光學相干斷層掃描血管成像在糖尿病性視網膜病變臨床應用研究進展

傅 嬈，劉大川

?KEYWORDS:optical coherence tomography angiography; diabetic retinopathy; retinal capillaries; retinal microaneurysm; retinal neovascularization

0引言

近年來，隨著認知與技術水平的提升，眼科在成像方式方面有了較大的發展。光學相干斷層掃描血管成像(optical coherence tomography angiography, OCTA)作為一種新興的技術，它可以提供有關視網膜和脈絡膜血流的分辨圖像，其細節水平較傳統的成像方式更為前沿，并且能以快速的和非侵入性的方式顯示脈絡膜視網膜血管[1]。此外，運用OCTA可以將視網膜和脈絡膜血管密度和血流量進行量化，為多種視網膜疾病的診斷提供潛在的幫助[2]。糖尿病性視網膜病變(diabetic retinopathy, DR)為糖尿病的嚴重并發癥之一，在四大致盲性眼病中占首位。據估計，全世界有2.85億人患有糖尿病，約33%的患者有DR，而這之中又有約11%的DR患者有影響生活質量的視力減退[3]。作為嚴重的致盲性疾病，針對DR進行早期診斷和治療是預后良好的重要原則。OCTA作為一種可以實時成像視網膜和脈絡膜血管的新興技術，近年來已經用于識別并診斷DR，它的圖像采集耗時短、無需注射造影劑而且可以在低風險的情況下進行[4]，充分了解OCTA有助于我們開拓在DR早期診療中的新領域。本文針對OCTA在DR的臨床應用研究進展方面進行綜述。

1 OCTA的基本工作原理

OCTA結合了一種紅外激光器，它產生的低相干性近紅外波長光，可以照射在視網膜后部并被組織反射。反射光被儀器檢測，從模擬信號轉換為數字信號后經由計算機進行處理[5]。為了生成視網膜血管系統的圖像，儀器在同一位置進行順序掃描，并計算順序信號之間的差值。雖然所有運動都會產生去相關信號，但視網膜內的大部分運動都來自視網膜血管內的紅細胞。靜態結構隨著時間推移產生的相同OCT信號會被去除，而動態結構(如移動的紅細胞)產生不同的信號，這些不同的信號將被記錄[6]。OCTA可以檢測OCT信號的強度和相位特性，B型掃描可掃描組織的橫截面結構，它通過紅細胞運動引起的信號在多個B型掃描上的連續變化來成像視網膜血管[7]。多年來，OCTA算法已被開發為利用OCT信號的不同分量——強度、相位或兩者兼而有之進行計算處理[6]。而目前多應用分頻增幅去相干血管成像技術。這里討論的算法稱為分頻增幅去相關血管造影(split-spectrum amplitude decorrelation angiography, SSADA)算法[2]。SSADA算法通過計算連續點反射光中的去相關信號，使血管可視化[5]。SSADA算法在圖像中具有高信噪比和較高的連通性，它可以隔離血管流和優化信躁，這意味著圖像中顯示的血管將更平滑和連續[8-9]。同時SSADA算法使OCTA能夠提供視網膜和脈絡膜微血管的非侵入性三維映射，它可以使OCTA顯示不同深度的毛細血管叢，從而分離視網膜淺層和深層毛細血管叢[9]。根據此算法處理完數據，OCTA輸出的視網膜和脈絡膜血管系統的圖像可以被分割成四個區域：淺層毛細血管叢、深層毛細血管叢、視網膜外層和脈絡膜[10-11]。它的輸出范圍包括了視盤在內的全部深度[8]。根據OCTA圖像還可以進一步對青光眼和DR等病理改變進行定性評估[12-14]。可以看到OCTA不光可以通過對不同信號的連續B型掃描生成視網膜血管系統圖像，并通過應用SSADA算法使生成圖像中的視網膜血管更加平滑且連續，同時提供覆蓋全部深度的三維的血管圖像，這有利于區分視網膜淺層和深層的毛細血管叢，通過更好地識別成像視網膜深層毛細血管，發現早期的脈絡膜新生血管(choroidal neovascularization, CNV)，更好地指導年齡相關性黃斑變性的診療。

2 OCTA在DR中的臨床應用及進展

2.1微動脈瘤的檢測視網膜淺層和深層毛細血管叢中發現的微動脈瘤，表現為局灶性擴張的囊狀或梭形毛細血管。而多項證據證明，視網膜深層毛細血管可被OCTA更好的識別。Couturier等[15]通過研究發現在OCTA中，深部毛細血管叢的微動脈瘤數明顯高于淺表毛細血管叢，大多數微動脈瘤位于OCTA毛細血管非灌注區的邊緣。Peres等[16]的研究也發現位于深部毛細血管叢的微血管瘤能被OCTA更好地成像。在早期眼底熒光素血管造影(fundus fluorescein angiography, FFA)和OCTA中微動脈瘤均表現為明顯的圓形、囊狀或梭形高熒光斑點，且與視網膜毛細血管相連[15]，而單獨使用OCTA來檢測微動脈瘤可能會低估微動脈瘤的總數。通過多項研究可以發現，與OCTA相比，FFA可以顯示并呈現出更多的微動脈瘤，對微動脈瘤識別的靈敏度更高。Kashani等[3]的研究表明并不是所有在FFA中顯示的微動脈瘤都能在OCTA中出現。Couturier等[15]的研究回顧性記錄了2015-01/04間同一天接受OCTA和FFA檢查的DR患者的資料，并進行了定性和定量分析，患者14例20眼對OCTA和FFA均反饋出良好的結果，發現FFA檢測到的微動脈瘤中只有62%能在OCTA上發現。在Matsunaga等[17]的試驗中也發現了相似的情況，在33例患者中FFA比OCTA顯示出更多的微動脈瘤。其中1個病例，FFA觀察到的微動脈瘤僅有23%在OCTA上被發現。在微動脈瘤分析方面，La Mantia等[18]的試驗中發現幾乎所有的FFA圖像(97.5%)都能顯示出微動脈瘤的存在，而在3mm×3mm和4.5mm×4.5mm范圍的OCTA病例中只分別有56.0%和65.8%的微動脈瘤能被顯示出來。Enders等[4]的數據也顯示，雖然使用OCTA可以發現許多微動脈瘤，但其檢出率卻略低于FFA，進一步對比發現，FFA和OCTA的微動脈瘤識別結果之間的一致性較差。這意味著FFA中確定的微動脈瘤不一定與OCTA中確定的微動脈瘤相同，這可能是由于OCTA的高速技術限制了微動脈瘤等主要低流量病變的識別，在FFA上觀察到的強熒光點并不全部代表微動脈瘤，而是可能代表受損視網膜毛細血管的局灶性滲漏。同樣，僅在OCTA中而不在FFA中發現的微動脈瘤樣改變，可能是毛細血管末端或垂直方向的毛細血管[18]，這一觀點有待進一步考證。

2.2毛細血管灌注密度和毛細血管無灌注區的檢測多項隊列研究分析比較了正常人和DR患者的毛細血管灌注密度(capillary perfusion density, CPD)可得出，DR患者的CPD較正常人降低。Agemy等[14]入組正常對照21眼和DR患者56眼，他們分別測量了正常人和DR患者的視網膜淺層毛細血管、視網膜深層毛細血管和脈絡膜毛細血管的CPD平均值，發現分別在3mm×3mm和6mm×6mm掃描中，DR患者的CPD明顯低于正常人。Al-Sheikh等[19]納入22名正常人40眼和18例不同水平的DR患者28眼，得出了DR患者的平均CPD比值為0.567，而正常個體為0.709。另一項印度的OCTA研究也有同樣的發現：對122例2型DR受試者209眼和31名正常印度受試者60眼進行了CPD的測量，結果表明DR受試者的血管密度明顯低于正常受試者眼[20]。同樣在Choi等[21]的試驗中，PDR隊列組的視網膜毛細血管灌注密度也較正常眼低，毛細血管形態較正常眼彎曲。以上的研究結果均印證了DR患者與正常人相比CPD更低的結論，這可能是由于糖尿病引起的視網膜毛細血管的異常導致毛細血管閉塞導致。與既往傳統研究相比，OCTA可通過CPD等量化指標，發現視網膜毛細血管水平的早期細微變化，在未發生臨床可見的視網膜病變之前，為糖尿病早期微血管損傷提供預警作用。

另外，通過OCTA可以識別并更好地成像毛細血管無灌注區域。Couturier等[15]將27例DR患者24眼納入研究，在視網膜淺表毛細血管叢中，DR患者在黃斑中心凹無血管區(foveal avascular zone, FAZ)外的毛細血管疏松，OCTA能顯示出相對應的毛細血管無灌注區。進一步探究發現，OCTA可以清楚地描繪視網膜內層毛細血管和中層毛細血管的灌注受損的程度。內層毛細血管灌注受損的區域通常與中層的灌注受損相關[17]。視網膜內層和中層毛細血管無灌注區的識別和區分，得益于OCTA技術的成熟運用。Cennamo等[22]通過對比OCTA淺層與深層圖像的毛細血管無灌注區面積發現，DR患者組的面積均大于正常對照組。同時Cui等[23]的實驗中，入組所有病例的OCTA信號缺失區域均清晰可見，這也表明了毛細血管的灌注受損。運用FFA同樣可以識別出毛細血管無灌注區域，然而OCTA相比于FFA能更好地成像毛細血管無灌注區。Salz等[24]的研究表明在OCTA上可見的微血管異常，包括視網膜毛細血管無灌注區的成像、毛細血管灌注密度降低和血管環，這些在FFA上的識別敏感度較差。在Couturier等[15]的研究中也可以發現OCTA顯示毛細血管無灌注區比FFA更精確，同時能檢測在FFA上沒有看到的毛細血管無灌注區。在識別和成像毛細血管無灌注區方面，無疑OCTA比FFA表現的更加優秀和準確。毛細血管無灌注區的識別和成像的準確有助于DR患者眼底激光治療的及時性和精準定位。

2.3視網膜新生血管的檢測OCTA技術是以觀察內界膜上方的血流信號來檢測視網膜新生血管的[14]。Hwang等[12]的報告表示通過分割內界膜的血流信號并將信號投射到橫斷面方向，很明顯可以發現病變是垂直的視網膜新生血管突出到玻璃體腔內所形成的。Cui等[23]也發現利用表面分割OCTA成像和橫斷面分析，可以很容易地識別突出進入玻璃體腔的視網膜新生血管。這都證明了視網膜新生血管可以穿破內界膜向玻璃體腔內垂直生長，造成視網膜前出血。如果使用得當，OCTA不僅可以識別視網膜中部和周邊是否存在缺血和新生血管，還可以將內界膜前面的視網膜新生血管與側支血管、視網膜內微血管異常區(intraretinal microvascular abnormalities, IRMA)分開來[25]。通過檢查OCTA的B型掃描，可以發現OCTA在區分視網膜新生血管和虹膜新生血管方面也很有用[26]。以上結論可表明OCTA對于視網膜新生血管的特異性識別，區分其他血管結構和血管異常有著重要作用。OCTA成像還提供了視網膜和視盤新生血管的可視化，顯示出成像良好的視網膜新生血管的微血管結構。Belenje等[27]進一步使用SS-OCTA進行成像，顯示出鄰近毛細血管無灌注區域后面隱藏的新生血管葉的存在。在OCTA圖像上，不規則的細小血管增生被稱為為旺盛的血管增生，而血管增生旺盛被認為是視網膜新生血管滲漏的征象[28]。OCTA對視網膜新生血管的成像和識別可以用于臨床追蹤抗VEGF藥物玻璃體腔注射和眼底激光治療的療效觀察。同時，OCTA與FFA在視網膜新生血管的識別方面有很好的一致性[23]。在比較OCTA和FFA的研究中，一些小隊列研究也發現了OCTA在檢測視網膜新生血管方面與FFA水平相當[29-30]。Sawada等[30]比較了FFA和OCTA檢測新生血管的能力，對納入的33例DR患者58眼進行評估，其中FFA檢出25眼有視網膜新生血管，OCTA檢出26眼有視網膜新生血管。OCTA檢測到視網膜新生血管的敏感度為1.0，特異度為0.97。

2.4黃斑中心凹無血管區的檢測黃斑中心凹毛細血管網絡在中心凹的邊緣形成一個環形，產生一個無毛細血管區，即為FAZ[31]。存在于視網膜淺層和深層血管叢的FAZ區面積增加，可以先于臨床上DR的發展，提示糖尿病眼在視網膜病變發生之前就已經表現出視網膜微循環的損害[8, 32]，因此加強對FAZ區的研究可以早期發現和預防糖尿病帶來的視網膜病變，有效提高患者的生活質量。Conrath等[33]的研究發現FAZ區大小的變化是DR分期和糖尿病黃斑缺血的重要因素。OCTA能清晰地顯示DR患者FAZ區增大和扭曲[34]。Di等[35]采用OCTA研究糖尿病患者FAZ區的面積和半徑，通過對照組與實驗組的對比研究發現，PDR組患者的FAZ區面積增大，在NPDR組受試者中，FAZ區也顯示出輪廓不規則，血管周圍間隙變大的表現。李小豪等[36]的文章中也提到無論1型或2型糖尿病患者的淺層毛細血管FAZ區面積和深層FAZ區面積均隨DR的進展而增加。Choi等[21]發現由于FAZ區邊界的毛細血管脫落，在PDR組中可觀測到FAZ區等高線的不對稱。這為FAZ區的半徑增大和面積增加提供了證據支撐。FFA在DR患者的檢查中也發揮了重要作用，運用FFA觀測視網膜改變，可發現毛細血管無灌注區域清晰可見，并觀察到明顯的FAZ區擴大[37]。Hwang等[12]通過實驗發現，在相同的放大倍數下，OCTA比FFA更容易根據FAZ區特征進行分級，在OCTA上成像的細節不受熒光素滲漏的影響,可以看到更高對比度的毛細血管，有效避免了FFA因熒光滲漏造成的成像模糊和遮擋，這樣FAZ區的大小和形狀清晰，可以更容易地被分級。Cennamo等[22]的研究，也顯示了類似的結果，FFA和OCTA在FAZ參數方面的比較有統計學意義，如FAZ輪廓識別和深部圖像中的毛細血管損失，當用OCTA計算時，FAZ的參數改變更加明顯。

2.5黃斑水腫的檢測糖尿病性黃斑水腫(diabetic macular edema，DME)是一種視網膜黃斑中心凹液體積聚的疾病，是血-視網膜屏障失效的后果[38]。DR患者的中心視力喪失最常與DME有關，DME會嚴重影響患者的生活質量[39-40]。根據目前的研究結果，FFA可以檢測出混合型、囊樣水腫、彌漫型和局灶型4種類型的DME。OCTA可以從同一組患者中檢出3種類型的DME，即視網膜內水腫、視網膜下積液和混合性黃斑水腫[37]。在Madan等[37]的研究中得出，相同數量的實驗對象中OCTA比FFA檢測到的黃斑水腫數量更多，在納入研究的308眼中，FFA檢測到220眼存在DME，而OCTA檢測到305眼存在DME。Agarwal等[1]在回答有關如何運用OCTA指導糖尿病視網膜病變的治療中提到：OCTA可以識別DME的小面積缺血。在針對黃斑囊樣水腫的研究中可知，DME囊樣間隙出現無血流的區域位于毛細血管脫落區，運用尋常方法不易區分，但運用OCTA卻易將二者相鑒別[41]。OCTA對黃斑水腫的精準識別有利于發現不易被FFA識別的DME，更早的開展對黃斑水腫的治療將有利于減緩DR患者的中心視力喪失，提高他們的生活質量。同時OCTA可以自動且重復量化黃斑區厚度，這在監測DME治療的療效和預后中是有意義的[42]。

3 OCTA在DR診療中的局限和展望

OCTA是糖尿病患者用來早期發現病變和監測疾病進展十分有用的工具[14]。但是作為一種新興的技術，OCTA的發展仍處于起步階段，在技術和設備層面存在許多的局限性。首先OCTA目前只能提供高質量的后極圖像，而視網膜外圍的成像仍處于初級階段。OCTA的標準視野為3mm×3mm或6mm×6mm，且掃描范圍越大，成像效果變差[9]。在DR患者的疾病早期發現中周或遠周毛細血管無灌注是非常重要的，而標準視野OCTA顯然無法滿足周圍成像的要求。超寬光學相干斷層血管成像(ultra-wide optical coherence tomography angiography imaging, UWOCTA)能夠在保持較高的血管分辨率的前提下，以更短的成像時間將視場擴展到大約100°[43]。通過UWOCTA可以捕獲到傳統FFA技術和較小視場范圍OCTA掃描中缺失的視網膜新生血管和毛細血管無灌注區。UWOCTA獨有的成像范圍和成像分辨率優勢，對于DR和其他主要影響外周視網膜的視網膜疾病(如鐮狀細胞視網膜病變、視網膜血管炎或眼部缺血綜合征)的診療有重要意義。其次OCTA是專門分析視網膜后部和脈絡膜微血管的[2]，但并不是所有相關的眼血管都被成像，例如球后血管[32]。除此之外，OCTA的局限性還表現于精準的OCTA圖像要求患者保持靜止，并避免在檢查過程中眨眼，而患者的運動會降低OCTA圖像的質量[44]。晚期DR患者的淚膜較差，并可能由于黃斑受累而無法保持固定，這限制了OCTA的適用性[9]。綜上，OCTA在DR診療中存在一些無法逾越的鴻溝和短板。對于DR患者不可忽視的是診療的個性化，在逐漸廣泛應用OCTA的同時，也不能完全拋棄FFA的作用。相信在不久的未來，OCTA的快速非入侵性會成為眼科成像技術的新潮流，而隨著技術和設備的飛速發展，我們希望OCTA能在監測血管壁功能方面有所發展，為未來DR的診療和隨訪提供更多依據和幫助。