊，手術(shù)具體方式見表1。

表1 患者的基本信息

將虹膜劃分為各直肌所對(duì)應(yīng)的四個(gè)區(qū)，分別為上方區(qū)(superior，S)、下方區(qū)(inferior，I)、鼻側(cè)區(qū)(nasal，N)和顳側(cè)區(qū)(temporal，T)。手術(shù)前后虹膜血流密度的差值服從正態(tài)分布，四個(gè)象限的術(shù)前平均灰度值96.36±24.95，術(shù)后97.08±24.0，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.16，MD=0.722，P>0.05)；手術(shù)直肌對(duì)應(yīng)的象限術(shù)前平均灰度值95.35±4422.80，術(shù)后102.81±28.61，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.85，MD=7.46，P>0.05)(圖2，3)。

圖2 圖A為患者3右眼術(shù)前四個(gè)區(qū)域的ROI，圖B為術(shù)后的ROI，均為8 bit、100×105像素大小的包含瞳孔緣及虹膜根部的區(qū)域

圖3 所有納入患者的術(shù)前和術(shù)后單位面積含有的灰度值的對(duì)應(yīng)圖，黑色柱形圖表示所有象限的術(shù)前和術(shù)后單位面積含有的灰度值，灰色柱形圖代表手術(shù)肌肉所對(duì)應(yīng)的象限手術(shù)前后單位面積含有的灰度值。ns表示四個(gè)象限以及手術(shù)肌肉所對(duì)應(yīng)的象限手術(shù)前后的平均灰度值無(wú)顯著差異(P>0.05)

討 論

近年來(lái)，OCTA作為一種新型非接觸式的血流成像技術(shù)，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用在視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜的血管成像。目前在虹膜方面，已有學(xué)者用于虹膜新生血管[3]、虹膜痣[4]、虹膜蔓狀血管瘤[5]、虹膜微血管瘤[6，7]的診斷和觀察，正常的虹膜血管成放射狀，而當(dāng)虹膜有病變時(shí)，通過OCTA可直觀的定位病灶，因此，OCTA可能是一種有用且無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)虹膜病變的方法。

斜視術(shù)后出現(xiàn)眼前節(jié)缺血的概率是1/13 000至1/30 000，在1957年被第一次報(bào)道。通過研究眼前節(jié)循環(huán)，可以了解斜視手術(shù)后眼前節(jié)缺血發(fā)生、發(fā)展的病理基礎(chǔ)，眼前節(jié)主要由睫狀后長(zhǎng)動(dòng)脈和睫狀前動(dòng)脈供血，睫狀前動(dòng)脈起源于直肌肌腱止端，在沒有解剖學(xué)變異的情況下，除了外直肌只有1支睫狀前動(dòng)脈供應(yīng)外，其余直肌均有2支。睫狀前血管形成了很多血管叢，包括鞏膜緣叢、睫狀體肌叢以及虹膜根部的動(dòng)脈大環(huán)，當(dāng)切斷直肌的同時(shí)也切斷了供應(yīng)眼前節(jié)的睫狀前血管，導(dǎo)致其所形成的眼前節(jié)血管叢血液供應(yīng)減少。

在本研究中，由于正常成年人上瞼緣遮蓋角膜上緣1.5～2 mm，上方虹膜會(huì)被睫毛和上眼瞼遮蓋，即使操作員手動(dòng)將上眼瞼回縮，仍導(dǎo)致上方虹膜的圖像質(zhì)量差，可能與上方的虹膜平面到檢查設(shè)備的距離有關(guān)。另外，淚湖較高的患者，由于淚湖遮擋了光波，也會(huì)造成下方虹膜圖像產(chǎn)生偽影或缺失。Federico G是通過RTVue-XR OCT儀器自帶的血流密度分析軟件，來(lái)比較斜視手術(shù)前后虹膜血流密度的變化，得出了在至少有一條垂直肌肉手術(shù)的患者，術(shù)后四個(gè)象限以及手術(shù)肌肉對(duì)應(yīng)的象限的血管密度均比術(shù)前降低，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[8]。而本研究納入的所有患者的斜視手術(shù)量和變動(dòng)肌肉數(shù)目都是在安全范圍內(nèi)的，手術(shù)前后的灰度值變化無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，有待于進(jìn)一步納入有眼前節(jié)缺血危險(xiǎn)因素的患者來(lái)研究。圖1中A、B示術(shù)前的虹膜血管，C、D示術(shù)后1周的虹膜血管，可以清楚地看到除了虹膜動(dòng)脈大環(huán)和虹膜動(dòng)脈小環(huán)外，虹膜血管呈環(huán)繞瞳孔的“放射狀”，“放射狀”血管彼此靠近，朝向瞳孔中心，在虹膜血管根部密集排列。斜視手術(shù)的結(jié)膜切口有多種方式，較常用的有四種：角膜緣梯形切口、肌止緣后切口、平行肌肉切口、近穹隆部切口，本研究所有患者都是經(jīng)穹隆部結(jié)膜做切口的，有研究表明，穹隆部結(jié)膜切口通過保留了周邊結(jié)膜-Tenon’s循環(huán)來(lái)預(yù)防眼前節(jié)缺血[9]。雖然術(shù)后未發(fā)現(xiàn)明顯的血管充盈缺損，但此技術(shù)確實(shí)說明了術(shù)前組和術(shù)后組的血管充盈密度存在差異，并且通過圖像的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)比分析，OCTA展現(xiàn)出了在識(shí)別虹膜血流密度細(xì)微變化方面的敏感性。因此，OCTA在斜視術(shù)前輔助臨床醫(yī)生制定手術(shù)方案，以及評(píng)估斜視手術(shù)后是否發(fā)生眼前節(jié)缺血中發(fā)揮著巨大的潛力。

目前用于虹膜成像的OCTA技術(shù)存在一些局限性。首先，在圖像采集過程中患者必須要配合，包括固視、盡量睜大眼睛不瞬目；其次，OCTA圖像的大小有限且無(wú)法在1次掃描中囊括整個(gè)虹膜，我們發(fā)現(xiàn)6x6 mm的掃描大小能掃描到較好的虹膜血管，紅細(xì)胞在直徑較小的血管中移動(dòng)速度較慢，低于檢測(cè)閾值，所以成像質(zhì)量還取決于儀器的縱向掃描速率[10]。此外，患者虹膜色素沉著的差異會(huì)影響血流成像，虹膜由前面的基質(zhì)層和后面的色素上皮層構(gòu)成，基質(zhì)層內(nèi)的色素含量決定了虹膜顏色，棕色虹膜的色素致密，藍(lán)色虹膜色素較少，中國(guó)人由于大多是棕色虹膜，故虹膜血流的成像較困難。由于OCTA的算法是針對(duì)眼后段進(jìn)行了優(yōu)化，后段的血管主要是橫向流動(dòng)，因此也可能無(wú)法檢測(cè)到具有縱向流動(dòng)的眼前節(jié)血管[11]，并且，OCTA也無(wú)法區(qū)分動(dòng)脈和靜脈[12]。另外，圖像采集前后瞳孔的大小可能會(huì)影響虹膜血管直徑和彎曲度，盡管本研究所有患者都在相同的照明環(huán)境條件下檢查，但瞳孔大小的變化不可避免。目前面臨的這些挑戰(zhàn)將引發(fā)該技術(shù)的改進(jìn)，以用于未來(lái)的大規(guī)模和長(zhǎng)期研究。

至今，很多國(guó)外對(duì)虹膜血流的研究，大多采用的是第一個(gè)商業(yè)化的OCTA系統(tǒng)-AngioVue OCT儀器 (Optovue公司，美國(guó))，其中心波長(zhǎng)為840 nm，每秒鐘70,000次A掃描[13]。而本研究的設(shè)備Triton Prototype DRI-OCT使用OCTA比率分析(全譜幅度)算法，該算法在不影響縱向分辨率的前提下，能提高低速血流的檢測(cè)靈敏度和減少運(yùn)動(dòng)偽影，采用的單點(diǎn)探測(cè)器能改善信號(hào)衰減。DRI-OCT的中心波長(zhǎng)為1050 nm，可以穿透到深層的組織，且擁有更快的掃描頻率，提供了更廣的視野和更高的分辨率，這樣就能減少患者的檢查時(shí)間[14]。這兩個(gè)系統(tǒng)的OCTA功能都是專門針對(duì)視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的。我們的研究表明，利用當(dāng)前的技術(shù)，通過努力是能獲取虹膜血流圖像的，成像硬件和軟件的改進(jìn)可能有助于OCTA在將來(lái)更好的用于虹膜血管，例如更高的圖像分辨率以及能減少運(yùn)動(dòng)偽影的圖像處理算法，這種快速、無(wú)創(chuàng)、學(xué)習(xí)曲線短的血管造影技術(shù)有希望和前景能更廣泛的在臨床上應(yīng)用，為廣大患者帶來(lái)福音。