不同眼底影像检查方法对PDR患眼视盘及其他部位视网膜新生血管的检出率和检测时间成本比较

郭晓红 柳慧 陈晓 王志立 李舒茵 雷博

郑州大学人民医院 河南省人民医院 河南省立眼科医院,郑州 450003

糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病的主要眼部并发症,其主要病理改变是视网膜微血管结构和功能改变,可导致血-视网膜屏障破坏,引起视网膜微血管瘤、视网膜新生血管形成及视网膜出血,其中增生性糖尿病视网膜病变(proliferative diabetic retinopathy,PDR)是工作年龄人群中威胁视力的主要致盲眼病[1]。视网膜缺血和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的异常激活是视网膜新生血管形成的始动因素,随着病情进展引起视网膜出血、组织纤维化和玻璃体出血,导致PDR并影响患者的视功能[2]。根据形成部位的不同可将新生血管分为视盘新生血管(neovascularization at the optic disc,NVD)及视网膜其他部位新生血管(neovascularization elsewhere,NVE)。传统的糖尿病视网膜新生血管的成像方法为荧光素眼底血管造影(fundus fluorescein angiography,FFA)。但FFA为侵入性检查,给受检者的安全带来一定的风险。其他评估视网膜新生血管的无创性检查方式包括眼底彩色照相(color fundus photography,CFP)、光学相干断层扫描血管成像(optical coherence tomography angiography,OCTA)、en face OCT、近红外眼底像(near-infrared reflectance image,IR)联合频域OCT(spectral-domain OCT,SD-OCT),以及近年来出现的超广角扫频源OCTA(wide field swept-source OCTA,WF-SS-OCTA)技术。这些检查均可从新的不同角度和层次显示视网膜新生血管形态,为PDR的发病机制研究提供新的思路。在视网膜新生血管成像技术不断发展的同时,不同检查技术之间对新生血管的检出率以及各种检查的时间成本差异鲜见报道,进行相关研究可为临床上准确选择PDR眼视网膜新生血管筛查方法提供参考依据。本研究拟探讨不同视网膜影像学检查方法对PDR患者视网膜新生血管的临床诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

采用横断面研究方法,纳入2019年10月至2021年2月在河南省立眼科医院确诊的PDR患者38例48眼,其中男22例28眼,女16例20眼;年龄29～72岁,平均(51.08±13.35)岁。纳入标准:(1)最佳矫正视力(best corrected visual acuity,BCVA)≥20/200;(2)除糖尿病外无其他全身疾病,且经FFA或OCTA检测出NVD或NVE,确诊为PDR;(3)无眼部手术史及外伤史;(4)除PDR外,无其他眼部疾病。排除标准:(1)合并其他眼部血管性及新生血管性疾病;(2)屈光间质严重混浊影响视网膜影像学检查或成像质量者。本研究遵循《赫尔辛基宣言》,研究方案经河南省立眼科医院伦理委员会审核批准[批文号:HNEECKY-2021(22)号],所有患者知晓研究方法和目的并自愿签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1眼部一般检查及视网膜影像学检查 所有患者均行视力、眼压、裂隙灯显微镜检查、眼底、超广角眼底成像(ultra-widefield imaging,UWFI)、FFA、OCTA、en face OCT、IR联合SD-OCT检查,所有检查均在同一天内完成,每项检查均由同一位资深专业医师完成。

1.2.1.1UWFI检查 患者取坐位,采用英国欧堡免扩瞳超广角成像系统,适当提拉患者上眼睑,嘱患者注视中央固视点,调整患者头位,至外部监控器显示瞳孔中央为绿色实心圆形则自动拍摄,每眼单次扫描获得200°范围内的眼底图像。

1.2.1.2IR联合SD-OCT检查 采用海德堡Spectralis HRA OCT仪(德国Heidelberg Engineering公司),使用30°镜头,调整屈光补偿,获得清晰的IR图像,采集正位、鼻上、鼻下、颞上、颞下5个方位的OCT图像,采用48线放射状扫描模式,获得清晰OCT图像。

1.2.1.3OCTA及en face OCT检查 采用Avanti RTVue XR(美国Optovue公司)中的AngioVue模式,根据新生血管的位置及大小选择黄斑3 mm×3 mm或6 mm×6 mm扫描模式或视盘4.5 mm×4.5 mm扫描模式。必要时需患者转动眼球配合,获得清晰视网膜分层血流图。调整分层线,选取玻璃体视网膜层面,测量的下界为内界膜,上界包含所有的新生血管膜,选择清晰显示视网膜新生血管形态的图像。en face OCT为在另获取的视网膜分层血流图中选取视网膜外层的en face OCT图像,测量上界为外丛状层下10 μm,下界为Bruch膜上10 μm。

1.2.1.4FFA及WF-SS-OCTA检查 采用Heidelberg HRA(德国Heidelberg Engineering公司)进行FFA检查,检查前需扩瞳并行心电图检查及签署检查同意书。患者扩瞳后首先拍摄CFP,随后静脉注射15%荧光素钠3 ml,起初为连续拍摄,后改为间断拍摄,同时通过眼位的转动拍摄不同位置的FFA图像。对因造影剂过敏、糖尿病肾病等因素未能行FFA检查的患者行WF-SS-OCTA[VG200D,视微影像(河南)科技有限公司]检查。单次扫描范围为12 mm×12 mm,获取5个预设位置(中央、鼻上、鼻下、颞上和颞下)的OCTA图像进行血流拼图,图像分析及分层同OCTA。

1.2.2评估指标 收集所有检查的图像及记录资料进行分析:(1)评估每项检查所花费的时间,定义为每项检查设备中患者检查开始时间与下一位患者检查开始的时间差;(2)视网膜新生血管检出率由2位专业眼底病医师独立对所获取的图像进行分析,评估各种检查方式对NVE及NVD的检出率,检出率定义为发现NVE或NVD的眼数与总眼数的百分比,2位医师意见不一致时,由第3位高年资眼底病医师协助决定。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 不同影像模式的NVE检出率比较

UWFI对所有受检眼图片均采集成功,共清晰显示NVE 25眼,检出率为52.1%。IR联合SD-OCT清晰显示NVE 39眼,检出率为81.3%。OCTA及en face OCT检查清晰显示NVE 40眼,检出率83.3%,其余8眼由于患者配合欠佳或NVE超出扫描范围等原因,未能采集清晰图片。完成FFA检查者30例36眼,检出NVE 33眼(图1),3例3眼经OCTA检出新生血管芽5处,而在FFA中未检出该新生血管芽(图2);8例患者由于过敏体质、心脏病、肾功能欠佳、抑郁症等原因未行FFA检查,经WF-SS-OCTA检出NVE 12眼(图3);FFA联合WF-SS-OCTA的NVE检出率为93.8%。各不同影像模式间NVE检出率总体比较,差异有统计学意义(χ2=26.460,P<0.001),其中UWFI的NVE检出率明显低于IR联合SD-OCT、OCTA及en face OCT、FFA联合WF-SS-OCTA,差异均有统计学意义(均P<0.05);IR联合SD-OCT、OCTA及en face OCT、FFA联合WF-SS-OCTA之间NVE检出率比较差异均无统计学意义(均P>0.05)(表1)。

图1 1例56岁女性PDR患者右眼NVE的多模式成像 A:UWFI未能显示NVE B:FFA清晰显示NVE的荧光素渗漏,血管形态欠清晰 C:IR图像可见新生血管形态(红箭头) D:SD-OCT可见图C中对应的纤维血管增生膜位于视网膜前(红箭头) E1:OCTA玻璃体层面可见新生血管形态,边界清晰 E2:断层B-scan OCT血流图可见纤维血管增生膜内血流信号 F1:视网膜外层en face OCT可见新生血管形态 F2:图F1中分层信息Figure 1 Multi-mode imaging of NVE in the right eye of a 56-year-old female PDR patient A:NVE was not seen in UWFI image B:Clear fluorescence leakage of NVE with unclear vessel shape was seen in FFA image C:New vessel (red arrow) was seen in IR image D:The fibrovascular proliferative membrane in picture C was located in front of the retina (red arrow) in SD-OCT image E1:New vessel with clear boundary could be seen on the vitreous layer in OCTA image E2:Blood flow signal in fibrovascular proliferative membrane could be seen in OCT B-scan image F1:New vessel can be seen in the outer retina in en face OCT image F2:Layer information of picture F1

图2 1例53岁男性PDR患者右眼FFA及OCTA成像 A:FFA成像可见微血管瘤及片状的无灌注区,未检出新生血管芽 B、C:图A中黄色虚线框和红色虚线框OCTA成像(3 mm×3 mm)视网膜内层血流图内可见新生血管芽(黄色及红色箭头)位于动静脉交叉处,从视网膜静脉内长出,断层OCTA可见视网膜前高反射信号团内有血流信号Figure 2 FFA and OCTA images of the right eye of a 53-year-old male PDR patient A:Microhemangioma and patchy non-perfusion area could be seen in FFA image,and no neovascularization bud was seen B,C:The OCTA scan (3 mm×3 mm) of yellow and red dashed boxes in picture A showed neovascular buds (yellow and red arrows) in the inner retina,which were located at the intersection of arteries and veins and grew from the retinal veins.Blood flow signal within the hyperreflective signal cluster in front of the retina was seen in the tomographic OCTA image

图3 1例41岁女性PDR患者左眼WF-SS-OCTA成像 A:视网膜内层可见NVE(红箭头)、NVD(红虚线)、片状无灌注区(星号)、玻璃体积血投影(三角型) B:玻璃体层相应位置可清晰显示NVD(红虚线)及NVE(红箭头)Figure 3 WF-SS-OCTA images of the affected left eye of a 41-year-old female PDR patient A:NVE (red arrow),NVD (red dotted line),the flaky non-perfusion area (star),and the projection of vitreous hemorrhage (triangle) were seen in the inner layer of the retina B:NVD (red dotted line) and NVE (red arrow) could be seen in the vitreous layer

2.2 不同影像模式的NVD检出率比较

UWFI清晰显示NVD 6眼,检出率为12.5%。IR联合SD-OCT清晰显示NVD 10眼,检出率为20.8%。OCTA及en face OCT检查清晰显示NVD 13眼,检出率为27.1%,其中1眼由于患者配合欠佳,未能采集清晰图片。完成FFA检查的30例36眼中,清晰显示NVD 12眼(图4);在未能行FFA检查患者中,WF-SS-OCTA检出NVD 2眼;FFA联合WF-SS-OCT的NVD检出率为29.2%。4种不同影像模式间NVD检出率总体比较,差异无统计学意义(χ2=4.645,P=0.200)(表1)。

表1 不同影像模式的NVE和NVD检出率比较Table 1 Comparison of detection rate for NVE and NVDamong various imaging modes影像模式眼数NVE检出率[%(n)]NVD检出率[%(n)]UWFI4852.1(25)12.5(6)IR+SD-OCT4881.3(39)a20.8(10)OCTA+en face OCT4883.3(40)a27.1(13)FFA+WF-SS-OC-TA4893.8(45)a29.2(14)χ2值26.4604.645P值<0.0010.200 注:与UWFI成像比较,aP<0.05(χ2检验) NVE:视网膜其他部位新生血管;NVD:视盘新生血管;UWFI:超广角眼底成像;IR:近红外眼底像;SD-OCT:频域光学相干断层扫描;OCTA:光学相干断层扫描血管成像;FFA:荧光素眼底血管造影;WF-SS-OCTA:超广角扫频源OCTA Note:Compared with UWFI,aP<0.05 (χ2 test) NVE:neovascu-larization elsewhere;NVD:neovascularization at the optic disc;UWFI:ultra-widefield imaging;IR:near-infrared reflectance image;SD-OCT:spectral-domain optical coherence tomography;OCTA:optical coherence tomography angiography;FFA:fundus fluorescein angiography;WF-SS-OCTA:wide field swept-source OCTA

图4 1例56岁女性PDR患者右眼NVD的多模式成像 A:UWFI隐约显示NVD B:FFA清晰显示NVD荧光渗漏,血管形态欠清晰 C:IR图像可见新生血管形态(红箭头) D:SD-OCT可见图C中对应的纤维血管增生膜位于视网膜前(红箭头) E1:OCTA玻璃体层面可见新生血管形态 E2:B-scan OCT血流图可见纤维血管增生膜内血流信号 F1:视网膜外层en face OCT可见新生血管形态 F2:图F1中分层信息Figure 4 Multi-mode images of NVD in the right eye of a 56-year-old female PDR patient A:NVD was vaguely seen in UWFI image B:Clear fluorescence leakage of NVD with unclear vessel shape was seen in FFA image C:New vessel (red arrow) was seen in IR image D:The fibrovascular proliferative membrane in picture C was located in front of the retina (red arrow) in SD-OCT images E1:New vessel could be seen in the vitreous layer in OCTA image E2:Blood flow signal in fibrovascular proliferative membrane could be seen in OCT B-scan image F1:New vessel could be seen in the outer retina in en face OCT image F2:Layer information of picture F1

2.3 不同视网膜影像模式的单眼检查时间比较

UWFI、IR联合SD-OCT、OCTA及en face OCT、FFA、WF-SS-OCT平均单眼检查花费时间分别为(0.51±0.13)、(2.08±0.57)、(5.79±0.68)、(17.66±1.83)和(13.38±1.23)min,总体比较差异有统计学意义(F=2 077.960,P<0.001),其中UWFI单眼检查时间最短,FFA单眼检查时间最长,各影像模式间两两比较差异均有统计学意义(均P<0.001)(图5)。

图5 不同影像检查模式间平均单眼检查花费时间比较 F=2 077.960,P<0.001.与UWFI比较,aP<0.001;与IR联合SD-OCT比较,bP<0.001;与OCTA及en face OCT比较,cP<0.001;与FFA比较,dP<0.001(单因素方差分析,Bonferroni校正) 1:UWFI;2:IR联合SD-OCT;3:OCTA及en face OCT;4:FFA;5:WF-SS-OCTFigure 5 Comparison of average examination time per eye among different imaging modes F=2 077.960,P<0.001.Compared with UWFI,aP<0.001;compared with IR+SD-OCT,bP<0.001;compared with OCTA+en face OCT,cP<0.001;compared with FFA,dP<0.001 (One-way ANOVA,Bonferroni correction) 1:UWFI;2:IR combined with SD-OCT;3:OCTA and en face OCT;4:FFA;5:WF-SS-OCT

3 讨论

随着影像技术的发展,UWFI已逐渐取代了基于七视野立体眼底照片在DR中的应用[3-4]。在确定DR严重程度方面,无扩瞳UWFI较需扩瞳ETDRS检查及眼底检查获取的范围更大,用时更短[4]。虽然UWFI一次成像范围大,用时短,在DR早期的发现和筛查中有重要作用,但相比本研究中其他检查方式,UWFI对NVD及NVE检出率较低,其相关因素可能包括:受出血的遮盖或屈光间质混浊的影响较大;图像分辨率的限制使一些血管的细节无法区分;没有OCT的协助,部分视网膜内微血管异常与新生血管难以区分。

IR(815 nm)眼底成像采用共聚焦激光眼底成像原理,具有快速、操作简便、患者配合程度高的优势。眼底IR图像可清晰显示视网膜血管的形态,但由于其为二维图像,难以将新生血管与视网膜内微血管异常相鉴别。IR联合SD-OCT在清晰显示视网膜异常血管的同时,能准确定位异常血管。新生血管表现为内界膜破坏、纤维增生,逐渐形成纤维血管膜,位于内界膜之上。SD-OCT可清晰显示纤维血管膜位于视网膜内表面之前,可有1个或多个墩状结构与视网膜相连[5]。IR联合SD-OCT可快速、高效地筛查出视网膜新生血管。IR相比OCTA用时短,患者配合度较高。因此,在DR患者眼底检查中,提高对IR联合SD-OCT新生血管影像学特征的认识和了解,可快速、经济地检出新生血管。本研究中IR联合SD-OCT与OCTA对NVD、NVE的检出率无明显差异,但在临床工作中,较小的新生血管芽、视网膜前出血或者单纯增生膜仍需行OCTA检查来辨别其内是否存在血流信号。

FFA是检测NVE及NVD的传统方法,但其所必需的造影剂可产生一定的不良反应,如恶心、呕吐及变态反应等。同时,由于荧光素的迅速渗漏,FFA不能直接观察新生血管的形态。OCTA作为一种新兴的技术,安全、无创、分辨率高,且可清晰显示NVE及NVD的血管形态[6-8]。同时,当en face OCT分层线位于视网膜外层时,由于视网膜血管的投影作用,可在视网膜外层的en face OCT图像清晰显示新生血管形态。本研究在3例3眼中发现新生血管芽5处,由于该新生血管芽处于早期,病灶较小、FFA检查显示荧光素渗漏不明显,导致NVE及NVD的漏诊;而OCTA可检出视网膜新生血管芽均位于视网膜小动静脉交叉处,更早地确定了患者是否进入增生期,从而及时指导临床医生进行激光光凝治疗。有研究显示,对于早期视盘的新生血管芽,OCTA的检出率仍高于FFA,可能与睫状毛细血管网对荧光素的高通透性遮盖了早期血管芽的原因有关[5,9]。但本研究中不同影像模式的NVD检出率并无明显差异,其原因可能与所观察到的新生血管较明显有关。

当然,OCTA仍存在一定的局限性,即拍摄视野受限,无法了解周边视网膜的情况[10]。随着成像技术的发展,目前SS-OCT的单次成像范围已扩展至12 mm×12 mm区域,甚至更具优势的15 mm×15 mm区域[11]。PDR的新生血管大部分位于后极部[12-13]。本研究采用的WF-SS-OCTA通过改变内固视点获得宽视野图像,可将扫描范围扩大到以黄斑中心凹为中心的60°×80°[14],从而有效观察周边视网膜的血流状态。另外,本研究中8例(12眼)患者因糖尿病肾病或心脏病等原因未能行FFA检查,依靠WF-SS-OCTA检查可清晰显示患者新生血管的形态及位置和周边血管的无灌注区。虽然目前FFA仍然是确诊PDR的主要方式,但是随着WF-SS-OCTA技术的发展,其可以成为一种新的、可选择的无创检查方式,特别是针对过敏体质或全身情况较差的患者。

本研究中显示了目前临床上能获取NVE及NVD影像结果的几种检查方式,对比了各种检查项目的优缺点及所投入时间的不同。由于各医院间检查设备及方式的不同,熟知NVE及NVD的各检查方式的特点,可灵活组合不同的检查方式,从而更高效、经济地对PDR进行确诊。由于本研究纳入样本量较小,且为单中心回顾性研究,可能存在选择偏倚;本研究中对不能行FFA检查的患者进行WF-SS-OCTA检查以了解其视网膜血流情况,但具体到FFA与WF-SS-OCTA之间的差异,仍需进一步研究;同时,回顾性研究中对于检查时间的估算可能存在一定的误差,未来仍需进行进一步研究。

综上所述,UWFI是新生血管的快捷检测方式,但受分辨率影响,检出率不如其他检测方式;IR联合SD-OCT可快速、准确筛查视网膜新生血管膜,但对于一些增生膜仍需借助OCTA确定其内是否存在血流;OCTA及en face OCT可清晰显示新生血管形态,但扫描范围受一定限制;FFA仍然是目前常用的确诊PDR的方式,对于早期的新生血管芽仍需要OCTA进行辅助确认;WF-SS-OCTA扫描范围更广,能更有效地检出新生血管,是一种新型、无创且具有更好应用前景的PDR诊断方式。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明郭晓红:参与酝酿和设计试验、数据采集及分析、文章撰写;柳慧:参与酝酿和设计试验、数据采集;陈晓、王志立:数据采集;李舒茵:参与酝酿和设计试验、数据分析;雷博:参与数据分析、文章审阅