iTrace和Pentacam及LOCSⅢ参数在晶状体混浊程度评估中的相关性

罗家伟，季 敏，秦苗苗，李鹏飞，管怀进

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0 引言

白内障是目前全球首位的致盲性眼病，其最常见的类型之一是年龄相关性白内障(age-related cataract，ARC)[1]。目前ARC唯一有效的治疗方法仍是手术，而客观准确地评价ARC患者晶状体的混浊程度是制定手术方案和判断预后的关键。当前评价白内障混浊程度的方法可分为主观分级法与客观测量法[2]。

晶状体混浊分级系统Ⅲ(lens opacities classification system Ⅲ, LOCSⅢ)是目前临床运用最广泛的主观分级法[3]。LOCSⅢ分级法需要医生借助裂隙灯显微镜观察患者晶状体，根据标准图例对晶状体的皮质、核、后囊混浊程度进行分级，对医生诊断水平要求较高，很难进行客观的评价。此外，近年来还出现了几种客观测量白内障混浊程度的方法。

Pentacam是由德国Oculus公司开发的眼前节分析系统[4]。它使用旋转LED光源(波长475nm)通过 Scheimpflug照相系统对散大瞳孔后的眼前节进行扫描照相，并根据Scheimpflug照片的光密度对眼前节进行3D建模。其内置的Pentacam核分级 (pentacam nucleus staging，PNS) 功能可在0～5级的范围内判断白内障核硬度，同时可导出25/50张眼前节Scheimpflug照片，以供后续分析[5-6]。

iTrace视功能分析仪可投射256个平行近红外光束到视网膜上，并检测反射回的激光束所携带的信息(如光线位移和能量衰减)。综合计算上述数据得出晶状体功能失调指数(dysfunctional lens index，DLI)和晶状体混浊地形图混浊分级(opacity map grade，OMG)，可反映晶状体功能和混浊程度。DLI范围为0～10分，评分越低，测量区域内的晶状体混浊程度越高[7]。OMG范围为0～5级，评级越高，测量区域内的晶状体混浊程度越高。

本研究分析了PNS、Scheimpflug图像的区域累积光密度(integrated density，IntDen)、OMG、DLI 与LOCSⅢ分级之间的相关性。以探索其在ARC临床诊断中的价值。

1 对象和方法

1.1对象前瞻性横断面研究。纳入2021-05/08于南通大学附属医院眼科接受白内障手术的ARC患者104例104眼,其中男34例，女70例，平均年龄67.75±10.69岁。纳入标准：(1)符合ARC的诊断标准；(2)年龄50～80岁。排除标准：(1)合并高度屈光不正、角膜病、眼底病、玻璃体混浊等其他眼病；(2)合并系统性红斑狼疮、糖尿病、肿瘤等全身性疾病；(3)患者无法配合完成所有检查；(4)患者瞳孔无法散大至直径大于6mm。本研究遵循《赫尔辛基宣言》原则，并通过了本院医学伦理委员会批准(No.2021-L091)。所有纳入研究的患者均在研究开始前签署了知情同意书。

1.2方法

1.2.1裂隙灯检查和LOCSⅢ分级患者用复方托吡卡胺滴眼液充分散瞳后，由同一眼科医师于裂隙灯显微镜下检查其晶状体。分别拍摄晶状体45°窄裂隙与后部反光法照片。根据LOCSⅢ标准图例，确定其晶状体核混浊度分级(nuclear opalescence，NO)，核颜色分级(nuclear color，NC)，皮质性白内障分级(cortical cataract，CC)，后囊膜下性白内障分级(posterior subcapsular cataract，PSC)参数。

热管热回收利用蒸发制冷的原理，当热管蒸发端受热时，液体吸收热量迅速蒸发，蒸汽在微压差作用下流向冷凝端释放热量冷凝成液体，液体再流回蒸发段，如此循环热量由热管蒸发端传至冷凝端。热管冷凝段和蒸发段是两个完全独立的换热器，彼此分离，分别放置在新风进风段和排风段，不会造成排风对新风的污染，非常适合于医院这样对新风要求严格的场所。

表1 Pentacam参数原始数据分布情况

1.2.2Pentacam检查患者采用复方托吡卡胺滴眼液充分散瞳，由同一位眼科医师使用Pentacam眼前节分析系统扫描眼前节参数。扫描模式模式为：360度，扫描25个切面，自动扫描。PNS参数设置为晶状体中央3mm、高度2.4mm、距离前囊8.3mm、距离后囊4.8mm区域。此外，导出25个轴向切面的Scheimpflug图像，使用Image J图像分析软件分别选取并计算感兴趣区域(region of interest，ROI)的累积光密度值(integrated density，IntDen)。ROI设定如图1所示，分别代表前皮质区(含前囊)，周边皮质区，核区，后皮质区(含后囊)。每个ROI的IntDen在分别测量25个切面的数据后取平均值。

图1 Scheimpflug图像ROI分区示意图 1：3mm范围前囊区(含前皮质)；2：3mm范围核区；3：3mm范围后囊区(含后皮质)；4：3～6mm范围晶状体(周边皮质)；5：3mm范围晶状体；6：6mm范围晶状体；7：6mm范围后囊区(含后皮质)。

1.2.3iTrace检查所有患者经复方托吡卡胺充分散瞳后，在暗室环境中，由同一位的眼科医师用iTrace视功能分析仪及其配套软件测量和计算3mm区域与6mm区域的DLI和OMG。每眼重复3次，取平均值。

2 结果

2.1各参数原始数据分布情况Pentacam参数原始数据分布见表1，LOCSⅢ参数原始数据分布见表2，iTrace参数原始数据分布见表3。

表2 LOCSⅢ参数原始数据分布情况

2.2三种仪器测量晶状体混浊程度的相关性

2.2.1Pentcam参数与LOCSⅢ分级的相关性如表4所示，PNS分级与NC强相关(r=0.521，P≤0.001)，与NO中等相关(r=0.440，P≤0.001)。3mm范围IntDen、3mm范围核区IntDen、6mm范围IntDen与NC、NO均有相关性，且三者均与NC相关性更强。此外3mm范围后囊区IntDen与NC(r=-0.315，P=0.001)、NO(r=-0.321，P=0.001)均中等负相关。其余各数据之间未见显著相关性(P>0.05)。

表4 Pentacam参数与LOCSⅢ参数的相关性分析

2.2.2iTrace参数与LOCSⅢ参数的相关性如表5所示，3mm范围DLI与NC、NO、PSC均负相关(r=-0.257、-0.234、-0.282，均P<0.05)。6mm范围DLI与NC、NO、PSC均负相关(r=-0.247、-0.304、-0.227，均P<0.05)。3mm范围OMG与CC、 PSC均正相关(r=0.268、0.333，均P<0.05)，6mm范围的OMG与CC、PSC均呈正相关(r=0.275、0.245，均P<0.05)。其余各参数未见显著相关性(P>0.05)。

表5 iTrace参数与LOCSⅢ参数的相关性分析

2.2.3Pentacam参数与iTrace参数相关性如表6所示，PNS与3mm范围DLI负相关(r=-0.217，P=0.027)，且3mm范围核区IntDen与3mm范围DLI负相关(r=-0.197，P=0.046)，其他各参数未见显著相关性(P>0.05)。晶状体Scheimpflug照片的6mm范围IntDen、3～6mm范围晶状体IntDen、6mm范围后囊区IntDen与6mm范围的DLI、OMG均未见相关性(P>0.05)，见表7。

表6 瞳孔中央3mm范围Pentacam参数与iTrace参数的相关性分析

表7 瞳孔中央6mm范围Pentacam参数与iTrace参数的相关性分析

3 讨论

白内障作为当今世界主要的致盲性眼病之一，尚无有效的治疗药物，唯一有效的治疗方案仍是手术摘除[9]。准确、客观、可重复地评价白内障的混浊程度是制定手术方案和判断预后的重要依据。LOCSⅢ是全球眼科医师广泛使用的白内障分级方法[2]。在LOCSⅢ法中，观察者通过45°窄裂隙光柱探查患者晶状体核，用核颜色和核光晕面积评价核性白内障的硬度与大小；使用后部反射法观察皮质性白内障与后囊膜下性白内障占晶状体投影面积的比例，以此评估后囊膜下性白内障与皮质性白内障的分级[3]。此方法对仪器和人员的要求较低，容易推广。但分级过程中，医师需将晶状体裂隙灯照片与标准图例对比，判定白内障分级，较易受主观认知影响，缺乏客观性和可重复性。Hall等[10]用激光裂隙灯拍摄晶状体，并用自动化计算机程序分析晶状体核区图像的平均像素强度，发现与NO显著相关。另有研究使用人工智能系统对晶状体裂隙灯照片进行LOCSⅢ分级，结果显示该系统对核性与皮质性白内障分级效果较好，但对后囊膜下性白内障分级效果较差[11]。

除了裂隙灯显微镜照相，眼前节Scheimpflug摄影也可应用于晶状体混浊程度分级。晶状体Scheimpflug图像核区平均光密度与白内障核硬度进展显著相关，且比LOCSⅡ核分级更精准[12]。基于此原理，Oculus公司开发了Pentacam眼前节三维分析系统。其采用波长475nm的裂隙光源，以角膜顶点为中心，使用Scheimpflug相机360°旋转拍摄获得一组眼前节断层切面照片[13]。Pentacam配套软件内置了PNS分级功能，这是一种客观评价的晶状体核硬度的方法[14]。李秋实等[15]报道ARC患者晶状体PNS分级与术中累积超乳能量、超乳时间等正相关，提示PNS对手术方式选择具有指导意义。本研究发现PNS与NC强正相关(r=0.521，P<0.01)、与NO中等正相关(r=0.440，P<0.01)。提示PNS可以自动化地、客观地评估核硬度，且对NC分级的指导意义比NO更高，此结果与Makhotkina等[16]结果一致。但PNS仅适合混合型白内障的核分级或单纯核性白内障的分级，无法对晶状体其他区域(如皮质区、后囊区)混浊程度进行判断。

有研究者使用Pentacam拍摄的Scheimpflug图像光密度评估晶状体后囊区的混浊程度。Grewal等[17]将后发性白内障囊袋Scheimpflug图像的后囊区(直径4mm)光密度与裂隙灯后部反射照片对比，发现Scheimpflug摄影可以避免裂隙灯照相中的反光和伪影，且后囊区光密度与后发性白内障面积占比显著相关。曹乾忠等[18]使用Pentacam扫描白内障术后患者的晶状体后囊膜，并测量后囊膜冠状面三维重建图像的平均像素密度，以评估后发性白内障的混浊程度。Minami[19]也使用Pentacam扫描后发性白内障患者囊袋，发现Scheimpflug图像后囊区(直径3mm，高0.25mm)ROI光密度与后发性白内障的混浊程度显著相关。钱宜珊等[20]使用90°到270°动态增强扫描获取患者晶状体的Scheimpflug图像，并测量了前囊膜、核、皮质、后囊膜等区域的最高光密度，发现白内障患者晶状体最高光密度比对照者(无白内障)显著增加。Pei等[21]将Scheimpflug图像核区光密度峰值与LOCSⅢ分级进行相关性分析，发现光密度与NO、NC均高度相关，且与NO的相关性更高。李乃洋等[22]将晶状体Scheimpflug图像中心线上的光密度最大值与LOCSⅢ分级进行相关性分析，发现晶状体中心线最大光密度值与NC、NO、CC正相关，与PSC无关。然而，上述研究仅测量了晶状体中白内障程度最高点的光密度，容易高估晶状体的白内障分级。并且仅选取特定角度上的Scheimpflug图像纳入研究，必然会遗漏其他方向上的晶状体混浊，导致测量值无法综合反映晶状体的整体混浊程度。

因此，本研究纳入每个晶状体的360°/25张Scheimpflug图像，并测定全部图像各ROI的IntDen平均值，探讨了不同ROI的IntDen与LOCSⅢ分级、iTrace参数的关系。结果显示3mm范围核区IntDen和3mm范围DLI负相关。3mm范围核区IntDen、3mm范围IntDen、6mm范围IntDen均和NC、NO正相关。且3mm范围核区IntDen与NC(r=0.539,P<0.01)、NO(r=0.543，P<0.01)强正相关，并且比PNS与NC(r=0.521，P<0.01),NO(r=0.440,P<0.01)的相关性更高。考虑到PNS仅能在0～5级范围内进行分级，3mm范围核区IntDen对核硬度的分级显然比PNS更精准。3mm范围后囊区IntDen与NC、NO负相关，推测是因为晶状体核性白内障阻挡了Pentacam光源对后囊膜下混浊的探测。其他各ROI的IntDen与CC均无相关性(P>0.05)，可见Scheimpflug图像区域IntDen法可用于核性白内障分级，不适合后囊膜下性和皮质性白内障混浊程度的分级。

除Pentacam外，iTrace视觉功能分析仪也可用于分析晶状体混浊程度。iTrace采用光线追踪技术，通过从瞳孔投射的256条近红外光束从视网膜反射回接收器时能量衰减和位移信息来测算全眼、角膜及眼内高阶像差、对比敏感度、瞳孔直径等指标[23]。DLI是iTrace软件基于上述指标综合计算出的参数，可用于评估晶状体功能，分值越低表示晶状体混浊程度越严重[24]。路露等[25]报道DLI与单纯核性白内障的NC、NO负相关(r=-0.512, -0.559，均P<0.05)。de Souza等[7]报道4mm范围DLI与LOCSⅢ-NO中度负相关(r=-0.37，P=0.0016)。王晓明等[26]也报道DLI与NO、NC负相关(r=-0.618, -0.606，均P<0.01)，且DLI与单纯核性白内障的术中累积超乳能量负相关(r=-0.524，P<0.01)，但与单纯皮质性白内障、单纯后囊膜下性白内障的术中累积超乳能量无显著相关性(P>0.05)。本研究的结果与上述报道类似，3mm范围DLI、6mm范围DLI 均和NO、NC、PSC负相关(P≤0.05)，而与CC未发现显著相关性(P>0.05)。提示DLI可用于评估核性白内障和后囊膜下性白内障混浊，但不适合用于皮质性白内障分级。

iTrace不仅能计算DLI，还可绘制晶状体混浊地形图并评分。OMG评分反映了测量范围内混浊地形图的总体混浊程度。iTrace的OMG与LOCSⅢ分级的相关性还未见报道，本研究显示3mm及 6mm测量范围内的OMG与CC、PSC均正相关。6mm范围OMG与CC的相关性(r=0.275，P=0.005)比PSC高(r=0.245，P=0.012)。3mm范围OMG与PSC中等正相关(r=0.333，P=0.001)而与CC弱相关(r=0.268，P=0.006)。3mm与6mm范围内的OMG均与NO、NC无显著相关(P>0.05)。提示OMG适用于评价皮质性白内障与后囊膜下性白内障的混浊程度，不适合核性白内障分级。6mm范围OMG与皮质性白内障分级更相关，而3mm范围OMG与后囊膜下性白内障分级的相关性更强。

需要注意的是，鉴于其通过光线能量衰减检测混浊的原理，iTrace本质上反映的是全屈光介质的混浊与像差，包括房水、玻璃体、晶状体、角膜、泪膜。影响DLI和OMG的因素较多，只有在角膜、玻璃体、房水等均近似透明时才可认为其反映的是晶状体的混浊程度。因此在白内障分级时需要严格把握纳入和排除标准，一定程度上限制了DLI和OMG在白内障分级方面的应用。而Pentacam和LOCSⅢ仅涉及眼前节的检测，在白内障分级时适用范围更广。

综上，本文探讨了PNS、DLI、Scheimpflug图像分区IntDen、OMG、LOCSⅢ之间的相关性。结果显示DLI、PNS、核区IntDen这三类参数与晶状体核硬度显著相关，且比LOCSⅢ分级更客观，不需要检测者主观评级。其中DLI和核区IntDen的级别划分比PNS更精细，可以更精准地描述核性白内障的混浊状态。而6mm范围OMG可反映皮质性白内障混浊程度，3mm范围OMG可为后囊膜下性白内障混浊程度分级提供参考，但影响因素较多。我们在临床诊疗中应根据患者实际情况，采用多种参数相结合的方式对白内障患者的晶状体混浊作出更准确的描述。本文的局限性在于:(1)对Scheimpflug照片ROI的划分较为机械，而患者的晶状体皮质、后囊、核分区的个体差异性很大，无法做到精准的划区。结合深度学习的人工智能图像大数据处理技术可以更精准有效地对晶状体Scheimpflug图像进行ROI划分和混浊程度评价；(2)因iTrace最多仅能测量瞳孔区6mm范围内的晶状体，和裂隙灯显微镜相比可能忽略周边部赤道部较小的皮质性白内障，从而导致判定的混浊程度偏小；(3)纳入的样本量较小，可能导致结果的偏倚，应进一步增加样本量以增加结果的科学性。