多光谱眼底成像在糖尿病视网膜病变中的应用进展

甘润 马菲妍 白杰 冬雪川

据调查显示,30%～60%的糖尿病患者会出现视网膜病变,15%～20%的患者可发展为严重增殖性视网膜病变［1］。糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)以渐进性的视物模糊为主要特征,一旦发生视网膜病变将对患者的生活和工作容易造成极大的不便,也是导致糖尿病患者生活质量下降的重要因素之一［2］。早期对该病多采用荧光素眼底血管造影(fundus fluorescein angiography,FFA)进行诊断,但随着患病人群的逐年增加,FFA检查的弊端逐渐现象,如荧光素泄露、难以分层成像、造影剂过敏反应等,使之在临床推广受到限制［3］。近年来随着医学技术的不断发展与创新,多光谱眼底成像技术(multiple spectrum imagine,MSI)以其无创、快速、操作简便、可反复使用等优势越来越广泛应用于临床上,为充分评估MSI对DR的诊疗价值,作者就近年来诊断DR中MSI的作用进行综述,给临床提供一定的指导价值,具体内容如下。

1 影像学成像的病理基础

糖尿病逐渐成为世界范围内危害人体健康重要疾病,据流行病学数据显示,13年后糖尿病患病人数达到5.52亿,DR为老年糖尿病患者中常见且严重微血管并发症,眼底病变中其患病率排名第一,上述疾病往往会并发玻璃体积血、视网膜前增殖膜及牵拉性视网膜脱落,对患者视力造成危害,在DR中主要涉及两方面的病理改变,分别为视路组织结构及病理组织发生变化与眼部相应血管发生变化［4］。

1.1 视觉通路的改变 因视路组织结构改变是视网膜病变的最主要因素,同时涉及到眶内段视神经、颅内段视觉通路及视中枢3个部分解剖结构的改变。以前者较为常见,包括部分缺血性视神经病变及糖尿病所导致的视盘水肿与视神经萎缩；视觉通路改变主要是由于长期血糖升高将会破坏视觉通路髓鞘结构及胶质细胞质中细胞器,干扰神经营养因子的正常运输,导致视神经细胞的紊乱与死亡。在一项研究中提出,在视中枢外周神经损害后可出现大脑功能的可塑性重组,并伴有解剖形态的变化［5］。

1.2 眼部血管的改变 眼部血管的变化常涉及到视网膜中央动脉、睫状动脉、视网膜毛细血管、眼动脉及其周围的毛细血管与毛细血管前小动脉,上述动脉的改变大多为血管解剖结构的重塑与血液循环不畅。

1.3 视网膜神经细胞损害与眼部血管损害的关系 研究认为,在DR早期,多为视网膜微血管病变,并伴随神经纤维层的病理改变,其主要是由于神经细胞突起肿胀导致周围血管受到压迫,进而导致血管的狭窄与闭锁,同时也有可能导致视网膜神经元与神经胶质细胞代谢的异常,进而引起以视网膜神经节细胞减少为典型特征的视网膜神经组织退变,并且视网膜神经纤维层变薄也是导致视力改变的重要原因［6］。

2 MSI对DR的诊断价值

多光谱成像是在空间成像的基础上发展而来,通过多个特定频率范围的光获得成像数据的影像学方式,是利用多个单色发光二极管光源分别投射入眼底不同深度的组织,结合各个组织吸收光谱的差异,采集眼底不同深度的单色光反射图像,作为诊断依据［7］。早期MSI多被应用于遥感领域,如军事侦察、环境监测等,近年来被逐渐引进生物医学领域。

MSI目前用于多种眼底疾病的检查,如高血压、DR、动脉硬化、外层渗出性视网膜病变(Coats病)、血管阻塞性疾病、葡萄膜渗漏综合征、家族性渗出性玻璃体视网膜病变(FEVR)、视盘小凹、黄斑交界区疾病、自身免疫性视网膜病变、息肉状脉络膜血管病、视神经乳头的水肿及视网膜营养障碍性疾病等的检查,同时在青光眼的视神经变化中、对称性缓慢进展的黄斑变性疾病(Stargardt病)等也见到相关研究［8］。龚健杨等［9］的研究中收集了95例2型糖尿病患者免散瞳眼底照相和多光谱视网膜成像照片资料,结果显示,眼底造影检查与免散瞳眼底照相检查在DR 0～1期为98%,2～3期的一致率为100%,多光谱在DR视网膜特征显示方面略优于眼底照相,同时具有一定的筛查作用。仇长宇等［10］的研究结果显示,MSI诊断微血管瘤的灵敏度84.0%,特异度为88.9%,阳性预测值达到了91.3%,阴性预测值为80.0%,认为MSI在筛查DR中有较好的可靠性及诊断价值。梁超群等［11］分析1例先天性视盘小凹的资料,经多光谱视网膜成像系统(retinal health assessment,RHA)波长在590、740、850 nm示,视盘颞侧灰色小凹颜色逐渐变深,清晰度逐层递增,黄斑区散在白色点状病灶,黄斑区上下血管弓之间视网膜隆起,可有效辅助诊断先天性视盘小凹。洪博等［12］提出,经过多光谱眼底分层成像能够系统客观、清晰记录眼底改变,当投射不同波长的光后,根据吸收程度的差异对视网膜及深层视网膜将会产生相对应的反射,并且不同层次的视网膜与脉络膜、不同组织和细胞类型所含的色素成分及含量也各不相同,因此对于不同波长的单色LED光源投射至眼底组织,在各个深度上产生不同反射,被图像采集系统记录后形成各个层次的眼底图像,适合应用于飞行员体检和筛查中。相比较目前临床同样比较新兴的光相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)检查,MSI一次能用10种光谱从冠状位由表层到深层显示玻璃体视网膜交界区及周围相关组织的形态［13］,并且MSI还能模拟FFA与脉络膜造影图像,通过血氧定量法区分视网膜的低灌注及异常高灌注区域,从而协助诊断视网膜微血管病变,对于一些存在FFA相对禁忌证的患者而言,是最佳替代方式,MSI具备安全无创、有效、便捷等优势,为研究早期DR的血液流变学开拓了新天地［14］。

3 小结

视网膜病变作为糖尿病患者常见且并发症率较高的疾病,往往对糖尿病患者的生活质量与身心健康造成严重影响,尽管MSI作为一种全新的诊断方式,在DR的诊断表现已得到临床广泛认可,并为该病的早期及无创诊断带来曙光,但在临床应用中仍有以下不足［15］：①MSI虽能显示黄斑水肿、渗漏、无灌注区,但无法显示血管渗漏的动态过程；②无法全面反映眼底荧光造影所显示的微循环异常；③MSI目前仅能作为FFA与OCT的补充,并不能完全替代FFA及OCT。下一步建议开展较大规模的前瞻性连续病例研究,进一步展示MSI的诊断能力。