基于扫频光源光学相干断层成像观察病理性近视眼脉络膜厚度和血管变化

王一益 林珏 张日炎 陈思思 邵一磊 沈梅晓 瞿佳

作者单位：温州医科大学附属眼视光医院 眼视光学院生物医学工程学院 325027

目前，近视已成为全球性的公共卫生问题，预计到2050年，近视发病率将高达50%，其中高度近视占27%～30%，而每3例高度近视患者中会有2例发展为病理性近视[1]。在过去60年里，中国年轻人近视患病率从10%～20%发展到90%，约19.5%为高度近视，近视已成为中国成年人视力损害的第二位因素[2-5]。

近年来，大量基于光学相干断层扫描成像（OCT）的研究发现脉络膜厚度（Choroidal thickness，CT）随着近视程度的加深而逐渐变薄[2，4，6-14]，由于脉络膜是一个血管性的组织，其主要功能是为视网膜外层供血，即为感光细胞供血，因此，我们猜想在病理性近视眼中，CT变薄可能伴随脉络膜血流的改变。

脉络膜血管层主要分为脉络膜毛细血管层、中血管层和大血管层[15]。临床上对脉络膜血管成像的金标准为吲哚菁绿血管造影。但由于其有创性，并且对于比较小的血管成像质量不佳，近年来开始不断有研究者利用OCT及光学相干断层扫描血管造影（Optical coherence tomography angiography，OCTA）对脉络膜血管进行成像[16]。本研究拟用扫频光源光学相干断层扫描（Swept-source optical coherence tomography，SS-OCT）对脉络膜进行成像，通过实验室自行编写的程序定量分析CT和脉络膜血管参数，探索病理性近视眼脉络膜结构与血管的变化，为临床上病理性近视的诊断和治疗提供新的思路。

1 对象与方法

1.1 对象

收集2019 年9 月至2020 年6 月在温州医科大学附属眼视光医院就诊的患者40例（40眼）纳入本研究，其中单纯高度近视组20 例（20 眼），病理性近视组20 例（20 眼）。纳入标准：①单纯高度近视组为等效球镜度（SE）≤-6 D或眼轴长度（Axial length，AL）≥26.5 mm；②病理性近视组SE≤-6 D或AL≥26.5 mm，并伴有眼底病理性改变。病理性近视的眼底诊断是根据2015年提出的PM-META分级标准，该标准认为眼底表现为弥散性萎缩或更严重的近视性眼底病变即可诊断为病理性近视[8]。排除标准：①年龄＜18岁；②眼压≥21 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）；③患有其他影响眼底的眼部或全身性疾病；④有眼部外伤史或手术史。本研究遵循赫尔辛基宣言，并经温州医科大学附属眼视光医院伦理委员会（批号：2019-078-K-77）批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 试验流程

每名被检者均进行包括视力、屈光度、前置镜眼底检查、眼底照相、AL测量等临床眼科检查，并完成SS-OCT的检查（VG200，河南视微影像科技有限公司）。扫频OCT采用的扫频光源，中心波长1 050 nm，扫频速率为200 000 A-scan每秒，轴向分辨率为6.3 µm。对过黄斑中心凹直径为12 mm范围内水平和垂直方向进行眼底成像，得到2张截面图（见图1─2），并对这2张图进行下一步分析。

图1.单纯高度近视眼SS-OCT拍摄图女性，27.6岁，高度近视患者，右眼屈光度为-8.5 D，眼轴为26.26 mm，水平方向B-scan（A），垂直方向B-scan（B）Figure 1.SS-OCT image of the eye of a patient with simple high myopia.Figure 1.Photographies are from the right eye of a 27.6 year-old female patient with high myopia,with -8.50 diopters and an axial length of 26.26 mm.The horizontal direction B-scan (A),and the vertical direction B-scan (B).SS-OCT,swept-source optical coherence tomography.

图2.病理性近视眼SS-OCT拍摄图男性，26.5岁，病理性近视患者，右眼屈光度-17.38 D，眼轴30.89 mm，水平方向B-scan（A），垂直方向B-scan（B）Figure 2.SS-OCT image of the eye of a patient with pathological myopia.Figure 2.Photographies are from the right eye of a 26.5 year-old male patient with pathological myopia.The refractive error is -17.38 D and the axial length is 30.89 mm.The horizontal direction B-Scan (A),and the vertical direction B-Scan (B).SS-OCT,swept-source optical coherence tomography.

1.3 图像处理

应用Matlab软件和实验室自行编写的程序处理图像，得到CT和脉络膜血管指数。CT定义为视网膜色素上皮层外界到脉络膜和巩膜交界之间的距离。本研究认为OCT的截面图上的灰白色部分是基质，暗区是血管腔[8]。先半自动识别脉络膜的范围，得到CT，然后利用自适应阈值法分离出脉络膜血管和非血管[17]，对图像进行二值化处理，最终得到脉络膜血管指数（Choroidal vascularity index，CVI）（见图3）。对以中央凹为圆心、直径6 mm范围内的CT及CVI进行分析，并将区域划分为中央凹区（直径≤1 mm范围）、中央凹旁区（1＜直径≤3 mm的圆环）、旁中心凹区（3＜直径≤6 mm的圆环）。

1.4 统计学方法

系列病例研究。采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析。CT和CVI值符合正态分布以均数±标准差进行描述。2 组之间差异的统计分析中，性别这一分类变量采用卡方检验；各连续变量则先利用Shapiro-Wilk检验对是否符合正态分布进行检验，符合正态分布的参数采用独立样本t检验；不符合正态分布，则采用Mann-WhitneyU检验对2组数据进行比较。利用线性回归分析CT、CVI与SE、AL的相关性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组间基本信息对比

在高度近视组和病理性近视组中，SE（t=4.235，P＜0.001）、BCVA（Z=-3.191，P=0.001）、AL（Z=-7.151，P＜0.001）在2组间的差异均有统计学意义；而在年龄（Z=-1.174，P=0.241）、性别（χ2=0.440，P=0.507）方面的差异无统计学意义。见表1。

2.2 不同区域脉络膜CT和CVI在2组间的差异

图3.脉络膜二值化过程图A：未经任何处理的眼底图；B：脉络膜区域；C：脉络膜二值化；D：脉络膜血管在原图中的对应区域Figure 3.Diagram of choroidal image binarization.A:Original drawing:Fundus image without any treatment;B:Choroidal region;C:Choroidal image binarization;D:Corresponding area of choroidal blood vessels from the original image.

相较于高度近视组，病理性近视组以黄斑为中心6 mm范围内的CT及CVI均下降。高度近视组和病理性近视组6 mm范围内CT在垂直方向分别为（171±54）μm和（92±37）μm（t=5.269，P＜0.001），水平方向上分别为（149±47）μm和（81±34）μm（t=5.132，P＜0.001）。2组中央1 mm范围内的CT在垂直方向（t=4.386，P＜0.001）和水平方向（t=4.468，P＜0.001）差异均有统计学意义；1～3 mm范围内，垂直方向上方（t=4.836，P＜0.001）、下方（t=4.452，P＜0.001），水平方向颞侧（t=4.001，P＜0.001）、鼻侧（t=4.747，P＜0.001）的CT差异有统计学意义；在3～6 mm范围内，垂直方向上方（t=5.149，P＜0.001）、下方（t=5.390，P＜0.001），水平方向颞侧（t=4.999，P＜0.001）、鼻侧（t=5.646，P＜0.001）等各区域的CT在2组间差异有统计学意义。同时在直径6 mm范围内，2 组间垂直方向CVI分别为0.593±0.030和0.535±0.069，水平方向分别为0.595±0.025和0.545±0.073；中央1 mm范围内CVI，在垂直方向（Z=-2.353，P=0.019）和水平方向（t=3.109，P=0.004）在2组差异均有统计学意义；1～3 mm范围内，垂直方向上方（t=3.339，P=0.002）、水平方向鼻侧（Z=-2.029，P=0.042）的CVI在2组间差异有统计学意义；3～6 mm范围内，垂直方向上方（Z=-3.111，P=0.002）、水平方向鼻侧（Z=-2.083，P=0.037）在2组间差异有统计学意义。见表2。相关性分析结果表明，CT和脉络膜血管指数均随着近视度数的增加和AL的增长而下降，见图4。

2.3 CT、CVI与AL、SE的相关性

高度近视组和病理性近视组的AL、SE与CT和CVI均存在相关关系。随着AL的增长，病理性近视组相较于单纯性高度近视组的CT明显变薄（r垂直=-0.814，P＜0.001；r水平=-0.798，P＜0.001），CVI明显减小（r垂直=-0.603，P＜0.001；r水平=-0.506，P＜0.001）。SE与CT（r垂直=0.724，P＜0.001；r水平=0.742，P＜0.001）、CVI（r垂直=0.588，P＜0.001；r水平=0.520，P＜0.001）均呈正相关关系。见图5─6。

3 讨论

本研究首次利用SS-OCT对高度近视及病理性近视眼以黄斑中心凹为中心的眼底直径12 mm范围内进行成像，并选取以黄斑中心凹为中点的直径6 mm范围内的CT及血管参数进行比较。结果发现相较于高度近视组，病理性近视组CT和CVI均明显下降，且与SE和AL相关。既往也有研究[2，4，6-14，18]证实，随着近视的增加，CT逐渐变薄，与本研究结果一致。

表1.高度近视组与病理性近视组间基本信息比较Table 1.Basic characteristics of the high myopia and pathological myopia groups

图4.高度近视组和病理性近视组不同区域脉络膜参数比较（每组20眼）A：垂直方向脉络膜厚度；B：垂直方向脉络膜血管指数；C：水平方向脉络膜厚度；D：水平方向脉络膜血管指数。HM：高度近视组；PM：病理性近视组。a,P＜0.05Figure 4.Comparison of choroidal parameters in different regions between the high myopia and pathological myopia groups (20 eyes in each group).A:Vertical CT.B:Vertical CVI.C:Horizontal CT.D:Horizontal CVI.HM,high myopia group;PM,pathological myopia group.CVI,choroidal vascularity index;CT,choroidal thickness;T,temporal;N,nasal.a,P＜0.05.

表2.高度近视组与病理性近视组间各区域脉络膜厚度和脉络膜血管指数的差异比较Table 2.Comparison between the CT and CVI in high myopia and pathological myopia groups

图5.眼轴长度与脉络膜参数的相关性（40眼）A：AL与垂直方向脉络膜厚度的散点图；B：AL与垂直方向脉络膜血管指数的散点图；C：AL与水平方向脉络膜厚度的散点图；D：AL与水平方向脉络膜血管指数的散点图Figure 5.Correlations between choroidal parameters and axial length (40 eyes).A:AL and vertical CT.B: AL and vertical CVI.C:AL and horizontal CT.D:AL and horizontal CVI.CT,choroidal thickness;CVI,choroidal vascularity index;AL,axial length.

图6.等效球镜度与脉络膜参数的相关性（40眼）A：SE与垂直方向脉络膜厚度的散点图；B：SE与垂直方向脉络膜血管指数的散点图；C：SE与水平方向脉络膜厚度的散点图；D：SE与水平方向脉络膜血管指数的散点图Figure 6.Correlations between spherical equivalent and choroidal parameters (40 eyes).A:SE and vertical CT.B:SE and vertical CVI.C:SE and horizontal CT.D:SE and horizontal CVI.CT,choroidal thickness;CVI,choroidal vascularity index;SE,spherical equivalent.

本研究发现，病理性近视组的CT和CVI相较单纯高度近视组均下降。1992 年，就有学者在组织学方面定性发现了高度近视中存在脉络膜的萎缩[19]，近年来随着技术的不断发展，基于OCT的在体研究[2，4，6-14]也定量表明高度近视眼中脉络膜的变薄和CVI的下降，但目前尚未有针对病理性近视血流改变的研究。本研究CT的变化与前人研究一致[2，4，6-14]，并首次发现病理性近视组的CVI低于高度近视组。同时，CVI随着AL和近视度数的增加而降低：AL增加1 mm，CVI在垂直方向上减少1.4%，水平方向上减少1.7%。这些结果与既往组织学研究中病理性近视脉络膜毛细血管萎缩、中间血管层变薄和脉络膜大血管减少的结果[20，21]相符。

脉络膜组织包含血管和基质两部分，其对视网膜外层供血供氧的功能主要来自于脉络膜血管结构[15]。既往研究大多针对脉络膜整体厚度，因此无法反映脉络膜血流的变化，而本研究利用了CVI参数来反映脉络膜的血流情况。有学者对正常人群的CT和CVI进行研究发现[17]，CT受年龄、AL、眼压、脉络膜血管面积以及血压等全身性因素的影响；而脉络膜血流参数不会受到其他全身因素的影响，相比CT更加稳定。有研究发现，在年龄相关性黄斑病变（AMD）、糖尿病视网膜病变（DR）、中心性浆液性脉络膜视网膜病变等疾病中[22-25]，CVI比CT能更好地反映脉络膜的功能和疾病的程度。这为我们后续进一步研究脉络膜在病理性近视发生发展过程中所起的作用提供基础。

本研究尚存在一定的局限性。首先，本次纳入的受试者样本量较小，无法对病理性近视进行更细致的分组；其次，本研究暂只对眼底截面图像进行分析研究，待技术完善后做脉络膜的三维重建或许可更精确反映CT与血流的变化情况；最后，本研究是一个横断面的研究，接下来纵向观察病理性近视发展过程中的CT及血管的变化，可能对于研究病理性近视的发病机制有重要意义。

综上所述，本研究首次对病理性近视眼底进行了直径12 mm范围内的SS-OCT成像，并对直径6 mm范围内的CT及CVI进行了定量分析，发现单纯高度近视发展为病理性近视过程中，随着近视的发展，CT明显变薄，CVI下降，并猜想这一系列变化与病理性近视视力下降相关，这对于进一步探究病理性近视的发病机制、精确诊断以及寻找新的治疗方案可能均有重要意义。

利益冲突申明本研究无任何利益冲突

作者贡献声明王一益：酝酿和设计实验，实施研究，采集数据，分析、解释数据，起草文章。林珏：实施研究，采集数据，分析、解释数据，起草文章。张日炎：实施研究，采集数据，分析、解释数据，起草文章。陈思思：实施研究，分析、解释数据。邵一磊：酝酿和设计实验，分析、解释数据，对文章的知识性内容作批评性审阅。沈梅晓：酝酿和设计实验，对文章的知识性内容作批评性审阅。瞿佳：对文章的知识性内容作批评性审阅