Клиническая визуализация структур сетчатки на основе оптической когерентной томографии

Доклад на конференции "Лазеры в отфальмологии" НИИ глазных болезней РАМН, 24 сентября 2009 г.

Родин А.С.

Кафедра офтальмологии факультета фундаментальной медицины, МГУ им М.В. Ломоносова г. Москва, Россия.

Основы современной технологии создания изображений сетчатки ведут свою историю к 1885 году, когда впервые Вебстером было получено фотоизображение диска зрительного нерва. Прообразом современной ретинальной томографии явилась методика фоторегистрации сетчатки в различных спектрах излучения – конфокальная лазерная микроскопия, впервые адаптированная для офтальмологии Робертом Веббом. Последнему принадлежит авторство прибора, получившего название телеофтальмоскоп «Flying Spot», представленного впервые в 1979 году. Прибор позволял фотографировать сетчатку без расширения зрачка и фотовспышки, с более высоким разрешением, чем фотокамера. Позднее на его основе был разработан сканирующий лазерный офтальмоскоп, который был предназначен не только для получения высококонтрастных фотоизображений сетчатки в определенном спектре лазерного излучения, но и визуализации ее послойной структуры.

Благодаря работам группы ученых массачусетского технологического института в 1990 году был разработан прибор, получивший название оптический когерентный томограф, работающих по принципу лазерной интерферометрии. В 1995 году фирма “Humphrey” начала продажу оптических когерентных томографов, позволяющих получать двухмерные послойные изображения сетчатки in-vivo с микронным разрешением. К 2004 году сменилось несколько поколений томографов, и появились модели, работающие по принципу спектральной доплеровской томографии. Такие приборы имеют высокую скорость сканирования, совершенную технологию компенсации искажений сигнала, возросшую во много раз разрешающую способность и возможность трехмерной визуализации микроструктуры сетчатки. Сегодня, инвестиции оптических компаний в развитие технологии когерентной томографии значительно выше, чем в другие оптические технологии. В настоящее время несколько крупных фирм производят томографические системы, наиболее известные из которых: Bioptigen, Carl Zeiss Meditec, Heidelberg Instruments, OPKO, Topcon. Лидером по количеству инсталлированных аппаратов является фирма «Carl Zeiss», разместившая во всем мире более 10000 томографов (по состоянию на август 2008 г).

Клинические возможности ОКТ.

Следует отметить, что на сегодняшний день технология оптической томографии развивается быстрее, чем возможности ее детального стандартизированного анализа. Всвязи с этим все более актуальной становится задача корректной клинической интерпретации получаемых томограмм. Оптическая томограмма сетчатки дает исследователю большой объем не только качественных, но и количественных показателей, среди которых: толщина слоя нервных волокон, толщина и объем сетчатки, площадь экскавации диска зрительного нерва и т.д. Высокие оценки чувствительности и специфичности метод оптической когерентной томографии с точки зрения медицинской экономики [1].

Хотя большинство исследователей высоко оценивают диагностические возможности метода оптической томографиии, ряд вопросов остаются открытыми. В частности, актуальны проблемы воспроизводимости томограмм в заданном участке сетчатки, в особенности при повторных исследованиях у пациентов с отсутствием устойчивой фиксации вследствие поражения макулы. Кроме того, различные модели томографов дают вариабельные данные при оценке толщины сетчатки, что связано с различием в применяемых алгоритмах. Разработанные производителями нормативные базы данных, не всегда позволяют адекватно оценивать толщину нервных волокон сетчатки, поскольку количество аксонов нервных клеток здорового глаза весьма вариабельно и может составлять от 660 тысяч до 1,5 миллионов.

Личный опыт клинического применения томографов второго и третьего поколений позволяет назвать пока лишь небольшой ряд состояний, при которых диагностическое исследование на томографе может рассматриваться в качестве относительно самостоятельного метода постановки диагноза. Речь идет о том, что ОКТ более достоверно, чем другие методы оценки сетчатки, позволяет проводить оценку витреоретинальной тракции, выявлять эпиретинальные мембраны, подтвердить стадию макулярного отверстия, оценить их размеры, проводить их мониторинг после хирургических операций. Ряд исследователей [2] отмечают, что данные ОКТ являются ключевыми при принятии решения о хирургическом лечении этих заболеваний в 42,2% случаев. В остальных случаев информация, получаемая с помощью томографии, может быть корректно интерпретирована лишь в сочетании с дополнительными методами диагностики. Комбинированное применение (только в сочетании с ФАГ) эффективно для мониторинга эффективности лечебных мероприятий при заболеваниях сетчатки сопровождающихся накоплением жидкости в центральной зоне сетчатки: диабетическая макулопатия (характер отека – кистозный, диффузный – наличие экссудатов, тракции), центральная серозная хориоретинопатия, отек при тромбозах ретинальных вен, синдроме Ирвин-Гасса [3]. Отдельно стоит подчеркнуть диагностическую ценность ОКТ при возрастной дегенерации макулы, поскольку метод позволяет дать детальную оценку состояния пигментного эпителия и часто может выступать в качестве критерия эффективности лечебных мероприятий, среди которых активно используется интравитреальное введение блокаторов факторов ангиогенеза. Учитывая неинвазивный характер исследования, ОКТ позволяет эффективно оценивать минимальные структурные изменений макулы при снижении остроты зрения неясного генеза в случаях отсутствия показаний или невозможности проведения ФАГ [4]. Реже, вследствие меньшей специфичности и информативности ОКТ используют при диагностике артериальных окклюзий, дистрофиях наследственной природы, хориоретинитах, токсических и травматических поражениях сетчатки, опухолях заднего отрезка глаза, ретиношизисе.

Современные биомикроретинометрические системы и направления их совершенствования. Последние разработки в области оптической томографии направлены на увеличение скорости сканирования, аксиального разрешения, разработку новых алгоритмов сегментации границ ретинальных структур, повышение воспроизводимости сканирования при повторных исследованиях и комбинировании томографии с другими диагностическими методиками.

Последнее поколение приборов для ОКТ диагностики относится к спектральным допплеровским системам, которые имеющие в 100 раз большую скорость, чем наиболее популярные системы третьего поколения. Высокая скорость сканирования позволяет преодолеть артефакты, возникающие у моделей более ранних систем при микросаккадах глаза. Аксиальное разрешение выросло более чем в два раза и составляет от 5 до 3 микрон, что позволяет большинству исследователей отметить повышение информативности метода [5]. В ряде систем пересмотрены алгоритмы дифференцировки границ пигментного эпителия, что является предпосылкой к более точной сегментации слоев сетчатки. Программное обеспечение большинства современных приборов позволяет поддерживать алгоритмы пространственного моделирования и обрабатывать изображения в режиме 3-D.

Значительным прогрессом в совершенствовании технологии интеграция ОКТ с системами Eye-tracking, которые позволяют преодолеть основной недостаток систем предыдущего поколения – низкую воспроизводимость томограмм при повторных исследованиях. В ряде приборов той же цели служить одновременная регистрация детального фотоизображения или ангиограммы пациента. Кроме того, интеграция ОКТ со спектральной фундус камерой позволяет проводить визуализацию не только ткани сетчатки, но и сосудистых структур глаза. Эта возможность появилась на ряде приборов, благодаря программному обеспечнению открывающему одновременный доступ к выбранной линейной томограмме, флюоресцеиновой и индоцианин-зеленой ангиограммам. В последних сообщениях отмечена возможность визулизировать эмболы в просвете ретинальных капилларов с помощью современных спектральных ОКТ высокого разрешения [6].

Комбинированные системы имеют на сегодня самую большую коммерческую стоимость, и их функциональные возможности еще полностью не раскрыты. Современные комбинированные биомикроретинометрические системы предоставляют пользователю следующие возможности: Фоторегистрация – экономит время пользователя, позволяя оператору не прибегать к осмотру глазного дна перед проведением процедуры. а) Фотрегистрация в бескрасном (сине-зеленом) режиме может позволить более контрастно визуализировать ряд структур на фотоизображении – в частности слой нервных волокон и эпиретинальные мембраны. б) Фоторегистрация в инфракрасном диапазоне длин волн – превосходит по качеству стандартное фотоизображение при помутнениях оптических сфер, а также позволяет оператору более точно сопоставлять спектральную оптическую томограмму с изображением глазного дна. Регистрация аутофлюоресценции – индикатора состояния пигментного эпителия. Аутофлюоресценция представляет собой отраженное сетчаткой излучение регистрируетмое в спектре с длиной волны 488 нм., без введения флюоресцеина. Основной источник аутофлюоресценции – липофусцин. Липофусцин является побочныы продуктом деятельности фоторецепторных клеток, аккумулирующийся лизосомами клеток пигментного эпителия. Накопление его происходит по мере старения организма и в ряде случаев ведет к апоптозу клеточных элементов сетчатки. Гипераутофлюоресценция наблюдается при гибели ПЭ при возрастной дегенерации макулы, болезни Беста, Штаргарта. Определенная корреляция накопления липофусцина прослежена со скоростью прогрессирования географической атрофии пигментного эпителия в рамках сухой формы возрастной дегенерации макулы. Ангиография. а) Ангиография с флюоресцеином (пик абсорбции – 494 нм, пик эмиссии – 521 нм) проводится не в световом диапазоне, а в лазерном излучении, позволяющем выявлять пик флюоресценции без световых искажений и повысить качество изображения. Конфокальная система проекции изображений также снижает оптические аберрации cвойственные для традиционной ФАГ. Высокая скорость фиксации, позволяет генерировать динамические изображения и наблюдать не только участки статического болкирования доступа флюоресцеина, но частичное временное блокирование флюоресценции в определенных фазах в динамике. б) Ангиография с индоцианин зеленым – «окно» под пигментный эпителий. Индоцианин зеленый имеет пик абсорбции на длине вольны 790-800 нм, а и пик эмиссии – на 830-840 нм. Последний пик не блокируется пигментным эпителием, поскольку в отличие от флюоресцеина лежит в инфракрасной части спектра, что позволяет получить высококонтрастные изображения хороидальных сосудов. Ангиограммы с индоцианин зеленым играют важную роль при выявлении «оккультных» субретинальных неоваскулярных мембран. Спектральная оптическая томография с системой Eye-tracking значительно нивелирует субъективизм оператора при получении повторного скана заданного участка сетчатки и благодаря интеграции с вышеописанными методами диагностики обладает возможностью получать пространственное изображение не только карты, профиля, структуры, но и сосудистого русла в заданной точке поиска.

Дргугим направлением технологического совершенствования томографических систем является повышение их разрешающей способности. Современные томографические приборы позволяют уже сегодня получать качественные послойные томораммы с аксиальным разрешением около 3 микрон. Ведутся разработки систем сочетающих технологии коррекции аберраций (адаптивную оптику, пришедшую из астрономии) с томографическими технологиям [7]. В частности, имеются сообщения [8], о модели томографа AO-UHR-OCT, позволяющего достигнуть еще большего аксиального пространственного разрешения. Перспективными выглядят разработки систем оптической спектральной доплеровской томографии, применяемых для расчета скорости кровотока по амплитуде пульсовой волны ретинальных капилляров [9].

Программное обеспечение современных приборов позволяет организовать сетевой доступ ко всей информации о сетчатке пациента с удаленных компьютеров в любом отделении клиники или передавать ее по системам связи в другие города и страны. Не исключено, что в перспективе процессы глобализации могут привести к стандартизации систем обработки изображений и централизации процессов интерпретации томограмм и других изображений сетчатки в международных системах файлового обмена.

Литература

  1. Irwig L, Tosteson AN, Gatsonis C, Lau J, Colditz G, Chalmers TC, et al. Guidelines for meta-analyses evaluating diagnostic tests. Annals of Internal Medicine 1994; 120(8):667-676.
  2. D V. Do, M Cho, Q DNguyenc, S M Shah , J T. Handa, P A. Campochiaro, I Zimmer-Galler, J U. Sung , J A. Haller Trans Am Ophthalmol Soc 2006;104:161-166
  3. Rodin A.S., Dementyev D.D. Macular thickness and volume measurements after phakic posterior chamber intraocular lens implantation. ASCRS annual meeting , 20 Mar. 2006 San Francisco, CA.
  4. Родин А.С. Новые клинические возможности метода оптической когерентной томографии. Ранняя диагностика патологии макулы у пациентов с высокой остротой зрения. Офтальмология. 2004; 1(4): 24-28.
  5. P M. Brennen, L Kagemann, T R. Friberg Comparison of StratusOCT and Cirrus HD-OCT Imaging in Macular Diseases Ophthalmic Surgery, Lasers and Imaging 2009; 40 (1): 124-126
  6. S F. Oster, F Mojana, W R. Freeman, Visualization of Retinal Emboli With High-Resolution Optical Coherence Tomography Arch Ophthalmol. 2009;127(2):218
  7. Каталевская Е.А. Изучение диагностических возможностей адаптивной мультиспектральной фундус камеры в визуализации структур глазного дна. Автореферат дисс. канд. мед. наук., M., 2009.
  8. 8. Spaide RF Enhanced Depth Imaging Optical Coherence Tomography of Retinal Pigment Epithelial Detachment in Age-related Macular Degeneration. Am J Ophthalmol. 2009; 17: 245-248
  9. H Wehbe, M Ruggeri, S Jiao, G Gregori, C A. Puliafito, W Zhao Automatic retinal blood flow calculation using spectral domain optical coherence tomography Optics Express, 2007: 15( 23); 15193-15206


© elitvision.ru, А.С. Родин. 2006–2018. Копирование материалов сайта допускается только с разрешения правообладателя при условии размещения прямой ссылки на www.elitvision.ru