干眼成像技術的研究進展

孫 鐵，石文卿，邵 毅

0引言

在臨床實踐中，對干眼癥的診斷和監測是具有挑戰性的[1]。這可能是由于該疾病的多因素的性質，以及疾病的跡象和癥狀之間的相關性較差所導致的[2]。目前，淚液和促炎細胞因子的相關檢測設備已廣泛應用于臨床，有利于疾病的診斷和監測。此外，干眼成像技術的臨床應用能夠有效評估淚膜的結構和動態特性，本文旨在綜述干眼成像技術的進展及發展趨勢。

1干涉測量

干涉測量法是指當光線投射到角膜上時，在淚膜-水-脂質層界面中鏡面反射產生的一種色彩干涉模式。自1968年由McDonald首次發現，這一現象被認為是判定淚膜脂質層完整性的決定因素[3]。LipiView是一種通用干涉計，其在干涉單位(ICU)中提供了淚膜脂質層厚度(LLT)的定量值。對這些光譜的邊緣模式和顏色進行觀察分析，其中1個ICU對應約1nm。與健康的眼睛相比，阻塞性瞼板腺功能障礙(MGD)患眼的LLT值明顯更小，且當出現視網膜靜脈栓塞時，LLT值與腺體損傷程度呈負相關[4]。LLT可能是眼瞼分泌物變化的標志，有助于診斷阻塞性MGD。LLT值為75nm被認為是識別阻塞性MGD的“門檻”(靈敏度為65.8%，特異性為63.4%)[5]。然而，年齡、性別、眼外傷病史、MGD類型等人口統計學因素也可能會影響LLT值[6]，故需要進一步研究建立一個規范的數據庫以解釋其它混淆因素，進而定義LLT值的閾值。除了LLT外，干涉性的顏色和條紋圖案也可能反映淚膜-水-脂質層的平衡程度，并可能有助于識別干眼的亞型，在評估組內相關系數(K)時，這些顏色和圖案被分類為單調灰色、多色或灰色無定形干涉條紋，K值一般取0.90[7]。在開發LipiView系統之前，DR-1淚膜干涉成像儀被認為是最有效、最復雜的商業可用系統。Yokoi等提出了脂質層干涉圖像的分級方案，該方案根據分布的均勻性和淚膜干涉圖像的顏色，研究熒光染色和淚膜破裂時間之間的相關性[8]。Goto等[9]通過一種比色法量化干涉圖像，將DR-1淚膜干涉成像儀上的干擾圖樣轉換為LLT。DR-1系統還具有視頻捕捉能力，可以對脂質傳播時間和模式進行動態分析，并在擴散和分布后對脂質層的穩定性進行分析。在健康的受試者中，脂質傳播時間為0.36s，而在與MGD相關的淚液性脂質缺乏的患者中，其時間為3.54s，且兩組研究對象具有不同的擴散模式[10]。治療前后對脂質層進行比較發現，不同治療方式也具有不同的治療效果[11]。在水液缺乏型的干眼癥中，對淚液干涉圖像的動力學分析發現，淚點閉塞可以改善脂質擴散、均勻性和厚度，這表明脂質層的狀況可能與淚液的量有關[12]。

2光學相干斷層造影

光學相干斷層造影技術(optical coherence tomography，OCT)是近10a迅速發展起來的一種成像技術。淚河測量值是診斷干眼的重要參數[13]，通過使用低相干干涉測量法可以進行淚河值的測量，從而產生二維光學散射圖像[14]。時域OCT(TDOCT)測量的淚河高度(TMH)被認為是第一個淚河參數，在干眼癥患者中測量值較低，與Schirmer試驗結果和角膜熒光染色評分相關[15]。研究發現，作為淚河參數，使用低于0.30mm的淚河高度識別出干眼病的靈敏度和特異性分別為67%和81%[15]。光譜域OCT(SDOCT)光學分辨率更高、掃描速度更快，具有較好的可重復性，能夠精細測量TMH[16]。SDOCT能夠區分不同程度的干眼，并幫助人們更好地理解淚河與眼球表面的關系。干燥性干眼癥患者TMH值明顯低于非干燥綜合征干眼癥患者和健康受試者[17]。激光掃描OCT(SS-OCT)利用波長可變的激光光源發射不同波長的光波產生眼睛前部的三維成像[18]。與TDOCT和SDOCT相比，SSOCT能夠更快地獲得相關數據及成像深度。除了TMH和TMA外，三維成像還可以測量出淚河體積(TMV)，這三個參數都具有>95%的高組內相關系數(觀察者間信度)[19]。研究發現，TMV、TMA和TMH檢測結果也可能因人工淚液的用量不同而有所差異，這有助于對治療后的淚液動力學進行定量評估[20]。OCT是一種可再生、可重復利用、非侵入性、低可變性的淚河參數評估方法，但在臨床應用中應考慮淚點位置、眼瞼孔徑、眼瞼長度、結膜等因素對檢測結果的影響[21]。

3瞼板腺成像

MGD是指瞼板腺出現了一種慢性、彌漫性的異常，通常是由末端管道梗阻和腺體分泌的質/量變化引起的，干眼是導致腺體分泌異常的主要原因[22]。非接觸式紅外成像技術利用紅外濾光器對瞼板腺進行二維成像，將異常結構真實、全面地呈現出來。Arita等提出Meiboscore評分系統用于量化上下眼瞼瞼板腺脫落程度，并將腺體損失與臨床參數聯系起來[23]，該方法可重復性好，平均誤差為0.18[24]。瞼板腺的分泌能力是診斷MGD的最重要的功能指標之一，其與瞼板腺萎縮程度呈負相關[25]。MGD患者脂質層的缺乏會導致出現補償性反應，即淚液的分泌量可能增加[26]。瞼板腺成像技術也能夠詳細評估瞼板腺的形態。然而，由于二維成像的性質，紅外成像技術不能提供任何深度信息，其應用受到了一定的限制。表皮和真皮對紅外線波長具有很強的吸收性和散射特性[27]，使圖像變得模糊和分散。為了解決上述問題，我們可以通過SSOCT獲得瞼板腺的三維圖像，包括紅外成像無法得到的瞼板腺和導管的詳細圖像。研究發現，腺泡的形態變化(收縮、萎縮、缺失)與瞼板腺缺失的相關性并不是很高，且瞼板腺在生理上是不對稱的，故其與MGD臨床癥狀的相關性可能主要取決于它的位置[28]。關于瞼板腺成像的最新研究結果表明，在對MGD進行檢測時，應對瞼板腺的檢測結果進行仔細的檢查對比分析，將OCT檢查結果作為唯一的診斷方法并不十分可靠。

4非侵入性淚膜破裂時間

首次淚膜破裂時間(FTBUT)是評估淚膜不穩定性的臨床試驗之一，盡管應用廣泛，但其不能同時評估角膜的撕裂程度。此外，熒光素的使用可能導致角膜反射性撕裂，評估的準確性和可重復性均不理想[29]。為了克服這一難題，研究者引入了“非侵入性淚膜破裂時間”這一方法，其通過Placido盤測量可視圖像反映淚膜完整性的變化[30]。目前，用于分析淚膜穩定性的分布系統具有多種算法。非侵入性首次淚膜破裂時間(NITBUTf)是指儀器對焦后，患者充分眨眼2次并注視中心紅色固視點，盡可能保持睜眼狀態，直至下一次眨眼為止所用時間。平均淚膜破裂時間(NITBUTavg)代表整個角膜的淚膜破裂時間(TFBUT)的平均水平[31]。此外，研究發現基于角膜功率的變化計算的硝酸鈉的含量與眼表面疾病指數(OSDI)得分相關[32]。

5熱成像

熱成像是一種測量物體表面溫度的非侵入性技術。最初的設計是為了檢測皮膚溫度的變化，現在可用于探測淚膜蒸發導致的眼表溫度變化。紅外熱成像技術利用紅外熱成像儀測量從眼睛表面或眼周內表面發射的紅外輻射的數量。角膜表面溫度在健康人中不會發生變化，故其最能反映淚膜的性質和穩定性[33]。干眼可導致淚膜不穩定，增加液體蒸發，從而使眼球表面溫度降低[34]。當角膜頂點的眼表溫度變化以每10s作為1個周期，被用作1個參數時，它的靈敏度為83%，特異性為80%。研究證實，眼表溫度的降低與淚膜破裂時間具有顯著的相關性[35]。角膜的差異區、淋巴溫度差異、結膜溫度差異等指標則被用于區分健康的受試者和干眼癥患者[36]。隨著研究的深入，靜態的眼表溫度變化測量值在鑒定干眼癥方面比動態計量值具有更強的說服力[37]。阻塞性MGD患者上下結膜的溫度均較低，這會增加瞼脂的黏度，導致阻塞性增強[38]。未來的研究需要闡明，結膜溫度的降低是否是由于血流量的減少而造成的。除了作為一種非侵入性的干眼篩查工具外，在對MGD患者進行眼瞼溫熱治療后，利用傅里葉光譜、分形維數和gre層次共生矩陣的特殊基準熱成像圖像紋理特征可以預測癥狀的發展趨勢。

6波前像差儀和視網膜成像技術

臨床觀察發現，部分干眼癥患者經常會出現視物模糊，視覺波動和眩光等癥狀?？諝?淚膜界面是眼睛的第一個光學表面，具有較高的光折射能力，因此其不規則性對光學質量有較大的影響。干眼癥患者的淚膜有缺陷或不穩定，會導致局部淚膜厚度發生不均勻性變化，即像差和散射，二者也是人眼視覺退化的主要因素。

像差是由前后角膜平面或角膜前淚膜不規則散光引起的。通過測量視錐細胞和視桿細胞(球鏡和柱鏡)的視覺靈敏度可以檢測出低階的異常，但是需采用哈特曼波前測試儀等傳感器才能評估和量化高階像差(HOAs)。HOAs通過擴大Zernike多項式，在中央角膜上進行了6次分析。Zernike系數中，均方根(RMS)代表波前像差，S3、S4、S5和S6分別是三階、四階、五階和六階Zernike系數的均方根，進而計算出像差(S3+S5)、球鏡像差(S4+S6)和總HOAs(S3+S4+S5+S6)。干眼癥患者的像差在頻繁眨眼后明顯提高，而HOAs的這種變化與OSDI評分和淚膜破裂時間相關[39]。相比淚膜破裂之前，無論瞳孔大小、彗形像差、球徑或總HOAs如何，淚膜破裂之后HOAs都會明顯增加[40]。有研究發現，淚膜不穩定患者眨眼后HOAs呈上升曲線，并隨著時間的推移而不斷增加。這類患者眨眼后馬上就會有一個良好的視網膜圖像，但是圖像的質量會隨著時間的推移而不斷下降。而與缺乏治療的患者相比，由于淚液量較低，HOAs數值持續偏高，形成了受損的模擬視網膜圖像，甚至會立即出現眨眼的行為[41]。

采用波前傳感器對HOAs進行量化是一種十分有效、客觀的方法，可用于評價淚膜功能障礙的光學質量的連續變化。然而，其忽略了散射的存在，并且可能過高評估了光學質量。散射可以分為前向光散射(朝向視網膜)和反向散射(散射在角膜上)。由前向光散射產生的光亮度可導致眩光。角膜后散射與角膜的透明度降低有關。與視覺上的障礙相比，前向光散射相對較少。視網膜成像技術是基于一個點光源在視網膜雙向反射后，通過目鏡媒體評估并記錄散射指數(OSI)，衡量光散射，由于其是通過不同的眼部結構進行測量，所以得到的數據并非使用傳統波前像差測量可獲得[42]。研究發現，較高的OSI與更大的光散射和較低的視覺質量相關[43]。OSI變化及其變化率與干眼的嚴重程度呈正相關，也與淚膜不穩定性和角膜染色評分有關[44]。此外，進一步研究證實，角膜后散射與干眼患者視網膜圖像具有一定的相關性。光學降解會對駕駛時視覺表現等情況產生影響，如道路中許多目標被忽略，遭遇突發狀況時反應時間也會增加，而反應時間與HOAs的變化有關[45]。干眼患者滴入人工淚液后，HOAs和光散射都有一定程度的改善[46]。光學特性的測量使我們能夠更好地分析人工淚液對治療后的HOAs和光散射的影響。

7活體共聚焦顯微鏡

活體共聚焦顯微鏡(IVCM)是一種非侵入性的眼部成像技術，能夠對眼表上皮細胞、免疫及炎癥細胞、角膜神經、角膜基質細胞以及瞼板腺結構進行觀察。當光源和目標透鏡聚焦于一個小的有限區域時，共焦顯微鏡能產生一個由孔徑大小、放大率和工作距離所決定的焦距，這就提供了一種與組織學分析類似的分辨率，作為一種實時的非侵入性工具對眼部表面進行細胞水平的研究。IVCM可用于分析眼睛表面的形態功能單位。干燥性角結膜炎患者與健康人的角膜上皮細胞密度、結膜炎癥細胞密度和眼瞼邊緣上皮細胞密度不同[47]。與健康人相比，干燥性角結膜炎患者基底角膜神經發生了明顯的變化(低密度，彎曲度、珠狀和寬度增加)，上述結構與功能的改變和干眼的嚴重程度有關[48]?；咨窠浉淖兛赡苁且环N由組織損傷引起的基底神經代謝活躍的特征，其是由組織損傷引起，而組織損傷是干眼癥病理機制的一部分[49]，這也為神經營養方法用于治療干眼癥提供了理論基礎[50]。治療后出現的反應也因患者基底神經長度的差異而有所不同。據調查，只有那些基底神經長度改變不大的患者，經過治療后臨床癥狀有所改善[51]。隨著干眼發展程度的加深，形態變化不僅局限在眼表，而且中央角膜內皮細胞密度顯著降低，這些都與干眼發展的嚴重程度呈正相關[52]。這一觀察結果背后的原因仍有待研究，但就目前研究結果來看，這些結構變化可能是由于一個共同的炎癥途徑導致的，也有可能是基底神經對內皮細胞的功能進行了一定程度的調節，因為基底神經密度降低會加速內皮細胞的喪失[53]。IVCM還可以用于區分干眼的不同亞型，在這些亞型中，水液缺乏型患者角膜的突狀細胞密度高于蒸發型。這些變化可能反映了干眼癥復雜的發病機制中存在的免疫和炎癥活動。與紅外線和OCT相似，IVCM可以提供高分辨率瞼板腺成像，還可以提供如瞼板腺腺泡單位密度(MGAUD)、瞼板腺腺泡最長直徑(MGALD)和瞼板腺腺泡最短直徑(MGASD)以及炎癥細胞密度等參數。MGAUD、MGALD、MGASD和炎性細胞密度的閾值分別為70單位/mm2、65μm/mm2、25μm/mm2、300個/mm2。IVCM還能顯示眼表疾病中可辨認的瞼板腺特征，這些特征不易區分于其它瞼板成像技術，如干燥綜合征患者存在無擴張形態學改變的腺周炎癥改變，而MGD患者則存在腺體阻塞和擴張的征象[54]。

8總結與展望

綜上所述，干眼成像技術的進展使我們能夠客觀地對干眼相關指標進行可重復測量，利用獲得的信息進一步加深對干眼發病機制的認識。對于這些新穎的研究技術，目前仍需要經過進一步的研究才能證明它們的可靠性和穩定性。以往多數研究都評估了臨床干眼測試與患者的癥狀之間的相關性，雖然不同的測量方法可以反映相同的淚膜特性，但是很少有研究對其進行比較。干眼成像技術主要針對的是淚膜的靜態和動態特性，具有非侵入性、可重復性等優勢，且得到的數據更加客觀。但一些成像技術作為超聲的光學模擬品，所獲得的結果是否會受到光源的相干特性影響等諸多問題仍有待于進行深入的研究。成像技術的研究前景廣闊，未來對于成像技術的研究應不斷地改進提升，從而能更深入地觀察干眼的特點及變化，如果將這些儀器應用于臨床實踐中，它們能夠大大提高診斷水平，并有助于客觀評估治療反應，在干眼的早期診斷以及治療新方法的研究中發揮重要作用。