iTrace和Pentacam及LOCSⅢ參數在晶狀體混濁程度評估中的相關性

羅家偉，季 敏，秦苗苗，李鵬飛，管懷進

references for clinical work.

0 引言

白內障是目前全球首位的致盲性眼病，其最常見的類型之一是年齡相關性白內障(age-related cataract，ARC)[1]。目前ARC唯一有效的治療方法仍是手術，而客觀準確地評價ARC患者晶狀體的混濁程度是制定手術方案和判斷預后的關鍵。當前評價白內障混濁程度的方法可分為主觀分級法與客觀測量法[2]。

晶狀體混濁分級系統Ⅲ(lens opacities classification system Ⅲ, LOCSⅢ)是目前臨床運用最廣泛的主觀分級法[3]。LOCSⅢ分級法需要醫生借助裂隙燈顯微鏡觀察患者晶狀體，根據標準圖例對晶狀體的皮質、核、后囊混濁程度進行分級，對醫生診斷水平要求較高，很難進行客觀的評價。此外，近年來還出現了幾種客觀測量白內障混濁程度的方法。

Pentacam是由德國Oculus公司開發的眼前節分析系統[4]。它使用旋轉LED光源(波長475nm)通過 Scheimpflug照相系統對散大瞳孔后的眼前節進行掃描照相，并根據Scheimpflug照片的光密度對眼前節進行3D建模。其內置的Pentacam核分級 (pentacam nucleus staging，PNS) 功能可在0～5級的范圍內判斷白內障核硬度，同時可導出25/50張眼前節Scheimpflug照片，以供后續分析[5-6]。

iTrace視功能分析儀可投射256個平行近紅外光束到視網膜上，并檢測反射回的激光束所攜帶的信息(如光線位移和能量衰減)。綜合計算上述數據得出晶狀體功能失調指數(dysfunctional lens index，DLI)和晶狀體混濁地形圖混濁分級(opacity map grade，OMG)，可反映晶狀體功能和混濁程度。DLI范圍為0～10分，評分越低，測量區域內的晶狀體混濁程度越高[7]。OMG范圍為0～5級，評級越高，測量區域內的晶狀體混濁程度越高。

本研究分析了PNS、Scheimpflug圖像的區域累積光密度(integrated density，IntDen)、OMG、DLI 與LOCSⅢ分級之間的相關性。以探索其在ARC臨床診斷中的價值。

1 對象和方法

1.1對象前瞻性橫斷面研究。納入2021-05/08于南通大學附屬醫院眼科接受白內障手術的ARC患者104例104眼,其中男34例，女70例，平均年齡67.75±10.69歲。納入標準：(1)符合ARC的診斷標準；(2)年齡50～80歲。排除標準：(1)合并高度屈光不正、角膜病、眼底病、玻璃體混濁等其他眼病；(2)合并系統性紅斑狼瘡、糖尿病、腫瘤等全身性疾病；(3)患者無法配合完成所有檢查；(4)患者瞳孔無法散大至直徑大于6mm。本研究遵循《赫爾辛基宣言》原則，并通過了本院醫學倫理委員會批準(No.2021-L091)。所有納入研究的患者均在研究開始前簽署了知情同意書。

1.2方法

1.2.1裂隙燈檢查和LOCSⅢ分級患者用復方托吡卡胺滴眼液充分散瞳后，由同一眼科醫師于裂隙燈顯微鏡下檢查其晶狀體。分別拍攝晶狀體45°窄裂隙與后部反光法照片。根據LOCSⅢ標準圖例，確定其晶狀體核混濁度分級(nuclear opalescence，NO)，核顏色分級(nuclear color，NC)，皮質性白內障分級(cortical cataract，CC)，后囊膜下性白內障分級(posterior subcapsular cataract，PSC)參數。

熱管熱回收利用蒸發制冷的原理，當熱管蒸發端受熱時，液體吸收熱量迅速蒸發，蒸汽在微壓差作用下流向冷凝端釋放熱量冷凝成液體，液體再流回蒸發段，如此循環熱量由熱管蒸發端傳至冷凝端。熱管冷凝段和蒸發段是兩個完全獨立的換熱器，彼此分離，分別放置在新風進風段和排風段，不會造成排風對新風的污染，非常適合于醫院這樣對新風要求嚴格的場所。

表1 Pentacam參數原始數據分布情況

1.2.2Pentacam檢查患者采用復方托吡卡胺滴眼液充分散瞳，由同一位眼科醫師使用Pentacam眼前節分析系統掃描眼前節參數。掃描模式模式為：360度，掃描25個切面，自動掃描。PNS參數設置為晶狀體中央3mm、高度2.4mm、距離前囊8.3mm、距離后囊4.8mm區域。此外，導出25個軸向切面的Scheimpflug圖像，使用Image J圖像分析軟件分別選取并計算感興趣區域(region of interest，ROI)的累積光密度值(integrated density，IntDen)。ROI設定如圖1所示，分別代表前皮質區(含前囊)，周邊皮質區，核區，后皮質區(含后囊)。每個ROI的IntDen在分別測量25個切面的數據后取平均值。

圖1 Scheimpflug圖像ROI分區示意圖 1：3mm范圍前囊區(含前皮質)；2：3mm范圍核區；3：3mm范圍后囊區(含后皮質)；4：3～6mm范圍晶狀體(周邊皮質)；5：3mm范圍晶狀體；6：6mm范圍晶狀體；7：6mm范圍后囊區(含后皮質)。

1.2.3iTrace檢查所有患者經復方托吡卡胺充分散瞳后，在暗室環境中，由同一位的眼科醫師用iTrace視功能分析儀及其配套軟件測量和計算3mm區域與6mm區域的DLI和OMG。每眼重復3次，取平均值。

2 結果

2.1各參數原始數據分布情況Pentacam參數原始數據分布見表1，LOCSⅢ參數原始數據分布見表2，iTrace參數原始數據分布見表3。

表2 LOCSⅢ參數原始數據分布情況

2.2三種儀器測量晶狀體混濁程度的相關性

2.2.1Pentcam參數與LOCSⅢ分級的相關性如表4所示，PNS分級與NC強相關(r=0.521，P≤0.001)，與NO中等相關(r=0.440，P≤0.001)。3mm范圍IntDen、3mm范圍核區IntDen、6mm范圍IntDen與NC、NO均有相關性，且三者均與NC相關性更強。此外3mm范圍后囊區IntDen與NC(r=-0.315，P=0.001)、NO(r=-0.321，P=0.001)均中等負相關。其余各數據之間未見顯著相關性(P>0.05)。

表4 Pentacam參數與LOCSⅢ參數的相關性分析

2.2.2iTrace參數與LOCSⅢ參數的相關性如表5所示，3mm范圍DLI與NC、NO、PSC均負相關(r=-0.257、-0.234、-0.282，均P<0.05)。6mm范圍DLI與NC、NO、PSC均負相關(r=-0.247、-0.304、-0.227，均P<0.05)。3mm范圍OMG與CC、 PSC均正相關(r=0.268、0.333，均P<0.05)，6mm范圍的OMG與CC、PSC均呈正相關(r=0.275、0.245，均P<0.05)。其余各參數未見顯著相關性(P>0.05)。

表5 iTrace參數與LOCSⅢ參數的相關性分析

2.2.3Pentacam參數與iTrace參數相關性如表6所示，PNS與3mm范圍DLI負相關(r=-0.217，P=0.027)，且3mm范圍核區IntDen與3mm范圍DLI負相關(r=-0.197，P=0.046)，其他各參數未見顯著相關性(P>0.05)。晶狀體Scheimpflug照片的6mm范圍IntDen、3～6mm范圍晶狀體IntDen、6mm范圍后囊區IntDen與6mm范圍的DLI、OMG均未見相關性(P>0.05)，見表7。

表6 瞳孔中央3mm范圍Pentacam參數與iTrace參數的相關性分析

表7 瞳孔中央6mm范圍Pentacam參數與iTrace參數的相關性分析

3 討論

白內障作為當今世界主要的致盲性眼病之一，尚無有效的治療藥物，唯一有效的治療方案仍是手術摘除[9]。準確、客觀、可重復地評價白內障的混濁程度是制定手術方案和判斷預后的重要依據。LOCSⅢ是全球眼科醫師廣泛使用的白內障分級方法[2]。在LOCSⅢ法中，觀察者通過45°窄裂隙光柱探查患者晶狀體核，用核顏色和核光暈面積評價核性白內障的硬度與大小；使用后部反射法觀察皮質性白內障與后囊膜下性白內障占晶狀體投影面積的比例，以此評估后囊膜下性白內障與皮質性白內障的分級[3]。此方法對儀器和人員的要求較低，容易推廣。但分級過程中，醫師需將晶狀體裂隙燈照片與標準圖例對比，判定白內障分級，較易受主觀認知影響，缺乏客觀性和可重復性。Hall等[10]用激光裂隙燈拍攝晶狀體，并用自動化計算機程序分析晶狀體核區圖像的平均像素強度，發現與NO顯著相關。另有研究使用人工智能系統對晶狀體裂隙燈照片進行LOCSⅢ分級，結果顯示該系統對核性與皮質性白內障分級效果較好，但對后囊膜下性白內障分級效果較差[11]。

除了裂隙燈顯微鏡照相，眼前節Scheimpflug攝影也可應用于晶狀體混濁程度分級。晶狀體Scheimpflug圖像核區平均光密度與白內障核硬度進展顯著相關，且比LOCSⅡ核分級更精準[12]。基于此原理，Oculus公司開發了Pentacam眼前節三維分析系統。其采用波長475nm的裂隙光源，以角膜頂點為中心，使用Scheimpflug相機360°旋轉拍攝獲得一組眼前節斷層切面照片[13]。Pentacam配套軟件內置了PNS分級功能，這是一種客觀評價的晶狀體核硬度的方法[14]。李秋實等[15]報道ARC患者晶狀體PNS分級與術中累積超乳能量、超乳時間等正相關，提示PNS對手術方式選擇具有指導意義。本研究發現PNS與NC強正相關(r=0.521，P<0.01)、與NO中等正相關(r=0.440，P<0.01)。提示PNS可以自動化地、客觀地評估核硬度，且對NC分級的指導意義比NO更高，此結果與Makhotkina等[16]結果一致。但PNS僅適合混合型白內障的核分級或單純核性白內障的分級，無法對晶狀體其他區域(如皮質區、后囊區)混濁程度進行判斷。

有研究者使用Pentacam拍攝的Scheimpflug圖像光密度評估晶狀體后囊區的混濁程度。Grewal等[17]將后發性白內障囊袋Scheimpflug圖像的后囊區(直徑4mm)光密度與裂隙燈后部反射照片對比，發現Scheimpflug攝影可以避免裂隙燈照相中的反光和偽影，且后囊區光密度與后發性白內障面積占比顯著相關。曹乾忠等[18]使用Pentacam掃描白內障術后患者的晶狀體后囊膜，并測量后囊膜冠狀面三維重建圖像的平均像素密度，以評估后發性白內障的混濁程度。Minami[19]也使用Pentacam掃描后發性白內障患者囊袋，發現Scheimpflug圖像后囊區(直徑3mm，高0.25mm)ROI光密度與后發性白內障的混濁程度顯著相關。錢宜珊等[20]使用90°到270°動態增強掃描獲取患者晶狀體的Scheimpflug圖像，并測量了前囊膜、核、皮質、后囊膜等區域的最高光密度，發現白內障患者晶狀體最高光密度比對照者(無白內障)顯著增加。Pei等[21]將Scheimpflug圖像核區光密度峰值與LOCSⅢ分級進行相關性分析，發現光密度與NO、NC均高度相關，且與NO的相關性更高。李乃洋等[22]將晶狀體Scheimpflug圖像中心線上的光密度最大值與LOCSⅢ分級進行相關性分析，發現晶狀體中心線最大光密度值與NC、NO、CC正相關，與PSC無關。然而，上述研究僅測量了晶狀體中白內障程度最高點的光密度，容易高估晶狀體的白內障分級。并且僅選取特定角度上的Scheimpflug圖像納入研究，必然會遺漏其他方向上的晶狀體混濁，導致測量值無法綜合反映晶狀體的整體混濁程度。

因此，本研究納入每個晶狀體的360°/25張Scheimpflug圖像，并測定全部圖像各ROI的IntDen平均值，探討了不同ROI的IntDen與LOCSⅢ分級、iTrace參數的關系。結果顯示3mm范圍核區IntDen和3mm范圍DLI負相關。3mm范圍核區IntDen、3mm范圍IntDen、6mm范圍IntDen均和NC、NO正相關。且3mm范圍核區IntDen與NC(r=0.539,P<0.01)、NO(r=0.543，P<0.01)強正相關，并且比PNS與NC(r=0.521，P<0.01),NO(r=0.440,P<0.01)的相關性更高。考慮到PNS僅能在0～5級范圍內進行分級，3mm范圍核區IntDen對核硬度的分級顯然比PNS更精準。3mm范圍后囊區IntDen與NC、NO負相關，推測是因為晶狀體核性白內障阻擋了Pentacam光源對后囊膜下混濁的探測。其他各ROI的IntDen與CC均無相關性(P>0.05)，可見Scheimpflug圖像區域IntDen法可用于核性白內障分級，不適合后囊膜下性和皮質性白內障混濁程度的分級。

除Pentacam外，iTrace視覺功能分析儀也可用于分析晶狀體混濁程度。iTrace采用光線追蹤技術，通過從瞳孔投射的256條近紅外光束從視網膜反射回接收器時能量衰減和位移信息來測算全眼、角膜及眼內高階像差、對比敏感度、瞳孔直徑等指標[23]。DLI是iTrace軟件基于上述指標綜合計算出的參數，可用于評估晶狀體功能，分值越低表示晶狀體混濁程度越嚴重[24]。路露等[25]報道DLI與單純核性白內障的NC、NO負相關(r=-0.512, -0.559，均P<0.05)。de Souza等[7]報道4mm范圍DLI與LOCSⅢ-NO中度負相關(r=-0.37，P=0.0016)。王曉明等[26]也報道DLI與NO、NC負相關(r=-0.618, -0.606，均P<0.01)，且DLI與單純核性白內障的術中累積超乳能量負相關(r=-0.524，P<0.01)，但與單純皮質性白內障、單純后囊膜下性白內障的術中累積超乳能量無顯著相關性(P>0.05)。本研究的結果與上述報道類似，3mm范圍DLI、6mm范圍DLI 均和NO、NC、PSC負相關(P≤0.05)，而與CC未發現顯著相關性(P>0.05)。提示DLI可用于評估核性白內障和后囊膜下性白內障混濁，但不適合用于皮質性白內障分級。

iTrace不僅能計算DLI，還可繪制晶狀體混濁地形圖并評分。OMG評分反映了測量范圍內混濁地形圖的總體混濁程度。iTrace的OMG與LOCSⅢ分級的相關性還未見報道，本研究顯示3mm及 6mm測量范圍內的OMG與CC、PSC均正相關。6mm范圍OMG與CC的相關性(r=0.275，P=0.005)比PSC高(r=0.245，P=0.012)。3mm范圍OMG與PSC中等正相關(r=0.333，P=0.001)而與CC弱相關(r=0.268，P=0.006)。3mm與6mm范圍內的OMG均與NO、NC無顯著相關(P>0.05)。提示OMG適用于評價皮質性白內障與后囊膜下性白內障的混濁程度，不適合核性白內障分級。6mm范圍OMG與皮質性白內障分級更相關，而3mm范圍OMG與后囊膜下性白內障分級的相關性更強。

需要注意的是，鑒于其通過光線能量衰減檢測混濁的原理，iTrace本質上反映的是全屈光介質的混濁與像差，包括房水、玻璃體、晶狀體、角膜、淚膜。影響DLI和OMG的因素較多，只有在角膜、玻璃體、房水等均近似透明時才可認為其反映的是晶狀體的混濁程度。因此在白內障分級時需要嚴格把握納入和排除標準，一定程度上限制了DLI和OMG在白內障分級方面的應用。而Pentacam和LOCSⅢ僅涉及眼前節的檢測，在白內障分級時適用范圍更廣。

綜上，本文探討了PNS、DLI、Scheimpflug圖像分區IntDen、OMG、LOCSⅢ之間的相關性。結果顯示DLI、PNS、核區IntDen這三類參數與晶狀體核硬度顯著相關，且比LOCSⅢ分級更客觀，不需要檢測者主觀評級。其中DLI和核區IntDen的級別劃分比PNS更精細，可以更精準地描述核性白內障的混濁狀態。而6mm范圍OMG可反映皮質性白內障混濁程度，3mm范圍OMG可為后囊膜下性白內障混濁程度分級提供參考，但影響因素較多。我們在臨床診療中應根據患者實際情況，采用多種參數相結合的方式對白內障患者的晶狀體混濁作出更準確的描述。本文的局限性在于:(1)對Scheimpflug照片ROI的劃分較為機械，而患者的晶狀體皮質、后囊、核分區的個體差異性很大，無法做到精準的劃區。結合深度學習的人工智能圖像大數據處理技術可以更精準有效地對晶狀體Scheimpflug圖像進行ROI劃分和混濁程度評價；(2)因iTrace最多僅能測量瞳孔區6mm范圍內的晶狀體，和裂隙燈顯微鏡相比可能忽略周邊部赤道部較小的皮質性白內障，從而導致判定的混濁程度偏小；(3)納入的樣本量較小，可能導致結果的偏倚，應進一步增加樣本量以增加結果的科學性。