認識光相干斷層掃描血管成像技術特色
提升光相干斷層掃描血管成像技術臨床應用水準
本文原載於《中華眼底病雜誌》2017年第1期
 
光相干斷層掃描(OCT)通過測量不同生物組織光反射,對組織內部結構完成斷層成像;作為一種無創非侵入性醫學成像技術,現已廣泛應用於眼底疾病的診療追蹤。在經歷時域OCT、頻域OCT等技術演進後新近推出的OCT血管成像(OCTA)技術無需注射造影劑即能安全快速地獲得視網膜脈絡膜微血管三維成像,是視網膜影像檢查技術發展的又一里程碑。充分認識OCTA的技術特色,不斷提升其臨床應用水準,將為眼底疾病臨床診療提供更多病理生理特徵資訊,有助於加深對眼底疾病發病機制的認識,為眼底疾病檢查診療模式改進帶來劃時代變化。

OCT的時代變遷與技術演進
眼用OCT技術於1991年11月首次報道至今的二十多年發展應用里程大致可分為4個時代。第一個時代:1992年至1995年,塔夫茨(Tufts)大學醫學院的新英格蘭眼科中心研究者開發出OCT原型機,基於原型機該研究團隊證實了OCT作為黃斑診斷工具的能力。第二個時代:1995年至2000年,出現早期商業化OCT。然而圖像質量和解析度不理想,所以臨床應用不多。第三個時代:2000年至2005年,研發出Stratus OCT,成為臨床廣泛使用的黃斑疾病診斷工具。在這一時期恰逢抗血管內皮生長因數(VEGF)藥物引入眼科臨床應用,OCT作為其療效評價指標的重要工具而得以更加廣泛應用,推動了OCT在全球眼科應用的爆發式增長。第四個時代:2005年至今,頻域OCT系統引入了許多重要新功能。眼球追蹤和更高的掃描速度大大提高了解析度;更密集的掃描模式可生成數據集進行視網膜形態定量分析,如測量地圖樣萎縮面積,視網膜色素上皮(RPE)脫離或玻璃疣容積等。特別是掃頻源OCT使用掃頻雷射光源,超高的掃描速度和密集的光柵掃描,可得到任意徑線的視網膜橫斷面圖像以及視網膜任意層次的層面透視圖像,拓展了觀察視網膜斷層結構的新視角。層面透視圖像的優勢在於濃縮了3D OCT數據集信息,使視網膜顯微結構可見而且有更高的軸向解析度,更深的穿透力,從而有助於深入瞭解視網膜脈絡膜結構。但它仍然僅僅是結構性OCT,不包含血流資訊,基於更快的掃描速度和更密集的採樣技術以及冠狀面(En Face)OCT視網膜成像,OCT血管成像(OCTA)成為現實,這是頻域OCT功能的真正擴展,是OCT研發應用第五個時代到來的標誌。
被視為視網膜血管成像金標準的螢光素眼底血管造影(FFA)技術,是需要注射造影劑的單平面上視網膜血管的二維成像,而OCTA則可在無需注射造影劑的情況下獲得更高精度的視網膜脈絡膜血管三維成像;不僅無創安全,而且檢查快捷方便,成像只需幾秒鐘時間。不論是提供視網膜脈絡膜血管資訊的豐富程度還是使用的安全便利程度,OCTA的出現均可以說是視網膜影像檢查技術發展的里程碑。

OCTA的技術特色與圖像研判
以OCT為基礎成功顯示活體視網膜脈絡膜血管網的血管成像可以通過不同的技術來實現。不同OCTA的基本原理都是對同一位置進行多次掃描。每次掃描時OCT信號的變化,表明在該圖元位置內有物體移動,如視網膜血管中紅細胞的實時流動。通過測量連續橫斷面掃描中OCT信號的變化,來探測血管腔中的血細胞運動,再將所有的B掃描圖像資訊合併,從而得到完整的視網膜脈絡膜三維血管圖像。但實際情況下,除血液流動以外,眼的其他運動來源還包括眼球運動及組織的布朗運動。成像技術必須處理和消除這些不需要的運動偽跡。目前市場上的商用OCTA按照演算方法主要分為全頻譜帶幅度法、分頻幅去相關血管成像(SSADA)以及同時計算幅值與相位的光學微血管成像(OMAG)3種。Zeiss公司的Angioplex則使用OMAG演算法,對同一位置可以先後進行4次掃描,提取變化的信號計算時,對幅值和相位資訊共同分析,同時具備眼球主動追蹤系統消除偽跡,提高了對微血管檢測的靈敏度。

與傳統的血管造影藉助於造影劑在血管中的流動以及造影劑滲漏、著染等特徵動態觀察二維的血管平面和異常變化不同,OCTA是一相對"靜態"顯像,但可對視網膜脈絡膜血管形態進行分層觀察。其影像判讀分析的重點在於選擇感興趣的層次和部位分層解讀。沒有注射造影劑固然不能通過"滲漏"這樣的特徵表現來判斷血管功能狀態,但也正是由於沒有滲漏的強螢光掩蓋血管本身形態,可以更清楚地觀察病變區血管。而且OCTA解析度高,對於黃斑區拱環結構、視盤微血管等結構顯像都比傳統造影更加清晰。在判讀OCTA時,檢查者可同時得到位於同一平面的En Face血管圖像及結構圖像,兩者對照有助於評估血流及周邊組織的情況;同時還可以選擇En Face層面上異常區域對應的帶血流信號的B掃描情況,瞭解病變位置累及視網膜脈絡膜的層面。
目前的商用OCTA設備均有系統自動默認的視網膜分層,一般分為淺層毛細血管網、深層毛細血管網、外層視網膜或無血管層等3層。正常視網膜淺層視網膜血管呈向心性分佈,血管袢朝向中心凹,形成特徵性的網狀血管結構。深層視網膜血管叢也呈網狀圍繞在無血管的視網膜中央凹區周圍。淺層血管叢和深層血管叢外端垂直吻合。OCTA臨床應用增多而積累的大量數據證明,視網膜毛細血管網的En Face成像與既往組織學研究高度一致,而且OCTA呈現的視網膜毛細血管網密度遠高於FFA。這在黃斑中心凹無血管區附近的終末毛細血管尤其明顯。對脈絡膜默認分層可顯示脈絡膜毛細血管層,為分佈均勻的蜂窩狀結構。目前的技術因RPE及脈絡膜毛細血管層的散射,對脈絡膜中大血管層顯示能力有限。儘管En Face自動分層系統經過多年改進,但對於一些疾病狀態下的解剖狀態的分層與顯示依然無法做到盡善盡美。因此,手動調節和手動分層對臨床醫生判讀OCTA結果至關重要。商用OCTA設備中,用戶自定義修改分層介面設計友好簡潔,修改流程簡化,可輕鬆調整成像層次與位置以更好顯示病變特徵。

投射偽跡是由於淺層血流運動信號投射到深層緻密組織上產生的投影效果。這種真假血流信號在這些投射位置的混合重疊,易造成圖像識別判讀干擾。投射偽跡去除方法主要用以削弱外層視網膜對包含橢圓體帶與RPE層面的投射。這種"減法"的基本原理是將外層全部血流信號減去來自淺層的視網膜血流信號,剩餘即為外層應有的實際血流信號。但"被減數"和"減數"都依賴正確的軟體分層,一旦分層失誤,結果就會出差很大的偏差。而且單純相減也會發生過渡削弱重疊血流信號,造成一定程度上低估的可能性。因此,如何準確消除投射偽跡還需要OCTA應用者對比淺層視網膜血管與深層視網膜血管,結合經驗綜合判讀。

3OCTA的應用現狀與意義展望
黃斑區血管性疾病是OCTA最具優勢的檢查項目。黃斑旁毛細血管擴張症2型(MacTel 2)的OCTA研究發現,病變最先出現於視網膜深層血管,表現為黃斑顳側毛細血管擴張;隨病程進展,可擴展至黃斑全周並累及視網膜淺層血管並可出現明顯擴張的深淺血管層交通支。此期在OCTA的表現極具特徵性,提示其進入增生期生成視網膜下新生血管(SNV)。因其來自視網膜層血管,也與老年性黃斑變性(AMD)的脈絡膜新生血管(CNV)不同;晚期SNV可與視網膜血管及脈絡膜血管都有交通。利用OCTA獲得的這些前所未有的發現,進一步揭示了MacTel 2血管異常與進展的病理過程,有助於MacTel 2診斷鑒別與治療。
糖尿病視網膜病變(DR)是目前OCTA應用研究較多的疾病之一。非增生型DR患眼OCTA可較FFA更早、更精確顯示其黃斑中心凹無血管區擴大,後極部微血管擴張紆曲、丟失並顯示微血管囊(aneurism)。增生型DR患眼無造影劑滲漏遮蔽,通過血管形態和血流改變能更清晰顯示無血管區邊界,對新生血管範圍形態進行準確評估。Optovue的OCTA還能提供血流密度量化分析,已有正常眼黃斑中心凹、旁中心凹視網膜、脈絡膜血管密度OCTA測量觀察的文獻報道。新生血管面積、無灌注區面積和血流密度的OCTA測量豐富了DR量化評估資訊,對其早期客觀評估、治療決策,追蹤監測都有重要意義。對視網膜靜脈阻塞,同樣證實OCTA對黃斑無灌注區、淺層及深層毛細血管擴張等微血管異常等改變的檢測等於或優於FFA。對CNV的檢測以及治療效果評估是OCTA臨床應用的另外一個重要方面。研究表明,OCTA對2型CNV成像與FFA檢查結果高度一致,但對抗VEGF藥物治療後CNV消退生長情況的判讀則具有無可比擬的優勢。1型CNV患眼OCTA、FFA比較的多中心研究發現,OCTA聯合結構OCT顯示1型CNV的敏感度為85.7%;單獨FFA或單獨行OCTA的敏感度均為66.7%。認為OCTA聯合結構OCT檢查是1型CNV無創診斷及治療效果評估的有效方法。但OCTA參數是否可作為滲出型AMD引起的CNV臨床試驗終點指標仍需要進一步驗證。對息肉樣脈絡膜血管病變(PCV)的研究顯示,最初文獻報告吲哚青綠血管造影(ICGA)檢查發現的異常擴張血管網(BVN)100%能夠在OCTA成像,而且更清晰;但對息肉狀病灶(polyps)的成像檢出率OCTA則低於ICGA,僅為50%。我們也發現,OCTA對BVN的顯示較ICGA更敏感,但隨著OCTA應用增多,自身的圖像判讀解析能力加強,通過手工調節分層,對polyps的檢出率也在提高;22例PCV患者中,OCTA檢查的polyps檢出率可達78%。這與後來文獻報道的OCTA手動分層polyps檢出率75%~85%基本相近[17,18]。中心性漿液性脈絡膜視網膜病變(CSC)研究顯示,OCTA對CSC合併CNV的發現優於FFA;還有部分FFA、ICGA均未顯示CNV者,OCTA檢查發現異常脈絡膜血管。Roisman等也報道,萎縮型AMD患者中發現的FFA、ICGA晚期片狀強螢光但未見滲漏者,其OCTA發現了1型CNV。提示OCTA不僅有助於發現鑒別CNV,而且還將有助於進一步加深CNV病理過程的全面認識。

OCTA用於多種眼底疾病臨床診療追蹤的結果令人振奮。目前OCTA掃描範圍多局限在3 mm×3 mm、6 mm×6 mm,通過更準確的演算法以及分層、去投射,提高OCTA成像性能是目前技術改進完善的焦點;穿透力更強,掃描速度更快,掃描範圍更廣的掃頻源OCTA呼之欲出。隨著OCTA技術改進完善,OCTA圖像判讀解析能力提高以及對OCTA圖像本質意義認識的深入,OCTA將提供探討眼底疾病發生發展病理生理機制的更多新資訊;OCTA將與常規OCT一樣,成為眼科醫生不可缺少的一門技術工具,改變多種眼底疾病的檢查模式。

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