1. 前言
青光眼是全球最主要的致盲性眼病之一。随着老龄化社会的到来,大量的患者因青光眼而双目失明,为患者生活质量造成极大的影响,还为社会带来沉重的经济负担,已成为日益严重的公共卫生问题[1]。由于青光眼造成的视功能损伤不可逆,及时诊断并治疗显得尤为重要。
青光眼的特征性改变为视网膜神经纤维层(Retinal Nerve Fiber Layer, RNFL)持续变薄,视野丢失[2]。光相干断层扫描(Optical Coherence Tomography, OCT)对视盘旁RNFL厚度变化的扫描分析是临床对青光眼视神经评估的常用重要手段[3]。然而,部分青光眼患者早期视野出现异常时,其对应部位的RNFL厚度并无改变,很大程度增加了临床评估难度。正视眼、健康近视眼及青光眼患者中RNF厚度之间有相当一部分重叠区,RNFL厚度测量判别青光眼视神经损害出现假阳性的情况并不少见,其假阳性率可高达44.2% [4]或55.7% [5]。除与神经纤维个体化分布影响以外,厚度指标本身有其局限性[6]。作为一种线性度量,RNFL厚度易受屈光状态[7]及眼轴长度[8]等的影响。其代表的是组织形态上点与点、面与面之间的位置距离,无法反映组织内部结构的早期变化。因此,在青光眼视神经病变的评估中,尚需其他敏感的诊断指标或手段作为补充。
光反射信号值作为对组织反射强度定量化的指标,从另一方面诠释了RNFL的特性。Pons对青光眼患者、高眼压者、正常人3组共98只眼进行OCT检查,发现青光眼患者RNFL光反射信号值较高眼压者及正常人有所下降[9]。Van在其随后的研究中发现RNFL光反射信号的降低与疾病的严重程度相关[10]。然而,既往青光眼光反射信号研究多基于整体视盘区域的分析研究,缺乏对不同区域的神经纤维损伤情况的研究。不同区域的神经纤维可能对青光眼损伤的敏感程度不同,因此本研究旨在对视盘周围不同区域的厚度及光反射信号值进行评估,以期可以较为清晰而客观地显示出青光眼RNFL的各区域病变特征。
2. 方法
2.1. 研究对象
本研究纳入了从2021年1月至2022年12月在汕头大学·香港中文大学联合汕头国际眼科中心(JSIEC)就诊并符合入选标准的青光眼患者及正常对照组受试者。研究遵循《赫尔辛基宣言》,获汕头大学·香港中文大学联合汕头国际眼科中心伦理委员会批准(批件号:EC20200728(8)-P15)。本课题所有研究对象均被详细告知本研究的目的、性质以及相关事宜,其表示知情理解,并签署知情同意书。
总体人群纳入标准:1) 年龄18岁以上;2) 最佳矫正视力 ≧ 0.5;3) 球镜度数绝对值 ≤ 6.00 D,柱镜度数绝对值 ≤ 3.00 D。4) 无眼底病史、视神经疾病史或眼内手术史等可能导致视盘神经纤维改变的相关疾病。对照组附加标准:连续2次测量NCT眼压 ≤ 21 mmHg,眼底检查扫描未发现异常及视野检查结果在正常范围内。青光眼组附加标准:特征性的视神经损害(视盘上下方局限性盘沿变窄,垂直径杯盘比增大,或形成切迹;双眼杯盘比差值 > 0.2)或特征性的视野缺损(旁中心暗点、鼻侧阶梯、弓形暗点等改变)。排除标准:OCT图片质量差,分数 < 45分或无法配合检查、不愿意参加此项研究者。
2.2. 研究步骤
1) 所有入选对象均完成常规的眼科检查,包括裸眼视力、屈光度数、最佳矫正视力、非接触式眼压检查、裂隙灯检查、眼底检查、眼轴检查、视野检查及OCT扫描。
2) 视野检查:采用视野分析仪在暗室、小瞳下进行。选择24-2 SITA Standard模式,III号白色视标,背景光亮度31.5ASB进行检查。视野检查参数需在可靠范围内:固视丢失率 ≤ 20%,假阳性和假阴性率 ≤ 15%。
3) 频域OCT扫描:采用Topcon OCT 2000进行三维OCT视盘扫描。扫描完成后,在同一原始数据的基础上,利用“circle”分析选项获取不同半径分析环(1.7 mm、1.95 mm和2.2 mm)上的视网膜横截面图并导出。点击结果分析机器自带软件自动获取对应半径下平均及各象限的RNFL分层结果及厚度值。
4) RNFL光反射信号值分析:将各横截面图导入至开放软件Image J。将所有图像转化为8 bit的灰度图进行进一步分析。由研究者利用Image J中的多边选择工具对RNFL进行分层及分象限(颞侧T,上方S,鼻侧N,下方I),点击像素点分析可获得RNFL目标区域内(平均及各象限)光反射信号值。每像素点光反射信号值范围为0 (最暗)~255 (最亮) (图1)。
2.3. 统计学方法
利用SPSS 25.0进行数据统计分析。利用平均值加减标准差描述对照组与青光眼组的一般资料。利用卡方检验及独立t检验进行两组参数指标(性别、年龄、等效球镜度、眼轴、视野MD值及PSD值、RNFL厚度值及光反射信号值)间的对比。利用Pearson相关分析分析RNFL厚度值、光反射信号值与视野MD值、PSD值的相关关系。p < 0.05时差异具有统计学意义。
3. 结果
本研究共纳入96只眼。其中对照组纳入49位研究对象的49只眼,女性19例(38.78%),男性30例(61.22%),平均年龄为(54.82 ± 13.56)岁,等效球镜度为(0.15 ± 1.04) D;青光眼组患者共47例47只眼,其中女性14例(29.79%),男性33例(70.21%),平均年龄为(51.49 ± 13.95)岁,等效球镜度为(−0.31 ± 1.59) D。两组间的性别组成、年龄、等效球镜度、眼轴及OCT扫描图像分数比较差异均无统计学意义,两组间视野MD及PSD差异均有统计学意义(表1)。
Figure 1. Example of Image J RNFL light reflection signal measurement zoning and gray level changes
图1. Image J RNFL光反射信号测量分区及灰度变化示例
Table 1. Characteristics of the study groups between the control group and the glaucoma group
表1. 对照组与青光眼组研究对象特征对比
|
对照组 |
青光眼组 |
p值 |
Mean ± SD |
Mean ± SD |
性别(男/女)* |
30/19 |
33/14 |
0.354 |
年龄(岁) |
54.82 ± 13.56 |
51.49 ± 13.95 |
0.239 |
等效球镜度(D) |
0.15 ± 1.04 |
−0.31 ± 1.59 |
0.103 |
视野MD值 |
−1.19 ± 1.19 |
−12.79 ± 11.47 |
<0.001 |
视野PSD值 |
1.90 ± 1.42 |
5.35 ± 4.07 |
<0.001 |
眼轴 |
23.37 ± 0.95 |
23.55 ± 0.91 |
0.353 |
OCT图片分数 |
56.33 ± 4.42 |
54.64 ± 4.07 |
0.055 |
注:*为卡方检验,余为独立t检验;MD:平均偏差;PSD:模式偏差。
对照组与青光眼组不同区域下RNFL厚度值及光反射信号值对比结果见表2及表3。结果表明在不同半径分析环下、不同象限中两组RNFL厚度差异均有统计学意义(除分析半径2.2 mm鼻侧象限外),其中两者在下方象限(I)中厚度差别最大;两组RNFL光反射信号值差异均有统计学意义,其中两者在颞侧象限(T)中光反射信号值差别最大。
Table 2. RNFL thickness (μm) at different area between the control group and the glaucoma group
表2. 对照组与青光眼组不同区域下RNFL厚度值(微米)对比
区域 |
对照组 |
青光眼组 |
差值 |
p值 |
Mean ± SD |
Mean ± SD |
Mean ± SE |
半径1.7 mm均值 |
106.61 ± 7.27 |
83.99 ± 18.43 |
22.63 ± 2.84 |
<0.001 |
S |
128.10 ± 11.85 |
96.66 ± 27.04 |
31.44 ± 4.23 |
<0.001 |
N |
82.76 ± 13.59 |
73.02 ± 16.60 |
9.73 ± 3.09 |
0.002 |
I |
133.71 ± 11.17 |
96.06 ± 27.89 |
37.65 ± 4.3 |
<0.001 |
T |
81.88 ± 11.16 |
70.72 ± 15.82 |
11.15 ± 2.79 |
<0.001 |
半径1.95 mm均值 |
95.78 ± 7.17 |
75.56 ± 15.74 |
20.22 ± 2.48 |
<0.001 |
S |
116.31 ± 10.82 |
87.00 ± 23.76 |
29.31 ± 3.74 |
<0.001 |
N |
70.22 ± 13.16 |
64.87 ± 12.89 |
5.35 ± 2.66 |
0.047 |
I |
122.65 ± 11.36 |
86.79 ± 26.58 |
35.87 ± 4.14 |
<0.001 |
T |
73.92 ± 10.53 |
63.57 ± 13.60 |
10.34 ± 2.48 |
<0.001 |
半径2.2 mm均值 |
85.83 ± 6.57 |
68.43 ± 13.62 |
17.4 ± 2.17 |
<0.001 |
S |
105.67 ± 9.38 |
78.81 ± 21.06 |
26.87 ± 3.3 |
<0.001 |
N |
61.22 ± 11.37 |
58.34 ± 11.17 |
2.88 ± 2.3 |
0.213 |
I |
110.06 ± 11.32 |
78.36 ± 24.03 |
31.7 ± 3.81 |
<0.001 |
T |
66.35 ± 8.98 |
58.21 ± 11.79 |
8.13 ± 2.13 |
<0.001 |
Table 3. RNFL reflectivity at different areas between the control group and the glaucoma group
表3. 对照组与青光眼组不同区域下RNFL光反射信号值
区域 |
对照组 |
青光眼组 |
差值 |
p值 |
Mean ± SD |
Mean ± SD |
Mean ± SE |
半径1.7 mm均值 |
128.35 ± 8.76 |
119.41 ± 11.85 |
8.94 ± 2.12 |
<0.001 |
S |
126.94 ± 9.58 |
120.5 ± 12.02 |
6.44 ± 2.21 |
<0.001 |
N |
125.34 ± 11.08 |
114.31 ± 14.4 |
11.03 ± 2.62 |
0.004 |
I |
128.04 ± 9.78 |
119.03 ± 12.96 |
9.01 ± 2.34 |
<0.001 |
T |
134.24 ± 12.27 |
121.51 ± 17.01 |
12.73 ± 3.02 |
<0.001 |
半径1.95 mm均值 |
129.09 ± 8.54 |
120.02 ± 11.89 |
9.07 ± 2.11 |
<0.001 |
S |
128.45 ± 10.82 |
121.04 ± 12.59 |
7.41 ± 2.39 |
<0.001 |
N |
124.6 ± 11.83 |
113.74 ± 14.57 |
10.87 ± 2.7 |
0.003 |
I |
130.01 ± 9.88 |
120.04 ± 12.77 |
9.98 ± 2.32 |
<0.001 |
T |
134.26 ± 11.83 |
122.8 ± 16.75 |
11.46 ± 2.95 |
<0.001 |
半径2.2 mm均值 |
127.12 ± 8.35 |
118.22 ± 12.27 |
8.9 ± 2.13 |
<0.001 |
S |
125.25 ± 10.56 |
119.68 ± 13.46 |
5.57 ± 2.46 |
<0.001 |
N |
122.36 ± 11.75 |
112.5 ± 14.84 |
9.85 ± 2.73 |
0.026 |
I |
128.26 ± 9.19 |
117.26 ± 13.49 |
11.01 ± 2.35 |
<0.001 |
T |
132.28 ± 11.71 |
120.57 ± 16.9 |
11.71 ± 2.96 |
<0.001 |
将总体研究对象RNFL厚度值及光反射信号值与相应视野检查结果MD及PSD值进行Pearson相关分析(见表4及表5),发现大部分区域RNFL厚度与视野MD呈中至高度正相关(r范围为0.3至0.796,p均 < 0.01),与PSD呈低至中度负相关(r范围为−0.652至−0.226,除半径2.2 mm鼻侧象限外,p均 < 0.05);所有区域RNFL光反射信号值与视野MD呈中度正相关(r范围为0.468至0.627,p均 < 0.01),与PSD呈低至中度负相关(r范围为−0.448至−0.317,p均 < 0.05)。
Table 4. Pearson correlation analysis of RNFL thickness with visual field MD and PSD values in different areas
表4. 不同区域中RNFL厚度与视野MD值及PSD值的Pearson相关分析
区域 |
MD |
p1值 |
PSD |
p2值 |
r |
r |
半径1.7 mm均值 |
0.796 |
<0.001 |
−0.643 |
<0.001 |
S |
0.788 |
<0.001 |
−0.652 |
<0.001 |
N |
0.509 |
<0.001 |
−0.334 |
0.001 |
I |
0.728 |
<0.001 |
−0.639 |
<0.001 |
T |
0.506 |
<0.001 |
−0.362 |
<0.001 |
半径1.95 mm均值 |
0.783 |
<0.001 |
−0.645 |
<0.001 |
S |
0.791 |
<0.001 |
−0.645 |
<0.001 |
N |
0.383 |
<0.001 |
−0.226 |
0.027 |
I |
0.731 |
<0.001 |
−0.637 |
<0.001 |
T |
0.459 |
<0.001 |
−0.382 |
<0.001 |
半径2.2 mm均值 |
0.768 |
<0.001 |
−0.641 |
<0.001 |
S |
0.790 |
<0.001 |
−0.648 |
<0.001 |
N |
0.300 |
0.003 |
−0.193 |
0.061 |
I |
0.707 |
<0.001 |
−0.610 |
<0.001 |
T |
0.430 |
<0.001 |
−0.369 |
<0.001 |
Table 5. Pearson correlation analysis of RNFL reflectivity with visual field MD and PSD values in different areas
表5. 不同区域中RNFL光反射信号值与视野MD值及PSD值的Pearson相关分析
区域 |
MD |
p1值 |
PSD |
p2值 |
r |
r |
半径1.7 mm均值 |
0.612 |
<0.001 |
−0.369 |
<0.001 |
S |
0.542 |
<0.001 |
−0.337 |
0.001 |
N |
0.528 |
<0.001 |
−0.349 |
0.001 |
I |
0.541 |
<0.001 |
−0.326 |
0.001 |
T |
0.518 |
<0.001 |
−0.334 |
0.001 |
半径1.95 mm均值 |
0.609 |
<0.001 |
−0.401 |
<0.001 |
S |
0.542 |
<0.001 |
−0.356 |
<0.001 |
N |
0.491 |
<0.001 |
−0.366 |
0.027 |
I |
0.522 |
<0.001 |
−0.370 |
<0.001 |
T |
0.519 |
<0.001 |
−0.322 |
0.001 |
半径2.2 mm均值 |
0.627 |
<0.001 |
−0.420 |
<0.001 |
S |
0.520 |
<0.001 |
−0.317 |
0.002 |
N |
0.468 |
0.003 |
−0.351 |
<0.001 |
I |
0.579 |
<0.001 |
−0.448 |
<0.001 |
T |
0.535 |
<0.001 |
−0.344 |
0.001 |
4. 讨论与总结
在本研究中,我们对对照组及青光眼组患者视盘周围RNFL厚度及光反射信号值进行分析,且在后续不同区域分析中使用了同一次扫描得到的原始数据,避免了不同扫描之间的差异。我们发现了对照组及青光眼组间在各区域的参数指标均有明显的差异。通过定量化分析OCT图像光学信号特征,我们获得了不同于传统厚度参数的参考指标,该指标与视野MD及PSD参数之间的相关性,也证实了光反射信号值分析在青光眼的诊断价值。
我们的研究利用OCT扫描发现了青光眼中视盘周围RNFL光反射信号值较对照组明显下降,这与之前Huang等人在动物眼中利用其他光学仪器监测的研究发现一致[11]。高眼压状态下,神经节细胞轴突中的微管组织结构破坏塌陷,可造成RNFL光反射信号的明显降低[12] [13]。在高眼压模型中,RNFL信号强度比基线降低达20% ± 11% [13]。此外,自适应光学技术通过对光学波前像差进行实时测量、控制和校正,也实现了对人眼活体局部神经纤维形态及反射信号改变的观察,可以直接监测到青光眼早期的RNFL改变[14]。然而,自适应光学设备价格高昂,成像速度慢,范围小,残余像差会影响结果,且操作过程繁琐,需要患者高度配合,难以在临床场景使用。OCT以其高分辨率、无创的检查技术,使得OCT测量RNFL光反射信号值在青光眼的应用推广变得更为可行。
在既往关于RNFL光反射信号的临床研究中,也有学者表明在视盘周边3.4 mm直径的扫描区域中可以观察到RNFL反射信号的降低,特别是在青光眼晚期患者中[9]。我们的研究发现了该区域RNFL光反射信号值在青光眼中类似的表现,同时也补充验证了RNFL光反射信号值几乎在视盘周围不同半径区域不同象限中均有所改变。不同分析半径下RNFL光反射信号值下降程度无明显差异。然而,与本研究中RNFL厚度在下方象限下降幅度最大不同,光反射信号值在颞侧象限下降得更为明显。RNFL厚度的象限性改变与既往多个关于RNFL厚度在青光眼中的研究发现相符,下方象限的RNFL厚度改变在青光眼中通常最为显著,在青光眼中具有很好的诊断价值[15]。值得注意的是,也有研究证实视盘颞下区域为青光眼易损伤区域[16]。因此,在对青光眼光反射信号区域分析中,后期可能需要在更大样本中将各象限区域进一步细化分析。
本研究发现RNFL厚度、光反射信号与视野MD参数及PSD参数均有一定的相关性,且比既往类似研究中的相关性更高[10] [17],这说明RNFL光反射信号值与厚度一样,能在一定程度上反映青光眼RNFL损伤的程度。相对更高的指标相关性可能与本研究纳入的青光眼患者视野缺损更为明显(平均−12.79 dB)有关。已有研究表明,RNFL的缺损要比视野缺损发生得更早[18],在检测到最小暗点之前,通常有30%~50%视网膜神经节细胞已经丢失[19]。因此,如果纳入更多青光眼早期的患者,其视敏度下降有限,其关联性可能会有所下降。
同时本研究尚存在一些局限性。在这项前瞻性研究中,我们测量了OCT图像上RNFL的绝对光反射信号值,这使得难以完全排除混浊屈光介质对光反射信号值分析的干扰。为了减轻这种影响,选择了高质量的扫描图像(图像质量分数超过45分)并进行了去噪处理。在未来的研究中,我们计划开发一个更精确的校正算法,以便更准确地揭示RNFL的光学强度变化。此外,在招募参与者时未能纳入足够多的早期青光眼患者,而早期诊断是青光眼诊断中最具有挑战性和最容易混淆的阶段。对于晚期青光眼患者,相关的指标参数可能已经发生了显著变化,这可能不会突出光反射信号值的优势。因此,计划在未来的研究中纳入更多的早期青光眼患者,甚至包括视野前期患者,进行更早期和长期的随访,以验证我们的方法。
综上所述,RNFL光反射信号值与厚度一样,在青光眼患者视盘周边各区域中均较对照组有所降低,且与视野MD及PSD参数相关联,在一定程度上体现了青光眼的RNFL损伤程度及区域性改变,或许可以作为一个补充指标用于青光眼的辅助诊断及随访。
作者贡献声明
陈镔瑶:参与课题设计,受试者检查,数据分析,文章撰写,根据编辑部的修改意见进行修改;杨剑玲:参与受试者眼部检查及数据初步的统计分析。陈适蓉:参与图片数据分析。
基金项目
广东省普通高校青年创新人才项目(2020KQNCX022)
NOTES
*通讯作者。