无视网膜病变2型糖尿病患者黄斑区血管密度及其影响因素△

张浩 张鑫鹏 赵芊 张涵 张云良 刘爱华 张欣鹏 杨菊红

近几年国内外大量研究显示，糖尿病视网膜病变(DR)最早出现的眼底病理变化是视网膜血管微循环障碍，包括周细胞凋亡、缺失[1]，以及黄斑区血管密度下降[2]。黄斑区血管密度的下降可预测糖尿病患者视网膜病变的发生。如果能够早期识别黄斑区血管密度下降的患者并予以早期干预，可延缓甚至预防DR的发生。虽然目前国内外已有免散瞳眼底照相、光学相干断层扫描血管成像(OCTA)、荧光素眼底血管造影(FFA)等多种方法可用于计算患者的黄斑区血管密度，然而OCTA和FFA检查需要特殊的设备，且FFA检查时所用的造影剂导致的肾损伤也令人担忧。免散瞳眼底照相由于具有无需散瞳、图像客观、患者顺应性好、操作简便、价格便宜等特点，基层医院应用广泛。目前我们开发了一款基于眼底照相的自动化计数软件，可实现快速、准确地读取眼底黄斑区的血管密度。我们应用此方法分析了无视网膜病变的2型糖尿病患者眼底血管密度及其影响因素，以实现早期识别、早期干预眼底微循环下降的患者，从而达到预防及延缓DR的目的。

1 资料与方法

1.1 一般资料随机选取2017年11月至2018年3月于保定市第一中心医院内分泌科住院的2型糖尿病患者140例为研究对象，140例患者中，男87例，女53例，年龄20～75(54.66±12.79)岁，糖尿病病程1～30 a(平均7.19 a)。入选患者均经眼科医师行眼底常规检查和免散瞳眼底照相。纳入标准：(1)符合1999年世界卫生组织(WHO)制定的2型糖尿病诊断标准；(2)不伴有DR；(3)年龄18～75岁。排除标准：(1)免散瞳眼底照相中图像不清晰者；(2)因青光眼、葡萄膜炎、白内障、玻璃体混浊等眼科疾病造成视功能损伤者，或患有其他眼科疾病正在进行治疗者；(3)出现急性代谢紊乱的患者(如糖尿病急性并发症等)；(4)严重肝肾疾病、血液系统疾病及急性心脑血管疾病的患者；(5)急性严重感染的患者；(6)合并影响血糖的其他内分泌系统疾病者。本研究获保定市第一中心医院科研伦理委员会批准,所有患者均知情同意，并签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 一般检查所有患者入院时均记录年龄、糖尿病病程、身高、体质量，计算体质量指数(body mass index,BMI)，即BMI=体质量/身高2(kg·m-2)。所有患者安静休息10 min，保持上臂置于心脏水平，应用上臂式医用电子血压计测量血压,相隔1～2 min重复测量,取2次读数的平均值记录收缩压(SBP)及舒张压(DBP)。如果SBP或DBP的2次读数相差5 mmHg(1 kPa=7.5 mmHg)以上,应再次测量,取3次读数的平均值记录。

1.2.2 血生化检查所有患者均禁食8～10 h后于第2天清晨采集空腹静脉血，以4000 r·min-1离心 5～7 min。酶法检测空腹血糖(FBG)、尿素氮(UREA)、肌酐(CREA)和甘油三酯(TG)，速率法检测谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)含量，CHOD-PAP法检测总胆固醇(TC)含量，直接法检测低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)含量，液相发光色谱法检测糖化血红蛋白(HbA1c)，电阻抗法检测红细胞计数(RBC)、红细胞压积(HCT)和血小板计数(PLT)，SLS法检测血红蛋白(HGB)含量，流式细胞法检测白细胞数(WBC)和中性粒细胞数(NEUT)，凝固法检测纤维蛋白原(Fbg)含量。主要检测仪器为爱科来HA8180 HbA1c分析仪、 XN-9000全自动血液/体液分析仪、日立7600全自动生化分析仪。

1.2.3 眼底检查采用日本拓普康NW8免散瞳眼底照相机行免散瞳眼底照相检查，操作及读片均由专门的眼科医师进行。

1.2.3.1 基于人工智能技术进行黄斑区血管密度测定方法采用黄斑血管分割法测定黄斑区的血管密度(图1)。黄斑区：即以黄斑中心为中心的直径为2个视盘直径(PD)的圆形区域；无血管区：即以黄斑中心为中心的直径为1 PD的圆形区域。血管密度测量区域为黄斑区和无血管区之间的区域。利用文献[3]的方法定位黄斑中心(图1A)。利用文献[4]的方法对视盘进行分割，计算视盘半径用于提取方形黄斑区域，便于后续分割(图1B)。采用基于方向跟踪和像素卷积描述的黄斑血管分割方法，简述如下：用复合伽玛校正增强对比度；应用阴影校正和各向异性耦合扩散滤波去除无血管区域并消除噪声；然后，利用相位一致性对黄斑区提取后的血管进行分割(图1C)；最后，有些血管是不连续的，基于容器的局部连续性，设计了一种连接容器的方向跟踪法来连接不连续的血管；通过基于逆高斯行为的像素卷积法来计算血管的宽度(图1D)。分割结果用于血管密度测量。血管密度的计算公式为：血管密度=血管像素/黄斑区内所有像素。该方法已在DRIVE[5]和STARE[6]数据库上应用标准眼底成像进行了测试，平均灵敏度为0.862，准确度为0.894。

图1 黄斑血管分割法测定黄斑区血管密度 A：定位黄斑中心；B：确定黄斑区；C：阈值分割结果；D：视网膜图像中血管的灰度分布

1.2.3.2 眼底摄像的标准化为了获得高精度和测量一致性，本研究遵循中华医学会眼科学分会制定的统一标准[7]：(1)每眼拍摄2个眼底图像。(2)根据眼底照相机的规格，每个图像的视野为45°。(3)位置要求：黄色实线代表距离图像中心1 PD范围的距离，黄色虚线代表距离图像中心2 PD范围的距离；在图2中，图A合格：黄斑中心凹距离图像中心<1 PD；图B勉强合格：黄斑中心凹距离图像中心缘1～2 PD；图C不合格：黄斑中心凹距离图像中心>2 PD。

图2 眼底摄像的位置要求 A：合格；B：勉强合格；C：不合格

1.2.4 分组入选患者黄斑区血管密度值为0.026 28～0.292 70，以中位数0.094 87为界分为两组，黄斑区血管密度<0.094 87的患者70例为低血管密度组，眼底血管密度≥0.094 87的患者70例为高血管密度组。比较两组患者的一般资料、血生化指标的水平。另外入选了40例健康体检者作为健康对照组，同时在140例糖尿病患者中选择年龄、性别、身高、体质量、SBP、DBP等指标均匹配的40例为糖尿病组，测量两组的黄斑区血管密度并比较。

2 结果

2.1 不同黄斑区血管密度患者的一般资料比较与高血管密度组相比，低血管密度组患者的年龄、SBP均较高，体质量较低，差异均具有统计学意义(均为P<0.05)。两组患者的糖尿病病程、身高、BMI、DBP差异均无统计学意义(均为P>0.05)(见表1)。

表1 不同黄斑区血管密度患者的一般资料比较

2.2 不同黄斑区血管密度患者的血生化指标比较与高血管密度组相比，低血管密度组患者的HCT、RBC和HGB含量均较低，差异均有统计学意义(均为P<0.05)。两组患者的FBG、HbA1c、ALT、AST、UREA、CREA、TG、TC、LDL-C、HDL-C、PLT、WBC、NEUT、Fbg相比，差异均无统计学意义(均为P>0.05)(见表2)。

表2 不同黄斑区血管密度患者的血生化指标比较

2.3 Logistic回归分析影响黄斑区血管密度的因素以血管密度值为因变量，以年龄、体质量、SBP、HCT、RBC、HGB为自变量，行二元Logistic回归分析，结果显示，SBP和RBC是黄斑区血管密度的独立影响因素，且与血管密度均呈负相关(均为P<0.05)(见表3)。

表3 Logistic回归分析影响黄斑区血管密度的因素

2.4 健康对照组与糖尿病组黄斑区血管密度的比较健康对照组与糖尿病组相比，两组在性别、年龄、身高、体质量、SBP、DBP上的差异均无统计学意义(均为P>0.05)(见表4)，提示两组基本信息均衡，具有可比性。健康对照组黄斑区血管密度(0.100 49±0.030 00)高于糖尿病组黄斑区血管密度(0.075 54±0.020 00)，差异具有统计学意义(t=4.188,P<0.001)。

表4 健康对照组与糖尿病组一般资料比较

3 讨论

DR是糖尿病常见的微血管并发症之一，其发病率随着糖尿病病程的延长而增高，是导致视力丧失的主要原因。据不完全统计，我国2015年糖尿病患者已达1.14亿[8]，而到2025年估计超过4.39亿[9]。目前，我国2型糖尿病患者中合并DR的患者比例高达1/3[10]。DR的发展是一个动态、多步骤、复杂且缓慢的病理过程，长期高血糖状态患者机体过剩的葡萄糖不能通过正常途径进行糖酵解，而经多元醇通路代谢，导致患者视网膜血管的内皮细胞、周细胞、色素上皮细胞、神经细胞内积聚大量山梨醇，细胞内渗透压增高，细胞肿胀、变性、坏死。同时，血糖升高还可以诱导细胞内氧化应激，促使炎症发生和血栓形成，破坏视网膜血管内皮细胞间的紧密连接，使周细胞凋亡，基底膜增厚，血管通透性增加，造成血管结构和功能改变，视网膜血管血流量减少，毛细血管闭塞，最终导致视网膜神经元凋亡和神经纤维缺血坏死[11]。DR导致视功能损伤的一个重要因素就是黄斑区的微循环障碍[12]。由于早期视网膜毛细血管损害不会完全形成局部明显的无灌注区域，而是表现为视网膜血管密度降低，因此，眼底血管密度的变化是早期DR的特异性指标之一[13]。本研究结果显示，相对于同年龄健康对照人群，糖尿病患者黄斑区血管密度明显下降。而李慧等[14]也发现，正常人的黄斑区平均血管密度明显高于糖尿病患者；Mastropasqua等[15]发现，DR患者黄斑周围血管密度降低并且与疾病的严重程度有关。

有研究[16-17]发现，高血压会显著增加DR的发病率。糖尿病患者往往存在视网膜微血管硬化、血循环障碍等；而血压升高，尤其是SBP升高会导致视网膜血管的高灌注，损伤血管内皮，引起毛细血管渗透压增加，诱发视网膜水肿，促使DR发生[18]。本研究结果显示，与高血管密度组相比，低血管密度组患者的SBP明显升高，表明高血压，尤其是SBP的升高可能是糖尿病患者黄斑区血管密度下降的危险因素之一。

另外，本研究结果发现，与高血管密度组相比，低血管密度组患者的RBC明显升高。糖尿病患者常合并肥胖或睡眠呼吸暂停综合征，机体处于缺氧状态，因此，低血管密度者的RBC升高可能是机体对抗低氧的代偿性反应。已知高血糖能使红细胞内2，3-二磷酸甘油酸水平降低，红细胞携氧能力减弱，另外，糖尿病患者HbAlc在HGB中的比例增高，对氧的亲和力高于正常HGB，氧不易扩散至组织中，从而引起视网膜组织慢性缺血缺氧，进而造成组织损伤[19]。同时，高血糖可诱导线粒体功能异常，导致过量活性氧的产生，后者损伤血管内皮细胞并增加炎症因子，促进白细胞停滞和微血栓形成，诱导局部毛细血管闭塞，导致视网膜缺氧[20]。而低血管密度者RBC升高可能进一步导致视网膜局部微循环减慢、毛细血管闭塞，加重视网膜病变的发生。因此，长期慢性高血糖与缺氧是DR发生、发展的关键因素[21]。可见，RBC升高是糖尿病患者黄斑区血管密度下降的危险因素，而改善患者全身缺氧状态，如肥胖、睡眠呼吸暂停综合征等，可能有利于延缓及预防DR的发生。

综上，黄斑区血管密度是评价早期DR的特异性指标之一。高血压及缺氧状态是2型糖尿病患者黄斑区血管密度下降的独立危险因素，降低血压及改善缺氧状态对预防、延缓DR的发生具有重要意义。采用基于方向跟踪和像素卷积描述的黄斑区血管分割方法可自动计数患者黄斑区的血管密度，该技术无创、简单、价格便宜、依从性好，可在临床中广泛应用及推广。