《眼科新进展》 2018年9期
898-900
出版日期：2018-09-05
ISSN:1003-5141
CN:41-1105/R
偏振光学相干断层成像技术在临床眼科疾病中的应用
光学相干断层成像（optical coherence tomography，OCT）技术1991年首次得到报道并应用于离体视网膜的测量，经过几代发展，目前已成为临床上眼科医生不可或缺的辅助诊断工具［1］。 由于眼部组织清晰的光学结构层次，眼部透明的屈光介质为光线进入提供了良好的通道，而OCT能对眼部透明及半透明组织提供高分辨率的断层以及三维立体图像，因此能为玻璃体、视网膜及脉络膜等疾病诊断提供依据［2］。偏振光学相干断层成像（polarization-sensitive optical coherence tomography，PS-OCT）技术在OCT技术的基础上，利用偏振光技术能获得组织层面更多有用的信息。
1 PS-OCT概述
近些年OCT技术所取得的巨大进步和成功很大程度上归因于其历经几代技术的革新。第一代的OCT系统基于时域原理，通过参考反射镜对探测深度进行转换，轴向扫描速度限制在100~400 A型扫描·s-1，接着基于频域原理的频域OCT（spectral domain optical coherence tomography，SD-OCT）取代了时域OCT，其拥有的高扫描速率、高效率获取图像、更好的轴向分辨率，使得OCT技术的发展取得了重大进展，为临床诊断带来极大便利。但基于高强度背向散射光的SD-OCT很难区分一些特殊结构，存在着一些明显的弊端：不能直接区分不同的组织结构，尤其在一些眼部疾病中视网膜层次的图像出现扭曲、移位、丢失等不同程度的损害。为克服这些缺陷，OCT技术经过几代不断革新，发展到现在极具前景的多普勒OCT以及PS-OCT。PS-OCT已经被应用到各个生物医学领域，从评估组织烧伤程度到肿瘤的监测，而其中最大的应用是在眼科领域所带来的巨大效益。
2 PS-OCT的原理
PS-OCT利用光的偏振特性，接收不同组织对光的偏振改变，从而通过评估反射光而获得观测部位的有效信息［3］。人类的视网膜结构包含具有明显偏振性能差异的结构层次，如光感受器细胞层，以及有双折射特性的视网膜神经纤维层，具有去极化特性的视网膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）层等，根据其特有的偏振性能，这些组织结构在和入射光发生的特有反应变化下能被PS-OCT精确区分［4］。PS-OCT不仅能根据组织固有的偏光性能来区分视网膜的不同层次，而且也能监测及分析青光眼或老年性黄斑变性时的病理改变，而对于传统的OCT技术，单纯依靠光的反射很难观察到这些层次的细微改变。
3 PS-OCT在眼部疾病中的应用
3.1 在青光眼中的应用 青光眼是世界范围内第二大致盲性眼病，引起的视网膜神经节细胞的损伤以及视网膜神经纤维层（retinal nerve fiber layer，RNFL）的变薄是不可逆的，在早期发现并治疗能有效阻止进一步的视力丧失，取得良好的预后。然而目前临床上还没有直接监测RNFL结构及功能的有效方法。观察到周边视野缺损是目前临床上诊断青光眼的主要标准，但当临床上主观观测到周边视野缺损出现时已经约有40%的视神经发生了不可逆的损伤，因此一种能在视力丧失前就能客观测量到RNFL变薄的技术手段变成了必然的发展趋势。目前发展迅速的OCT技术以及激光偏振光扫描仪（scanning laser polarimetry，SLP）在临床应用广泛。OCT能像观察组织切片一样自然无创地获取到人体视网膜的横断层面结构图像，并可以测量RNFL的厚度变化。由于视网膜具有的双折射特性，SLP能通过视网膜反射出来的检查光来评估光的偏振改变情况，从而获得有用信息。目前的PS-OCT综合了OCT技术的深度分辨力及SLP的偏振感应特点，而获得生物组织光学双折射的深度分辨率图像［5］，为早期监测青光眼提供了良好的技术支持。体外兔眼实验中也证实了RNFL所具有的双折射特性以及PS-OCT测量RNFL厚度的可行性［6］。Cense等［7］利用PS-OCT观察青光眼患者视盘附近RNFL层的特点，发现视盘上下部的RNFL双折射性较鼻侧、颞侧更好，并且视盘附近RNFL层的双相位延迟反应不是恒定的，视不同区域变化不等。
同时有学者提出青光眼视神经病变时神经节细胞轴突的密度改变先于RNFL层厚度的改变［8］，如果此假说得到充分证实，那么基于光的双折射性能的观测方法对于监测神经节细胞轴突的密度或微管的改变是一种相当灵敏的技术手段，可以提供更多的诊断信息，提高青光眼的诊断率，更优于依靠RNFL层厚度的测量方法。
3.2 在眼底病变中的应用
3.2.1 老年性黄斑变性 年龄相关性黄斑变性（age related macular degeneration，AMD）是老年群体中常见的引起视神经变性以及视力丧失的疾病，以引起RPE层的改变为特点，疾病早中期表现为玻璃膜疣，晚期出现包括地图状萎缩（geographic atrophy，GA）、脉络膜新生血管，其中GA能引起严重的进展性视力损害。到目前为止，没有明确的治疗方案能减慢或停止GA的疾病进展，因此更好地了解这种疾病的病理生理学变得很有必要。由于萎缩损伤区域是GA的标志，观测其损伤区域的规模大小以及生长速度是早期诊断以及对疾病进程精确评估的根本，SLP、SD-OCT以及眼底荧光素检查（fundus autofluorescence，FAF）等均应用到了眼内GA的观察及量化评估［9］。 Schütze等［10］应用PS-OCT技术对22例GA患者进行观察，发现PS-OCT对GA病变大小的测定有着很高的重复性及图像再现性，结果与SLP、SD-OCT以及FAF的检查结果一致，认为PS-OCT在科学研究及临床实践中对于自动测量GA病变大小极具前景。同时在早期AMD患者中，PS-OCT能揭示玻璃膜疣的明显特征和色素改变情况［11］，在新生血管性AMD患者接受抗新生血管治疗后的疗效观察上也发挥着重要作用［12］。
3.2.2 在BEST疾病中的应用 黄斑卵黄样营养不良（best vitelliform macular dystrophy，BVMD），简称BEST病，属于常染色体隐性遗传性视网膜病变，表现为双眼对称的黄斑区卵黄样物质沉着。Deák等［13］使用PS-OCT观察18例35眼BEST患者卵黄样黄斑损伤（vitelliform macular lesions，VML）情况，结果发现在VML下方或边缘可见26眼出现局灶性RPE增生。BVMD患者中在VML外的RPE层厚度正常或轻度变薄，常染色体隐性黄斑变性患者RPE层呈弥漫性变薄或萎缩。PS-OCT在评估RPE层的定位和完整性中比频域OCT更可靠。在SD-OCT中，19.4%的眼不能识别RPE。而PS-OCT能提供组织特异性对比，可以在所有眼中准确识别VML中RPE层的位置；并认为PS-OCT在活体内证实了VML在视网膜下的位置，可用于评价RPE层的完整性。PS-OCT为BEST疾病的病理生理学发展提供了新的视野，同时也将为未来临床疾病进展情况以及治疗提供更多有用的信息。
3.2.3 观测眼底疾病中RPE层的改变 PS-OCT作为一种新兴的OCT技术可以通过视网膜组织的去极化特性而观察到视网膜色素上皮层的形态特点。目前PS-OCT具有的新算法程序能够对RPE层进行分段扫描观察，并根据组织本身的物理特性将RPE层与其他高反射结构有效区分开来。使用PS-OCT观察激光治疗糖尿病视网膜病变后RPE层的形态以及术区的愈合变化特点，具有良好的应用价值。不同于目前临床上SD-OCT使用高强度集中照明，PS-OCT具有的反向散射光特性能对视网膜激光治疗后视网膜重塑的各阶段特点、RPE层以及外层视网膜特殊的形态学改变做到精确观测，而SD-OCT的光学特性限制了其在这方面的应用［14］。与传统的SD-OCT相比，PS-OCT能够监测RPE层水平的动态改变以及视网膜去极化的改变，获得更多重要的临床信息。由于PS-OCT能提供RPE水平层次的组织疾病形态学更广泛视野以及新的角度，对于很多由于RPE层引起的视网膜代谢紊乱的疾病，如黄斑水肿、萎缩，先天近中心凹的毛细血管扩张症等，PS-OCT均能发挥重要的诊断价值［15］。
对于目前临床上已有的检查仪器，中心性浆液性脉络膜视网膜病变中可能不容易被发现的微小RPE层改变，而PS-OCT能做到全面检测［16］，对于中心性浆液性脉络膜视网膜病变RPE层的亚临床改变的观察，PS-OCT极具应用前景。
3.3 PS-OCT在其他眼部疾病中的应用 Stargardt病是最常见的青少年黄斑营养不良性疾病，可导致早期的视力丧失以及中央视野的缺失，组织学检查主要发现视网膜上大量脂质物质的沉积，PS-OCT联合FAF能很好地在感光细胞层次揭示Stargardt病的形态学改变，PS-OCT并且能够对RPE层及Bruch膜进行自动分段的多层次分析［17］。
PS-OCT获得的扫描图像超过100 kHz A扫描速率，不仅可以降低眼球运动干扰造成的偏差，而且能够不借助电脑软件就可以追踪眼球的运动，极大提升了PS-OCT的图像质量水平。同时通过使用多重B型扫描而不是借助空间窗口观测，能更好地评估眼部组织的去极化效应。因此PS-OCT可以检测到一些具有去极化性能的微观结构，如糖尿病视网膜病变中的一些微型渗出。PS-OCT具有的1050 nm散射光可以在脉络膜进行增强深度的观察，可以评估脉络膜的厚度以及巩膜的结构等，在白内障患者中也能取得良好的观测效果［18］。
目前PS-OCT很多功能都在研究和发展中，相信未来PS-OCT所具有的更完善功能在多个领域都能得到充分应用。