應用超高速SS-OCTA定量評估DR患者的脈絡膜毛細血管血流灌注

王 慧,戴 維,李永蓉,紀風濤

0 引言

脈絡膜毛細血管(choriocapillaris,CC)是脈絡膜最內側結構,位于Bruch膜下方,由小直徑,有孔毛細血管組成,通透性高,供應視網膜外層營養[1]。雖然脈絡膜毛細血管體積較小,但在視網膜脈絡膜相關疾病的發生發展中起巨大作用。糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病(diabetes mellitus, DM)眼部主要并發癥之一,發病率逐年升高,機制未明[2]。組織病理學研究發現DR患者脈絡膜毛細血管變窄或擴張、血管迂曲、無灌注區、萎縮和新生血管形成[3],因此CC可能在DR發病中起重要作用。隨著光學相干斷層掃描血管造影(optical coherence tomography angiography,OCTA)發展,無創定量脈絡膜血流成為可能。但CC管徑較細,傳統頻域(spectral-domain,SD)OCTA波長較短,受視網膜色素上皮散射影響,難以準確顯示CC血流。掃描源OCTA(swept-source OCTA, SS-OCTA)激光波長較SD-OCTA長,受視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)散射影響小,脈絡膜結構成像更佳[4];另外超高速SS-OCTA(A掃描200000次/秒)可顯著提高低血流的檢測靈敏度,定量CC血流更準確[4]。既往關于不同程度DR與CC血流灌注之間關系的研究,得出了不一致的結論:有研究顯示非增殖性DR(NPDR)與增殖性DR(PDR)之間CC灌注不足沒有差異[4],最近的研究表明CC灌注不足與DR嚴重程度相關[5-6]。然而這些研究均采用普通掃描速度SS-OCTA測量CC灌注缺損來間接反映CC血流,可能導致結果不準確。本研究采用超高速SS-OCTA直接定量CC血流灌注,并在考慮混雜因素后探討了其與DR嚴重程度之間的相關性。

1 對象和方法

1.1對象觀察性橫斷面研究。納入2022-03/12在我院就診受試者139例139眼(包括糖尿病受試者115例115眼和對照受試者24例24眼)。每位受試者均選取右眼進行研究。糖尿病受試者納入標準:(1)經內分泌科專業醫師確診為2型糖尿病;(2)年齡大于18歲。排除標準:(1)因眼球震顫或其他原因不能配合檢查;(2)有以下任何一種情況的參與者:1)嚴重的全身性疾病,如嚴重的心血管、腫瘤或中風;2)內眼手術史,如視網膜激光或眼內抗VEGF注射、白內障或玻璃體視網膜手術;3)屈光度≥3D或≤-6D;4)除DR外合并其他影響脈絡膜血管的眼部病變;5)屈光間質混濁,SS-OCTA成像質量較差。采用相同的排除標準將無任何內眼疾病在我院體檢的非糖尿病受試者納入對照組。本研究遵循《赫爾辛基宣言》,研究方案得到了合肥市第二人民醫院(安徽醫科大學附屬合肥醫院)倫理委員會的批準,并獲得了所有參與者的知情同意。

1.2方法

1.2.1一般項目及實驗室檢查收集患者一般信息,包括年齡、性別、糖尿病病程。一位經驗豐富的護士測量受試者身高、體質量,計算體質量指數(body mass index,BMI),BMI為體質量(kg)除以身高(m)的平方。抽取清晨空腹血測量糖化血紅蛋白(glycated hemoglobin A1c,HbA1c)、血清總膽固醇(CHOL)、甘油三酯(serum triglyceride,TG)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein cholesterol,HDL-c)、低密度脂蛋白(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-c)、血清肌酐(serum creatinine,SCr)以及尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)。

1.2.2眼科檢查所有入組者均接受全面的眼科檢查,包括最佳矯正視力(best corrected visual acuity, BCVA)、非接觸式眼壓計(Topcon CT-80A)測量眼壓(intraocular pressure, IOP)、等效球鏡(spherical equivalent,SE)、裂隙燈檢查以及標準七視野眼底彩色照相(Canon CX-1,Tokyo,Japan)。基于早期治療糖尿病視網膜病變研究(Early Treatment Diabetic Retinopathy Study, ETDRS),根據臨床檢查結果以及彩色視網膜圖像進行DR診斷和分期。將納入的糖尿病受試者分為:無DR組,非增殖性糖尿病視網膜病變(nonproliferative DR,NPDR)組,NPDR合并糖尿病黃斑水腫(diabetic macular edema, DME)組和增殖性糖尿病視網膜病變(proliferative DR,PDR)組。DME根據ETDRS標準由視網膜圖像做出診斷,并通過OCT掃描和視網膜厚度測量證實。所有患者均使用SS-OCTA(VG200D,視微影像)進行檢查,SS-OCTA系統包含一個波長約為1 050nm的掃頻源激光器,掃描速率為每秒200000次A掃描。該系統配備了基于集成共焦掃描激光檢眼鏡的眼動追蹤程序,以消除眼動偽影,軸向分辨率、橫向分辨率和掃描深度分別為5μm、13μm和3mm。通過512次B掃描獲取以黃斑中心凹為中心3mm×3mm區域的脈絡膜毛細血管血流圖像,并使用內置軟件對圖像進行偽影去除,將信號強度大于8的圖像用于后續分析;所有測量均在上午9∶00到下午5∶00之間進行,以減少CC血流晝夜變化的影響[7]。CC層定義為Bruch膜下方20μm的區域。依據ETDRS 3mm×3mm網格將黃斑區分為直徑1mm(central fovea,C1)和3mm(parafovea,C3)的圓,旁中心凹區進一步分為上方(superior,S)、下方(inferior,I)、顳側(temporal,T)、鼻側(nasal,N)區域。使用儀器內置軟件分別測量以上各分區CC灌注面積(perfusion area, PA)。灌注密度(perfusion density, PFD)定義為測量區域單位面積血流灌注面積的百分比。

2 結果

2.1受試者一般情況入組受試者平均年齡58.68±9.55(33～80)歲,入組受試者人口統計學特征見表1。對照組與糖尿病受試者在年齡、性別、CHOL、HDL-c、LDL-c、IOP、SE比較,差異無統計學意義(均P>0.05);糖尿病組BMI(t=-2.048,P=0.045)、TG(t=-3.218,P=0.002)、SCr(t=-3.878,P<0.001)和BUN(t=-3.619,P<0.001)更高。糖尿病組BCVA較對照組明顯下降(t=-7.481,P<0.001)。

表1 各組受試者的人口統計學資料

2.2各組受檢眼脈絡膜毛細血管灌注密度比較各組受檢眼中心凹及旁中心凹CC的PFD存在顯著差異(均P<0.001);與對照組相比,中心凹PDR組及NPDR合并DME組CC的PFD均明顯降低(P=0.003、<0.001);中心凹PDR組CC的PFD明顯低于無DR組(P=0.014),見圖1。NPDR組、NPDR合并DME組及PDR組旁中心凹CC的PFD均低于對照組(P=0.041、0.001、<0.001)。PDR組上方和鼻側旁中心凹CC的PFD均顯著低于無DR組及對照組(均P<0.05);NPDR合并DME組4個象限旁中心凹CC的PFD均顯著低于對照組(均P<0.05);同樣,相比對照組,NPDR組上方和鼻側旁中心凹CC的PFD也顯著降低(均P<0.05),見表2。

圖1 不同組別CC的PFD變化 A:中心凹下,bP<0.01 vs 對照組;cP<0.05 vs 無DR組;B:旁中心凹,aP<0.05,bP<0.01 vs 對照組;cP<0.05 vs 無DR組。

表2 各組受檢眼中心凹及旁中心凹各區域CC的PFD比較

2.3脈絡膜毛細血管血流灌注與DR嚴重程度關系通過簡單線性回歸分析評估了潛在混雜因素對CC灌注的影響,結果顯示SCr、BUN均對CC血流灌注有影響。我們將上述有影響的指標以及與脈絡膜血管密度已知相關的年齡、SE納入到多元線性回歸模型中,結果顯示中心凹CC血流灌注與DR嚴重程度顯著相關,與對照組相比,NPDR組PFD減少9.358個單位(95%CI-18.484～-0.232,P=0.045),NPDR合并DME組PFD減少18.173個單位(95%CI-28.583～-7.762,P=0.001),PDR組PFD減少28.309個單位(95%CI-39.978～-16.640,P<0.001)。同樣,旁中心凹CC的PFD也與嚴重的DR程度相關,與對照組相比,NPDR組PFD減少9.284個單位(95%CI-18.487～-0.090,P=0.048),NPDR合并DME組PFD減少17.032個單位(95%CI-27.521～-6.544,P=0.002),PDR組PFD減少25.841個單位(95%CI-37.597～-14.085,P<0.001),見表3、4。

表3 簡單線性回歸分析篩選影響CC的PFD影響因素

表4 多元線性回歸模型比較不同分期糖尿病視網膜病變與對照組中心凹下及旁中心凹CC的PFD

3 討論

SS-OCTA成像技術通過紅細胞運動產生的光反射顯示血管結構。CC管徑較普通毛細血管大,多個紅細胞可同時通過CC[8]。組織學研究表明黃斑區下方CC管徑在16～20μm[3],本研究采用超高速SS-OCTA掃描速度為200000次/秒,軸向分辨率、橫向分辨率分別為5μm、13μm,分辨率超過CC直徑,另外較長波長(約為1050nm)減少了RPE/BM復合體的散射,可以進行更深層的光穿透,因此較普通OCTA更清晰顯示CC形態,準確反映其血流狀態。由于既往研究CC采用的OCTA儀器橫向分辨率較低,不能直接評估CC血流狀態,只能采用灌注缺失來間接評估[5],而灌注缺失可能不足以準確反映CC血流狀態。本研究采用超高速SS-OCTA直接量化CC灌注密度,結果顯示在調整了各種混雜因素后發現中心凹及旁中心凹CC灌注均與DR嚴重程度密切相關,旁中心凹不同區域CC血流灌注存在差異,鼻側旁中心凹血流灌注較低。這些發現提示DR進展與黃斑區CC血流灌注降低相關。這與Wang等[6]的研究結果一致,他們認為黃斑CC血流灌注與DR相關,最近譚心格等[9]的一項研究中發現眼底不同分期的2型糖尿病患者黃斑區CC層血流密度顯著減少;我們團隊前期的研究中也發現嚴重PDR行玻璃體切割術后黃斑區CC灌注較對側眼也明顯降低[10],這些研究均提示黃斑區CC血流與DR相關。然而一項采用SD-OCTA評估黃斑微血管和DR嚴重程度關系的研究中,納入了225例DM患者,結果發現CC的PFD與DR嚴重程度并沒有相關性[11],造成這種差異的原因可能是研究所使用的OCTA設備不同。

CC血流灌注與DR進展之間的因果關系目前尚未明確。Dai等[12]采用SS-OCTA研究無視網膜病變的糖尿病患者黃斑視網膜和脈絡膜微血管變化,結果顯示與對照組相比,無視網膜病變的糖尿病患者黃斑CC灌注減少,表明黃斑區CC灌注減少可能發生在DR之前;而Choi等[13]利用超高速SS-OCTA在無視網膜病變的糖尿病患者中發現了黃斑區視網膜微循環及CC灌注的異常,他們認為黃斑區CC灌注減少可能與DR同時發生,視網膜微血管的嚴重程度與CC改變沒有明顯相關性;最近Loria等[14]研究認為無DR的糖尿病患者CC血流灌注較健康對照組顯著降低,CC血流灌注減少先于DR的臨床體征并與DR分期相關。本研究發現無DR的糖尿病患者與對照組相比黃斑區CC血流灌注并沒有顯著降低,在進入NPDR期才顯示出有統計學意義的下降,提示黃斑區CC血流減少可能與DR臨床體征同時發生。

CC血流減少是否在DR進展中起作用,目前尚無定論。最近一項研究利用橢圓體帶歸一化反射率來量化NPDR患者的光感受器損傷,結果表明光感受器損傷與CC血流減少顯著相關[15]。同樣也有學者發現1型糖尿病無DR和NPDR患者黃斑CC血流灌注缺失與視錐細胞密度顯著相關[16],提示光感受器損傷伴隨CC血流異常。光感受器是全身耗氧量最高的組織[17],營養物質主要來源于CC,因此CC血流減少可引起光感受器及RPE缺血缺氧,血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)表達上調,血視網膜屏障破壞,引起光感受器功能下降,視力受損。同時CC血流減少可能加速招募白細胞黏附分子及炎癥細胞聚集[18],引起視網膜外層炎癥反應,加速DR進展。

旁中心凹不同區域CC灌注密度存在差異[19],本研究顯示NPDR組上方及鼻側旁中心凹CC灌注密度較對照組明顯降低,而顳側及下方并沒有出現統計學意義的降低,表明隨著DR進展旁中心凹不同區域CC灌注密度降低并非同時出現,上方及鼻側旁中心凹可能在DR早期出現了CC灌注下降。Viggiano等[16]采用SS-OCTA觀察了正常眼與1型糖尿病眼旁中心凹CC血流灌注,發現與對照組相比,NPDR組下方及顳側旁中心凹血流灌注缺失明顯增加,這與我們的研究結果不同,但是他們的研究局限在于進行統計分析時影響CC灌注的混雜因素沒有矯正,例如年齡、SCr、BUN等,因為CC血流隨著年齡增長而降低[19],而本研究充分調整了各種混雜因素;另外他們的研究對象為1型DM患者,本研究納入患者為2型糖尿病患者,不同類型糖尿病患者中心凹旁血流灌注減少可能存在差異。本研究我們使用超高速SS-OCTA定量分析了2型糖尿病眼和對照眼黃斑區CC灌注,同時控制了年齡、BUN、SCr、SE等變量。此外,在CC定量之前還排除了來自視網膜病變所產生的偽影,以確保CC血流灌注測量的準確性。我們相信,與以前的研究相比,本研究為DR中CC血流灌注變化提供了更直接的證據。

本研究也存在多種不足之處:(1)樣本量相對較小,另外橫斷面研究無法闡明CC血流灌注與DR進展之間的因果關系,需要進一步縱向研究來闡明CC灌注隨DR進展的變化。(2)本研究對象為2型DM患者,1型DM與CC之間的關系尚不確定。由于視網膜血管在CC層面的投影,本研究僅采用了黃斑中心凹3mm×3mm OCTA掃描方案,未來可采用更大的掃描范圍探索DR患者中周部CC血流變化。盡管存在不足,本研究有幾個優勢,包括采用最新的超高速SS-OCTA儀器和軟件以及在統計過程中調整了各種混雜因素,另外對旁中心凹不同象限CC血流灌注與DR進展的關系也進行了探索。

總之,超高速SS-OCTA測量CC血流密度可以客觀量化黃斑灌注,黃斑區CC血流灌注密度與DR嚴重程度相關,隨著DR進展黃斑區CC灌注密度降低,未來縱向研究可闡明CC灌注與DR進展之間的因果關系。