2019年美国眼科临床指南(PPP)解读——光学相干层析血管成像在糖尿病视网膜病变诊治中的应用及相关研究△

王克岩 王敏 徐格致

(复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科 上海 200031)

随着患病率不断增加，糖尿病(diabetic mellitus, DM)已成为世界各国日益严峻的公共卫生问题。据国际糖尿病联盟(The International Diabetes Federation, IDF)的数据：2019年，全球范围20～79岁的DM患者已增至4.63亿人[1]。2014年我国就已成为全球糖尿病第一大国，患者约为1.14亿；据预测，到2030年全国仅糖尿病的医疗开支每年将高达3 600亿元人民币[2]。

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy, DR)是糖尿病最常见的并发症之一，可分为非增生性DR(non-proliferative DR, NPDR)和增生性DR(proliferative DR, PDR)。PDR已成为发达国家成年人致盲的首要原因[3-4]。

2019年美国眼科学会发布了最新版的DR临床指南(Preferred Practice Pattern, PPP)。值得注意的是，光学相干层析血管成像(optical coherence tomography angiography, OCTA)首次被列入推荐的DR辅助检查之一。OCTA是近年来眼科影像领域最具革新性的技术之一。现就OCTA在DR诊治中的应用及相关研究做一简要解读。

1 OCTA相对于传统视网膜荧光血管造影的优势

OCTA是基于OCT信号的血管成像技术[5-6]，与传统视网膜荧光血管造影(fluorescence angiography, FA)相比，具有独特的优势[7]。首先，OCTA检查便捷、无创，不用向体内注射造影剂，也避免了造影剂过敏、心脑血管意外的风险；其次，OCTA不受造影剂渗漏的影响，在病变情况下能清晰地显示血管像；第三，OCTA可分层观测血流信号，尤其是传统造影所不能清晰显影的视网膜深层毛细血管甚至脉络膜的血流；第四，OCTA以断层和en face的模式呈现视网膜的血流图像，从而实现了多维度血流信号的精准观察；最后，OCTA具备定量检测某些视网膜血流、血管参数的功能。正是凭借这些特点，OCTA为改进DR的诊治以及探讨病理机制带来新契机。

2 OCTA具备DR早期筛查的潜力

黄斑中心凹无血管区(foveal avascular zone, FAZ) 是视敏度的关键部位，也是DR研究的焦点之一。过去对FAZ的研究采用了组织学[8]、视觉心理物理学[9]以及各种影像学的方法[10-11]。FA是其中最常用于FAZ形态观察和定量检测的方法[10,12-13]。有研究[13-15]表明DM患者的FAZ比健康对照组扩大，并且FAZ面积扩大与DR病情的加重呈正相关。但由于可能引发患者的一系列不适和系统性风险，FA不适用于DR的广泛筛查[16-17]。OCTA凭借便捷、无创的优势，可广泛用于DM患者。对DR患者的OCTA研究印证了既往FA关于FAZ的观察结果[18-21]。采用OCTA对FAZ面积的检测数据与通过FA图像进行测算的结果具有良好的相关性[22]。不仅如此， 多项OCTA的定量研究[18-21,23-31]表明，在DM患者视力良好、检眼镜(眼底镜)检查也未见明显异常时，其FAZ的面积即可较健康对照组扩大。不仅是成年DM患者，DM儿童患者早期的OCTA研究[32]也有相似的发现。DM患者FAZ面积扩大提示毛细血管低灌注或无灌注的发生和发展[23-24,30-32]。

应当注意的是，由于健康人FAZ面积存在较大的个体差异，对DR的早期诊断需要将FAZ的定量检测与对黄斑区毛细血管的形态观察相结合。不同研究测算出的健康人平均FAZ面积从0.152 mm2到0.405 mm2不等，有的甚至超过2 mm2[11-13,15,33]。健康人和DM患者群体的FAZ面积分布可以有相当部分的重叠，因此不能仅根据一次FAZ的面积检测来判定DM患者是否发生了视网膜病变。DR早期治疗研究组(early treatment diabetic retinopathy study research group，ETDRS)根据黄斑区视网膜毛细血管网轮廓的完整程度制订了FAZ的分级标准[34]。Conrath等[15]的研究显示ETDRS的这一分级标准与DR病情的严重程度、DR患眼FAZ定量指标之间都具有良好的相关性[15]。对于DM患者FAZ毛细血管形态的观察应作为定量指标的补充。有研究[23-24,28,31]表明，OCTA能够先于检眼镜观察到DM患者视网膜微血管的异常形态改变，例如黄斑区毛细血管迂曲、血管襻、无灌注区、FAZ边缘毛细血管网不规则等。与FA相比，OCTA图像不受造影剂渗漏的影响，在显示FAZ边缘轮廓和黄斑区毛细血管异常形态的清晰度方面更胜一筹，OCTA甚至能观察到一些FA所不能发现的微血管改变[21,35]。

病理学研究显示：视网膜深层的血管丛在DR的早期即已受累及[36]；DM患者的脉络膜也发生着与视网膜相同的微血管病变[37-38]。由于视网膜结构对造影剂散射、反射和遮挡的影响，传统血管造影技术不能很好捕捉视网膜深层和脉络膜的微血管改变[39-40]。OCTA却能将视网膜不同层次的毛细血管丛以及脉络膜毛细血管层独立呈现出来，分层观察更有利于辨识DR早期的微血管病变[21,28,40-41]。经OCTA检测发现，成年DM患者视网膜浅层和深层血管丛的FAZ都较健康对照组扩大[24]。其中，DR患眼视网膜深层毛细血管的破坏似乎更明显[42]。Niestrata-Ortiz等[32]的研究显示，DM儿童尚未出现检眼镜可见的DR表现之前视网膜浅层和深层血管丛的FAZ面积都已比健康儿童对照组扩大，其中视网膜深层血管丛的FAZ面积差异具有统计学意义。

除FAZ面积之外，还有一些由OCTA检测所衍生的量化指标也可能具有DR筛查的应用价值，例如黄斑区无灌注面积百分比(percent area of nonperfusion, PAN)和校正血流指数(adjusted flow index, AFI)等 。研究[29]发现，检眼镜检查尚未发现明显眼底病变时，DM患者视网膜浅层的PAN、AFI与健康对照组相比已有显著增加。

3 OCTA用于监测DR病情变化

通过OCTA可观察到所有FA显示的DR相关视网膜微血管形态改变，例如：微动脉瘤、静脉串珠样改变、视网膜内微血管异常、无灌注区、新生血管(neovascularization, NV)等，因此OCTA具备用于DR分期的潜在价值[23-24,28,43-45]。

视网膜内节段性扩张的毛细血管、新形成的侧枝血管和视网膜内的NV都被纳入“视网膜内微血管异常”(intraretinal microvascular abnormalities,IRMAs)的范畴[46-47]。过去对IRMA的诊断依靠眼底彩照和FA的平面图像。现在，借助OCTA的视网膜断层扫描和en face图像能对IRMA进行多维度观察，OCTA诊断IRMA的敏感度比ETDRS研究中采用眼底彩照方法的敏感度提高了50%[43,45,48]。视网膜全层的en face OCTA图像在分辨IRMA和NV时可能会遇到困难，这使视网膜全层的en face OCTA图像诊断视网膜NV的敏感度与FA相同但特异度略低[49]。但若把视网膜断层扫描图像与玻璃体视网膜交界面的en face图像结合起来，多维度的OCTA观察将有助于区分IRMA和视网膜NV[49]。

借助OCTA对视网膜微血管病变的形态观察还能对DR的发展趋势进行预判。例如，Pan等[45]观察发现在OCTA图像中呈“海扇”状的IRMA更倾向于进展为新生血管并侵入视网膜表面或玻璃体腔内。

Russell等[50]回顾了651例PDR患眼超广角FA检查结果后发现，99.4%的视网膜NV都位于超广角OCTA的扫描范围内。Sawada等[49]通过将DR患者5个注视方位的广角OCTA图像进行拼接使广角OCTA的扫描范围增大为原来的2.4倍。以广角FA图像为标准，在Sawada等[49]所观察的全部PDR患眼都能够在拼接的广角OCTA图像范围内找到视网膜NV。Russell等[50]和Sawada等[49]的研究都提示，尽管广角OCTA的检查范围小于超广角FA，但广角OCTA已可独立用于大多数PDR患眼的临床诊断和随访。

黄斑缺血与DR病变进展相关，是视功能预后的独立危险因素[22]。除上文所提到的FAZ面积之外，其他由OCTA直接检测或衍生的参数也被用作黄斑区视网膜血流的量化分析，例如：黄斑区毛细血管密度(vessel density, VD)、毛细血管灌注密度(capillary perfusion density, CPD)、血流指数(flow index, FI)、血管骨架密度(skeleton density, SD)、毛细血管密度指数(capillary density index, CDI)、血管分形维数(fractal dimension，FD)等。黄斑区VD以特定区域内血管影所占面积的百分比来表示。OCTA的定量研究提示，与健康对照组相比，DR患眼黄斑区毛细血管VD降低[26,28-29,51-52]。并且DR患眼视网膜不同层次的毛细血管VD变化不完全同步。多项回顾性研究都提示，视网膜深层血管丛的VD变化与DR病情加重具有更显著的相关性[18,20,29,53]。Sun等[54]为期2年的前瞻性临床研究更进一步证实，视网膜深层血管丛VD降低的患眼具有较高DR病变加剧的风险。VD的改变不仅发生在视网膜血管中，脉络膜毛细血管层VD也发生了相似的改变[28,30]。Choi等[28]的研究显示，无论是在视网膜还是脉络膜，VD下降均早于检眼镜检查发现异常。FD是用血管分支的复杂程度来反映DR病情严重程度的指标，不受血管管径的影响[27，55]。DR患眼视网膜浅层和深层血管丛的FD值都比健康对照组降低[26-27]。Chen等[27]的研究提示，2型DM患者视网膜深层血管丛的FD是自DR早期即发生改变的指标之一。Sun等[54]的前瞻性临床研究提示，和VD一样，深层毛细血管丛FD下降的患眼具有更高的DR病变进展风险。

4 OCTA指导DR治疗和疗效评价

将OCTA运用于DR患眼，可为制订治疗方案、评价疗效提供信息。

由于不受造影剂渗漏的影响，通过OCTA可以清晰地观察视盘、视网膜内以及突破内界膜的NV[28,43,56-57]。Ishibazawa等[56]首先尝试利用OCTA检测NV面积，对病灶进行动态、定量评价。后续研究也显示，PDR患眼在接受有效的全视网膜光凝(pan-retinal photocoagulation, PRP)或眼内注射抗血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)治疗后，借助OCTA可以看到NV病灶缩小、病灶内血管分支密度下降；反之则提示病变加重[57-58]。

糖尿病黄斑水肿(DM macular edema, DME)是导致DM患者严重视力损害的重要原因。Lee等[59]的研究发现，OCTA图像中黄斑区视网膜深层血管丛的微动脉瘤(microaneurysms, MA)密度增加、VD下降、FAZ区扩大提示患眼黄斑缺血，抗VEGF药物眼内注射对此类DME的疗效不佳。Parravano等[60]的研究进一步提示，频域OCT断层图像中的MA若呈现高反射信号，并且可被OCTA检测到，提示MA瘤体内血液流速高；这类MA可能引起较大程度炎症因素参与血-视网膜屏障损害，视网膜水肿增厚的发生率较高；抗VEGF或糖皮质激素眼内注射对因这类MA导致的DME常有明显的疗效。若频域OCT断层图像中有较多低反射信号，并且OCTA不能检测到MA，提示血流低灌注甚至无灌注，此类视网膜水肿的疗效不佳。

黄斑区视网膜深层的MA数量和密度增加与DME(尤其是黄斑囊样水肿)的发病有关[61]。若用OCTA定位MA，采用抗VEGF药物与针对渗漏的MA局灶激光的联合治疗不仅可取得与单纯抗VEGF药物治疗相近的疗效，还可能明显减少注药次数。将OCTA与频域OCT联合用于观察激光光凝所引起视网膜神经上皮层、色素上皮层以及脉络膜毛细血管层的改变，有助于调整激光治疗所需的能量，减少激光损伤[62]。

有研究[45]根据OCTA所观察到的视网膜NV起源、分布、走行特征将早期PDR的NV分为3型。1型最常见，分布于后极部；起源于视网膜神经节细胞层和神经纤维层内无灌注区边缘的视网膜主干静脉侧，通过一分支穿过内界膜后附着于玻璃体后皮质，再沿着后皮质的界面发出若干小分支。2型和3型NV主要分布于周边部视网膜。2型NV由视网膜内核层的无灌注区内长出，3型则起自于周边视网膜无灌注区内形似海扇状的IRMA。这2型NV在视网膜内就已经分为若干侧支，分散多处穿破内界膜，与视网膜黏附紧密。3种类型NV增殖所形成的纤维血管膜与玻璃体后皮质黏附特点不同：由1型NV形成的纤维血管膜与玻璃体后皮质之间常存在空隙，而2、3型NV发展形成的纤维血管膜往往与玻璃体后皮质紧密黏附成片。针对不同黏附特点的纤维血管膜，在玻璃体切除手术中分别采用常规玻切头切削(1型)或双手剥膜(2、3型)的方式清除，有助于减少术中医源性视网膜裂孔的产生[45]。

5 OCTA为DR的病理机制探讨提供注解

MA是临床诊断DR的早期重要体征。MA的发生、发展与DR病情之间的密切关联是众多研究的焦点。病理学研究为认识MA贡献了重要证据。例如，Moore等[36]采用共聚焦显微镜对DM患者尸体眼视网膜的观察发现，MA可见于从视网膜神经纤维层到视网膜外核层和外丛状层交界处的视网膜，但MA主要起源于视网膜内核层(inner nuclear layer, INL)。病理学观察还提示，血管内皮细胞、周细胞、基底膜、平滑肌细胞的病变参与了MA的形成[63]。既往临床研究提供了MA与DME发病关联的线索。Haritoglou等[64]采用OCT的研究提示，MA是临床有意义的黄斑水肿的重要预测因素。Murakami等[65]通过FA和OCT的对照观察提出，黄斑囊样水肿的患眼黄斑中心凹周围毛细血管网的MA数量明显多于其他类型的DME患眼。Wang等[66]借助与FA同步的OCT观察到渗漏的MA在OCT图像里间接表现为MA对应处视网膜厚度增加和视网膜层间高反射信号[66]。然而，Blair等[67]观察发现并非所有的MA都表现为高渗透性，即便在FA中渗漏荧光的MA附近视网膜也不一定发生水肿和增厚。

多项运用OCTA的临床研究针对DR患眼MA的定位观察和定量检测都符合已有的研究发现。MA在OCTA图像中主要分布于视网膜的深层血管丛(位于内丛状层的外边界至外丛状层的外边界，包括INL)[44,56,61,68]。Hasegawa等[61]的OCTA研究证实，DME区域视网膜深层血管丛内的MA数量和密度明显高于非水肿区；囊样型的DME患眼水肿区内、外MA数量的比值显著高于其他类型的DME患眼。运用OCTA的临床观察再次表明，位于视网膜深层血管丛的MA参与了DME的发病，尤其是黄斑囊样型水肿的患眼。

Parravano等[68]将频域OCT和 OCTA联合用于MA的临床观察。通过将同一MA在频域OCT断层图像和 OCTA的en face图像中的特征进行比对发现，在频域OCT断层图像里呈现低、中、高反射信号的MA多数分布于视网膜深层血管丛；中、高反射的MA在OCTA图像中被显影的比例明显高于低反射信号的MA[68]。频域OCT的反射信号强弱、OCTA显影与否都与血管内血细胞的流速有关，在频域OCT中呈高反射信号的MA瘤体内血细胞流速可能较快[69-70]。Parravano等[68]对MA的前瞻性研究发现，66%分布于视网膜深层血管丛内呈高反射信号的MA在为期1年的随访中引起周围视网膜水肿增厚，而仅18%的低反射信号MA周围视网膜出现水肿增厚；频域OCT扫描呈现高反射信号、在OCTA图像中显现、瘤体内有血流信号是MA导致视网膜水肿增厚的高危因素[60]。以上2项研究提示，MA瘤体内快速的血流可能直接或间接损害血-视网膜屏障功能从而造成附近视网膜的水肿增厚；位于视网膜深层血管丛内的MA是DME发病的重要原因。实际上，既往的病理学研究也提示，MA的发生与DM患者视网膜微血管内血液流变学改变、毛细血管局部静水压增高有关；在MA内发现的大量炎症细胞也参与了致病[63]。OCTA的应用不仅是临床研究手段的拓展，也为病理学研究提供注解，拉近了病理学研究和临床实践之间的距离。

6 OCTA的局限

作为一项新兴的检查手段，OCTA尚不能完全取代传统的FFA。一方面，OCTA不能呈现FA中所观察到的荧光剂血管充盈、荧光剂积存、血管壁着染和荧光剂渗漏的影像，故不能借此了解视网膜血管壁结构和屏障功能的改变。另一方面，OCTA的成像依靠检测血管内红细胞的相对运动。血细胞移动的速度、方向都会影响OCTA对血流的探测和对血管像的显影。例如，当MA被血栓堵塞或其内的红细胞流速过低(流速<0.3 mm/s[65])，呈涡流状态，OCTA就不能清晰显示甚至遗漏MA[7,21]。在图像判读时，因视网膜毛细血管的末梢以及走向与扫描截面垂直的毛细血管在OCTA图像上与MA形似而容易产生混淆[11,21,35,40,56]。由于视网膜毛细血管最小管径仅约3～6 μm，而目前商用OCTA设备在横断面上最小分辨率约为20 μm，因此OCTA检测还受到其自身分辨率的限制[7,71]。作为一种光学检测技术，OCTA的图像还受到屈光间质混浊、运动伪影、投射伪影等的干扰，视网膜水肿、渗出也会影响OCTA自动分层的准确性[7,72]。以上都可能成为FA和OCTA在检测MA时敏感度和特异度存在差异的原因[56,73]。一些研究[43-44]认为，在检测MA的敏感度方面，传统的FA要优于OCTA[43-44]。目前OCTA的扫描范围也还有待扩展。以上这些OCTA的局限有望通过影像和计算机等技术的提高得以改善或解决。

尽管利用OCTA的定量研究众多，但对照各研究可以发现，相同指标的具体数据存在差异。因所采用的OCTA设备、研究对象入组标准、研究方法等诸多差异，在解读时不能将各研究的数据进行直接比较。由于缺乏前瞻性、随机、大样本的研究数据，目前众多的OCTA定量指标尚不能用于临床实践中。

7 结语

OCTA是近年来眼科影像领域最具革新性的技术之一。自问世以来，OCTA就很快被应用到了DR的筛查、治疗、监测或病理机制探讨等多个方面。可以预见，随着OCTA软硬件的持续改进，未来OCTA在DR中的应用还将继续拓展，不断深入。