高分辨率光学相干层析视网膜成像:一系列案例说明其潜力和局限性

摘要

目的．本文以光谱域光学相干层析成像(SD-OCT)的一系列视网膜疾病病例为例，以说明这种新的成像方式的潜力和局限性。方法．该系列研究包括4例年龄相关性黄斑变性(ARMD)、糖尿病性视网膜病变(DR)、视网膜中央动脉阻塞(CRAO)和视网膜分支静脉阻塞(BRVO)患者，各1例。患者使用海德堡光谱仪(海德堡工程，德国)在SD-OCT模式下成像。患者还接受了数码眼底摄影和临床评估。后果1例年龄相关性黄斑变性患者的SD-OCT成像显示一个凹下脉络膜新生血管膜，伴有视网膜色素上皮（RPE）和神经感觉视网膜的脱离。使用SD-OCT，DR和BRVO患者均表现为黄斑水肿，视网膜外可见囊样间隙。结论．SD-OCT清晰客观地阐明视网膜层内细微形态变化的能力提供了信息，可以更有信心地用于制定诊断。

1.导言

在过去的十年中，高速、宽带宽可调谐光源与高速光电探测器的发展，使基于光学相干层析成像(OCT)的仪器在水平分辨率和深度分辨率方面取得了重大进展，从而极大地提高了视网膜和视神经检查中的可视化能力[1，2］．因此，OCT已成为一种被广泛接受的成像技术，特别是在眼科。

OCT的原理基于干涉测量[3.，4］．在典型的早期OCT系统中，可见光(即使光束可视化)和宽带、短相干长度、近红外光耦合成一个迈克耳孙干涉仪的分支。然后光被分成两条路径，一条通向参考镜，另一条聚焦在视网膜上。光从视网膜内的折射率界面根据每个界面的光学特性进行反射和背散射。来自视网膜(即样品臂)和参考镜的反射光重新耦合到干涉仪中，最终在光谱仪中进行干涉后被检测到。利用“时域”OCT，通过改变参考臂的路径长度，可以对组织中不同深度的反射位点进行采样。然而，这种机制限制了采集速度(约为。400a扫描/s)，由于扫描速度慢，容易产生运动伪影，使实时成像成为不可能。参考臂镜也以恒定速度扫描，允许在视网膜上逐像素进行深度扫描。

SD-OCT极大地提高了图像分辨率。使用SD-OCT，利用傅里叶分析(即，光信号频率作为深度的函数调制)的光谱不同的探测器测量宽带干涉，从而避免了参考臂的路径长度调整。避免深度扫描可以显著提高成像速度(即20,000至40,000 a扫描/s)，并提高信噪比[5，轴向分辨率约为7μM，从而获得高分辨率的视网膜组织学细节，从活体人眼的大视场捕获。SD-OCT大大提高了扫描速度，也允许进行3D扫描，对眼球运动的影响最小。SD-OCT扫描还可以参考同时获取的2D人脸图像，从而确保每个OCT a扫描在3D图像中的准确空间位置。图中显示了一个健康视网膜SD-OCT成像的例子1．

图1

μ 健康视网膜(OS)的光谱域(SD-OCT)光学相干层析成像:扫描参数:红外扫描角度30°;OCT扫描角度20°;图案尺寸20°×15°，19节(244节)米B-scans之间)。(a)常规眼底相机图像。(b) SD-OCT人脸图像，显示重叠的OCT扫描线(绿色)和扫描区域。绿色箭头表示用于生成视网膜OCT横断面图像的扫描线的位置(即(c))。(c)视网膜横断面图像显示玻璃体腔(上，光学清晰区)、内部界限膜(由上红线标记的ILM分割)、视网膜层间、Bruch膜(由下红线标记的BM分割)和脉络膜(下)。垂直的绿线定义了视网膜厚度测量沿视网膜厚度剖面的位置。(d)经倾斜校正的横断面视网膜厚度剖面。

在这项研究中，我们报告了SD-OCT的临床应用，使用了一系列临床定义的常见和/或经典眼部疾病患者的病例报告，以强调该技术的一些潜力、局限性和临床应用。

2.方法

患者在SD-OCT模式下使用海德堡光谱HRA+OCT（德国海德堡海德堡工程公司）成像，使用水平30度和垂直15度的扫描场以及19至25个OCT水平截面（至少每240个截面一个截面） μm).患者也接受瞳孔扩张、数码眼底摄影和临床评估。数码眼底摄影使用佳能数码眼底相机(佳能CR-DGi，佳能公司，日本)，分辨率为1280万像素。临床评估包括视力、立体眼底生物显微镜检查和双眼间接检眼镜检查(视情况而定)。

２.１.海德堡光谱HRA和OCT

海德堡Spectralis HRA和OCT（海德堡工程，德国海德堡；软件版本-1.6.1.0）可用于六种成像模式中的任何一种，即SD-OCT、荧光素血管造影、吲哚青绿血管造影、自体荧光以及无红色和红外成像。本文仅详细介绍了仪器在SD-OCT模式下的使用。海德堡光谱利用以870为中心的宽带光源 nm（即无可见光“信标”）同时测量多个波长，这是SD-OCT成像的先决条件（海德堡视网膜血管造影仪2操作说明）同步共焦扫描激光检眼镜用于生成视网膜表面的高分辨率图像，从而在横截面SD-OCT图像中提供每个A扫描的精确位置信息。SD-OCT扫描每秒生成40000次A扫描，轴向分辨率为3.5 微米/像素数字（7 微米（光学）和14微米的横向分辨率[6］．对齐软件在图像采集过程中持续跟踪任何眼球运动，然后调整a扫描在视网膜表面的位置，以确保横断面OCT图像的准确配准。利用眼动跟踪和配准技术，从一个精确的位置获得多幅图像，然后对最终图像进行平均和滤波，以去除随机噪声。使用同样的眼球跟踪/注册技术来确保仪器自动重新扫描受闪烁伪影影响的图像。类似地，后续图像来自于视网膜的同一区域，从而消除了操作者对扫描的主观位置。

3.案例报告

本系列包括四例年龄相关性黄斑变性（ARMD）、糖尿病视网膜病变（DR）、视网膜中央动脉阻塞（CRAO）和视网膜分支静脉阻塞（BRVO）患者（各一例）。

３．１．病例1:渗出性年龄相关性黄斑变性(ARMD)(图2）

图2

μ 渗出性年龄相关性黄斑变性(OD)患者SD-OCT视网膜扫描。扫描参数:红外扫描角度30°;OCT扫描角度30°;图案尺寸30°×15°，19节(244节)米B-scans之间)。(a)常规眼底相机图像显示黄斑下方有大片脉络膜新生血管膜(CNVM)，可能伴有浆液色素上皮脱离(PED)。(b)以中央凹为中心的SD-OCT人脸图像。绿色高亮线显示用于生成视网膜OCT横断面图像的扫描线的位置(即(c))。(c)视网膜横断面图像显示中央凹下CNVM(箭头“1”)伴色素上皮脱离(箭头“2”)和可能的神经感觉视网膜脱离(箭头“3”)，Bruch膜/RPE复合物明显增厚和褶皱。(d)横断面视网膜厚度剖面显示由于CNVM导致视网膜厚度增加。红色下段线(见(c))与Bruch膜(箭头“4”)在CNVM区域的真实位置不符。

一位81岁女性患者，高血压病史20年，2型糖尿病病史1年。第一次就诊时，患者右眼(OD)和左眼(OS)的最佳矫正视力(VA)分别为20/50和20/70。眼压(IOPs)为18 mmHg OD, 20 mmHg OS。视网膜检查显示大的脉络膜新生血管膜(CNVM)和可能的浆液色素上皮脱离(PED) OD和软性黄斑水肿(未显示)。

３.２．病例2:经治疗的增生性糖尿病视网膜病变伴临床显著的糖尿病黄斑水肿(图3.）

图3

μ 增生性糖尿病视网膜病变和临床显著的糖尿病黄斑水肿(DME)患者的SD-OCT。扫描参数:红外扫描角度30°;OCT扫描角度30°;图案尺寸30°×15°，19节(240米B-scans之间)。(a)传统眼底相机的图像显示临床上重要的测距装置,纤维组织/外层膜时间视神经头(“)扩展向凹窝伪劣,neovascularisation在“还不如黄斑和激光疤痕视网膜黄斑区和外部主要的拱廊。(b)以中央凹为中心的SD-OCT人脸图像。绿色箭头表示用于生成视网膜OCT横断面图像的扫描线的位置(即(c))。(c)视网膜横断面图像显示ONH颞部的囊样间隙，并向视网膜外的中央凹处延伸(箭头“1”)。纤维组织/视网膜上膜也可见，位于ONH和中央凹之间(箭头“2”)。(d)视网膜横断面厚度剖面显示视网膜厚度增加，特别是鼻腔至中央凹处。

51岁男性患者，15年2型糖尿病病史，前11年口服药物治疗，过去4年使用胰岛素。既往眼部病史包括双眼激光光凝。初诊时，最佳矫正视力为20/30 (OD)和20/70 (OS)， OD和OS IOPs均为20 mmHg。

3．3.病例3:视网膜中央动脉阻塞(图4）

图4

μ 视网膜中央动脉阻塞（OD）患者的SD-OCT。扫描参数：红外扫描角度30°；OCT扫描角度30°；图案尺寸30°×10°，13个截面（243 米B-scans之间)。(a)常规眼底相机图像显示沿大血管弓道和黄斑周围有典型的“樱桃红点”和白色梗死区(缺血区域)。(b) SD-OCT表面图像以中央凹下约2°为中心。绿色箭头表示用于生成视网膜OCT横断面图像的扫描线的位置(即(c))。(c)横断面视网膜图像显示视网膜内层增厚和反射率增加(箭头“1”)。(d)视网膜横断面厚度分布图显示视网膜厚度增加，尤其明显的是中央凹的夸张(表明视网膜中央凹旁肿胀)。

69岁男性患者有中风和2型糖尿病病史15年。他在临床上表现为突然和绝对的视力丧失OD。视力0.3 m OD, 20/40 OS数指。

3.4.案例 4：视网膜分支静脉阻塞（图5）

图5

μ 显然 μ 视网膜分支静脉阻塞(OS)患者的SD-OCT。扫描参数:红外扫描角度30°;OCT扫描角度30°;图案尺寸30°×20°，25节(243米B-scans之间)。(a)常规眼底相机成像显示颞上视网膜大量出血和水肿，并累及黄斑。黄斑呈黄色，水肿。(b) SD-OCT眼底表面图像(注意横切面图像位于上ONH边缘上方约5°)。绿色箭头表示用于生成视网膜OCT横断面图像的扫描线的位置(即(c))。(c)横切面视网膜图像显示视网膜水肿，外层视网膜有液体囊肿(箭头“1”)增厚的内视网膜伴浅表出血（箭头“2”），使视网膜下的细节“模糊”。（d）下红色段线（如（c）所示）与Bruch膜的真实位置不匹配；这条线是根据Bruch膜的可见部分定位的。横截面视网膜厚度剖面显示BRVO中心的视网膜明显增厚（视网膜厚度接近600 米)。

78岁男性，高血压病史10年。他过去的眼部病史包括双眼白内障手术。患者主诉视力模糊，近4个月。初诊时视力为数指，外径0.07 m, OS 20/200，眼压24、18 mmHg。

4.讨论

利用SD-OCT成像技术获取各种视网膜疾病患者的图像，以评估该技术的临床应用价值、潜力和局限性。SD-OCT和常规临床技术均显示脉络膜新生血管膜和色素上皮脱离(ARMD例);椎间盘和其他部位的新生血管、纤维化、视网膜上膜和激光瘢痕(DR病例);视网膜水肿和出血(BRVO例)。在某些情况下，SD-OCT提供了与视网膜疾病相关的形态学改变的可视化，这些改变使用传统的临床技术不是立即可见，就是根本不可见。例如，SD-OCT显示神经感觉视网膜脱离和Bruch 's /视网膜色素上皮褶皱(ARMD病例);局限于视网膜外的囊样间隙(DR例);视网膜内膜增厚和反射率增加(CRAO病例);黄斑水肿和出血深度的定位(BRVO一例)。因此，SD-OCT显示了视网膜结构变化，这在二维有限眼底摄影中是看不到的。 Conversely, the presence of colour information within the digital fundus photography images may be advantageous, while SD-OCT uses a narrow spectrum of wavelengths and therefore has limited colour information. For example, in the case of the CRAO, conventional digital fundus photography showed the presence of infarction more prominently than the cSLO and SD-OCT imaging.

以前的研究表明，SD-OCT可以显示使用TD-OCT无法看到的视网膜病变，如视网膜内囊肿和视网膜下液[7］．SD-OCT还为完整的临床图像提供了信息，提供了视网膜变化的更详细分辨率，如RPE的全层褶皱和RPE剥离时的视网膜内水肿、BRVO、弓形虫脉络膜视网膜炎和息肉样脉络膜血管病变[8］．除了SD-OCT外，海德堡Spectralis仪器的一个特点是能够进行多模式成像，包括荧光素血管造影、吲哚青绿血管造影和自身荧光，以及无红和红外成像。这些额外的成像模式也提供了视网膜病理的进一步信息，可以帮助诊断和管理。有关这些成像模式的描述载于别处[9，10］．

SD-OCT能够清楚、客观地阐明视网膜层内细微的形态变化，这为视网膜疾病的治疗提供了潜在有用的信息。这一功能使SD-OCT明显优于其他分辨率不同的临床技术。首先，高分辨率横截面图像可以更好地显示玻璃体视网膜界面、玻璃体、视网膜结构和脉络膜。此外，3D图像描绘了体积地形视网膜形态，可以相对于在不同时间点获得的图像进行注册，因此，可以计算视网膜形态的变化d、其次，在拍摄特定患者的后续图像时，该软件能够自动准确地注册图像，以便使用相同的视网膜区域来计算变化。这一新增功能消除了人为错误的可能性，并使分析数据更容易、更有效。然而，自动视网膜疾病患者分析前，有时需要手动调整内界膜和Bruch膜的匹配分割。

然而，SD-OCT也有其局限性。这篇论文清楚地表明，高反射病变，如渗出和出血，以及视网膜大血管，导致视网膜底层结构的阴影，从而丢失了底层形态的细节。出现脉络膜新生血管膜(即病例1)和视网膜厚度超过400的糖尿病视网膜病变/黄斑水肿μM，很难辨别潜在的病理和脉络膜。

5.结论

SD-OCT成像技术提供了以前无法达到的视网膜形态分辨率。SD-OCT清晰客观地阐明视网膜层细微形态变化的能力提供了信息，可用于潜在地更早地制定诊断，并具有更大的信心。目前这一代SD-OCT仪器不会取代临床视网膜评估，但确实提供了进一步的信息，从临床角度来看是有价值的。

声明总结

本研究说明了SD-OCT成像技术的潜力和局限性。它证明了SD-OCT能够清晰、客观地阐明视网膜层内的细微形态变化，而这些变化在传统的临床技术中是看不到的。这些信息可能有助于视网膜疾病的早期诊断和治疗。

致谢

本文获得了视力科学研究计划(VSRP)、加拿大健康研究所(CIHR)和一位匿名捐赠者的资助。约翰·弗拉纳根是海德堡工程公司的顾问。这项研究在美国劳德代尔堡2009年视觉和眼科学研究协会年会上发表。

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