超高分辨率OCT在眼科临床诊疗和基础研究中的应用△

舒会叶 王怡欣 邵 毅

光学相干断层扫描(OCT)技术能对各种视网膜和脉络膜疾病进行评估，它拥有较高的分辨率，能在活体内部以无创、非接触的方式进行形态学检测[1]。1991年人们基于Mischelson干涉仪原理研制出OCT[2]，经过几代的更新迭代及精细优化后,OCT在眼科临床中的应用不断得到推广，并开始应用于以黄斑部疾病为主的眼底病的临床诊疗和预后评价。本文就超高分辨率OCT的技术原理以及在眼科临床诊疗和基础研究中的应用进行综述。

1 超高分辨率OCT技术原理及优势

OCT是基于Mischelson的干涉度量学原理进行测量的[2]。在实际操作过程中，视网膜和参照系统均需要接受光线照射，而这两束光线由超发光二极管发光体发出，通过光导纤维，进入光纤偶联器进行处理。探测器可探测的信号是经过两种不同光路的反射或反向散射光线经重新整合后的光线。由于反向散射强度和延搁时间在不同深度和质地的组织存在差异，在对这些元素进行检测后便可得到探测的图像信息。

光源的相干波长对OCT的轴向分辨率起主要作用，分辨率与光源光谱带宽成反比关系。最初的OCT系统的轴向分辨率较低，高分辨率OCT轴向分辨率为5.0～7.5 μm[3]。超高分辨率OCT与高分辨率OCT比较而言，不仅分辨率更高，而且观察到的病理变化也更为显著。超高分辨率OCT的轴向分辨率达到2.0～4.0 μm[4]，而Matsui等[5]开发的新型临床超高分辨率光谱域OCT的轴向分辨率约为2.0 μm。超高分辨率OCT以一种特别的宽带超辐射发光二极管作为光源，且设置了测量臂和参考臂，相较于传统OCT更加高速、高质，不仅提高了轴向分辨率，也使扫描宽度增加到5～12 mm。近年来人们发现[6]，使用Q开关泵浦超连续谱激光器作为光源，能有效降低超高分辨率OCT仪器成本和尺寸，更有利于临床应用。为了减少入射光偏振现象的影响和干扰，超高分辨率OCT在入射光源周围增加了偏振控制仪。不仅如此，超高分辨率OCT在参照系统方面也进行了技术革新，采用水细胞、熔融石英对两系统的散射差异进行平衡。这些技术更新使超高分辨率OCT相较于传统OCT更为高速、灵敏、低噪，满足了对视网膜组织进行精准、无创且高分辨成像的检测需求。超高分辨率OCT在扫描速度上也有进展性的提高。这一更新大大提升了图像的真实度，由于眼球在检查过程中可能有微小的移动，超高分辨率OCT可以减少眼球移动对图像所造成的影响。

2 超高分辨率OCT在正常视网膜生理成像中的应用

OCT能否准确地反映视网膜横断面状态这个问题一直充满着争议。超高分辨率OCT的问世使更加清晰地观察视网膜横断面成为可能。Srinivasan等[7]采用超高分辨率OCT放射扫描模式(24帧，1500轴向扫描) 对临床中43名正常受试者的视网膜横断面进行扫描，观察视网膜正常生理状态。扫描结果显示超高分辨率OCT能够非常清晰地显示以视锥细胞为主的视网膜中央凹区域和以视杆细胞为主的近中央凹区域的差异。这表明在超高分辨率OCT图像中，可以清晰、细致地观察到视网膜感光细胞的实时形态结构，同时可以观察并量化视网膜外层较细的散射条带。

近年来，一项在临床受试者中开展的暗适应研究[8]使用了超高分辨率OCT来观察人类在正常暗适应时视网膜光感受器细胞层厚度的变化。研究发现，在人类暗适应过程中视网膜存在三种不同的局部空间光反应，与暗适应相关的光反应可以作为一种光感受器功能，并具有潜在的生理学作用。此后，有人通过使用超高分辨率OCT对小鼠视网膜进行光照实验发现，光适应可以导致视网膜外层厚度增加，并在视网膜色素上皮层(RPE)和光感受器细胞层顶端出现一条低反射带[9]。另有研究表明，该低反射带的幅度变化可能与外界膜- RPE厚度相关，这可以作为人类和小鼠视网膜线粒体呼吸的一种生物标记物[10]。Matsui等[5]开发的超高分辨率光谱域OCT相较于传统光谱域OCT而言，能观察到更薄的椭球区；他们借助超高分辨率光谱域OCT发现，正常RPE-玻璃膜复合体由几个高反射带组成。综上，超高分辨率OCT已逐渐成为临床工作者观察视网膜细微形态结构的最佳选择。

3 超高分辨率OCT在视网膜疾病诊疗中的应用

3.1 超高分辨率OCT在黄斑疾病诊疗中的应用

3.1.1 黄斑裂孔黄斑裂孔是一种常见的黄斑疾病，其主要病理改变集中在视网膜中心凹的神经感觉层，表现为全层的缺损。OCT作为一种无创检查，能够对早期的黄斑裂孔进行精确诊断，同时也对预后评估有着极其重要的作用。早期黄斑裂孔OCT表现为：黄斑区域形态大体正常,视网膜厚度无显著改变,但在视网膜前出现一条低反射带，向黄斑侧斜向黏附[11]。采用传统OCT观测极早期黄斑裂孔时不能细致观察视网膜内部的各层副结构，而超高分辨率OCT诊断相较于传统的OCT诊断[12]而言能更细致地观察到视网膜内部的各层副结构。在极早期黄斑裂孔征象中，超高分辨率OCT可观察到视网膜光感受器内外节与外核层完整相连，但与色素上皮层有微小分离。黄斑裂孔区的光感受器外节在第二阶段不再与RPE紧密连接。紧接着就是第三阶段,也是黄斑裂孔最重要的阶段——全层黄斑裂孔，光感受器细胞与RPE分离但其结构仍然保持完整，病理性的囊样结构出现在黄斑裂孔旁的内核层、外核层。最后即为恢复阶段，黄斑裂孔区光感受器内外节恢复到相对正常的解剖位置。

超高分辨率OCT对于尽早发现黄斑裂孔尤其是板层黄斑裂孔有着极为重要的意义。Witkin等[13]在对664例患者的1205眼进行超高分辨率OCT检查并开展回顾性研究后发现，共有18例患者的19眼诊断为板层黄斑裂孔。而采用标准分辨率OCT进行同样检查后，19眼中仅有7眼(37%)临床诊断为板层黄斑裂孔。由此可见，超高分辨率OCT对于初期黄斑裂孔的临床确诊率显著地高于标准分辨率OCT。因此，对出现黄斑裂孔可疑症状的患者应例行超高分辨率OCT检查，这对黄斑裂孔患者的早期发现、早期诊疗有着重大意义。

3.1.2 黄斑水肿黄斑水肿是常见的视网膜病变之一，其病理变化过程由不同眼内病变所引起。目前主要存在荧光素眼底血管造影(FFA)和OCT两种诊断方法[14]。FFA作为当下诊断黄斑水肿的金标准，能观察到在静脉期黄斑区毛细血管渗漏，在造影晚期荧光素在囊腔内积存[15]，FFA上呈现放射状排列的花瓣状强荧光的特征性表现。但黄斑区视网膜厚度的改变是黄斑水肿病理变化的早期表现,会对患者的中心视力造成直接损害。在FFA检测尚未出现荧光素渗漏时[15],视网膜可能已经发生轻度增厚，并处于黄斑水肿初期。同时FFA 作为一种有创检查[16],应用于黄斑水肿的随诊观察时会受到一定程度的限制。此外，FFA 检测无法定量,只能提供二维平面定性图像，这些是FFA应用于临床诊断的不足之处。相比之下，超高分辨率OCT可以仔细观察出视锥细胞的排列，甚至可以精确测量出光感受器细胞外节的长度[17]。此外，超高分辨率OCT不仅可以发现黄斑水肿的早期征兆，还可以发现视网膜各层副结构的细微改变，为临床工作者观察病情的进展、变化提供了有力的帮助。Ko等[12]对1例59岁的黄斑水肿患者进行超高分辨率OCT和标准分辨率OCT的检查后发现，超高分辨率OCT可以观察到标准分辨率OCT观察不到的细小囊腔(20～40 μm)，且超高分辨率OCT上显示的光感受器细胞外节与中心凹的脱离程度明显大于OCT所显示出的脱离程度。因此，对于因各种眼内病变导致的黄斑水肿患者，应在疾病早期且需定期进行超高分辨率OCT检查，这不仅能延缓黄斑水肿患者中心视力下降的速度，而且对于患者的临床预后和诊疗有着重要意义。

3.1.3 年龄相关性黄斑变性年龄相关性黄斑变性(AMD) 是发达国家中老年人致盲最主要的原因，近年来我国的患者也逐年增多。根据临床表现和病理改变AMD可分为非渗出型和渗出型[18]。其中渗出型AMD常用的检查手段是FFA[19]，其不仅可以显示脉络膜新生血管(CNV)，而且可以区分CNV的类型(典型性和隐匿性)。FFA不仅有创，而且只能反映脉络膜的循环状态，B型超声检查虽然能提供眼球壁厚度和眼轴长度等信息，但并不精确。而OCT 可以清楚地观察到 CNV和视网膜下积液，能准确提供脉络膜横断面信息，有助于诊断渗出型AMD，相较于FFA和B型超声检查更加具有优势。研究表明[12]，在AMD的诊断中，标准分辨率OCT和超高分辨率OCT均可以清晰地显示出中心凹区域RPE层上方高反射区的CNV。然而，在超高分辨率OCT图像中，视网膜内部的结构形态更加清晰，不仅能观察到在 CNV附近的RPE层和光感受器内外节的破坏情况，而且可以清楚显示外核层,光感受器内外节和RPE层-Bruch膜-脉络膜毛细血管层的界面的受损情况,同时能直观地观察到位于RPE下方的Bruch 膜及其膜内的新生血管。综上所述，超高分辨率OCT检查相较于以上其他检查更有助于AMD患者的早期诊疗。

3.2 超高分辨率OCT在糖尿病视网膜病变诊疗中的应用糖尿病视网膜病变(DR)是糖尿病的常见并发症，也是导致视力损害和失明的主要原因，其发病率逐年上升。在DR发病初期，不同患者的主要病理机制不同[20]，包括神经退行性病变、水肿和血管闭合等[21]。通过与内窥镜的比较发现[22]，超高分辨率OCT能观察到黄斑中心凹无血管区周围的毛细血管，包括组织学预测的平均大小约4.7 μm的毛细血管。此外，超高分辨率OCT能够无创地观察到绝大多数视网膜毛细血管多层网络的复杂细节。但当视网膜变厚且毛细血管变深时，可能需要提高仪器的灵敏度。有人采用超高分辨率OCT观察到中度DR且无糖尿病性黄斑水肿患者的黄斑区神经节细胞复合体厚度均降低[23]，这提示患者存在黄斑神经退行性病变。因此，我们应尽早对DR患者进行超高分辨率OCT检查，这可以及时地预测相关并发症的发生，有助于临床诊疗和预后评估。

3.3 超高分辨率OCT在中心性浆液性脉络膜视网膜病变诊疗中的应用中心性浆液性脉络膜视网膜病变(CSC)属于视网膜病变，青壮年男性为高发人群。CSC的发生是由于RPE屏障功能受损[24]，血-脉络膜屏障变得不完整，血液容易从毛细血管内渗出并流入RPE层或神经上皮层之间，致使两层发生脱离。临床采取的检查方法大多是FFA和OCT结合使用,FFA通过荧光素钠的显影情况，可以较为精准地确定色素上皮渗漏模式和位置。OCT可呈现眼睛内部组织较为清晰的图像[25]，从而了解许多重要的组织结构变化，其中中心凹、光感受器外节、脉络膜毛细血管层与视网膜神经纤维层都可以被清楚地观察到。CSC患者的RPE层或神经上皮层脱离，也能通过超高分辨率OCT检测到。

4 超高分辨率OCT在神经退行性疾病诊疗中的应用

4.1 超高分辨率OCT在青光眼诊疗中的应用青光眼是一种眼压间歇性或者持续性升高的眼部疾病，持续的高眼压可导致视网膜神经节细胞层缺血及细胞死亡。视神经盘和视网膜神经纤维层(RNFL)的结构变化通常出现在视野改变之前[26],因此早期诊断开角型青光眼的关键是要准确地测定RNFL厚度。

OCT可以较为准确地测量出RNFL的厚度，它可以作为判断疾病严重程度的核心衡量指标。青光眼患者的视野缺损与OCT检测出的RNFL厚度改变有着紧密联系，使用OCT检测到的RNFL厚度的不对称改变也可以作为疾病的辅助诊断指标[27]。但RNFL厚度在正常眼、高眼压症及青光眼中有较大的重叠区，因此检测指标的特异性和敏感性降低，这限制了OCT的应用。Choi等[28]研究发现，用超高分辨率OCT可以观察到青光眼患者的视锥细胞形态的改变，这为研究青光眼的发病机制提供了一种新的方法。Mumcuoglu等[29]也通过使用超高分辨率OCT和标准分辨率OCT对青光眼患者进行观察发现，超高分辨率OCT可以更加清晰地显示神经节细胞的形态变化。Tan等[30]使用超高分辨率OCT对青光眼患者慢性动态眼压改变下视神经盘的变化进行量化发现，视盘周围结缔组织弹性的改变可以作为眼压相关性青光眼的早期诊断标志。因此，超高分辨率OCT检查有助于进一步探究青光眼的发病机制，同时对青光眼患者的临床预后有着重要意义。

4.2 超高分辨率OCT在多发性硬化诊疗中的应用多发性硬化是一种中枢神经系统脱髓鞘性炎症性疾病，是发生在年轻人和中年人中的神经退行性病变，其中又以复发缓解型多发性硬化最为常见。作为大脑的延伸，多发性硬化患者的视网膜表现出炎症和神经退行性改变，能够反映脑神经的变化。而超高分辨率OCT能检测并观察到视网膜厚度及视网膜各层形态的改变，是判断多发性硬化疾病进展和治疗效果的有效手段。

超高分辨率OCT除了能检测多发性硬化患者的总视网膜厚度外[31-32]，还能对RNFL、神经节细胞-内丛状层(GCIPL)、内核层、外核层、外丛状层和视网膜光感受器层等各层进行分割观察。有人通过对正常对照眼、无视神经炎的多发性硬化眼、有视神经炎的多发性硬化患者的比较发现[31]，不同位置的GCIPL厚度的变化幅度不同，有视神经炎的多发性硬化眼的视网膜中存在一个类似马蹄形的GCIPL变薄区域，而无视神经炎的多发性硬化眼显示出位于鼻侧的岛状结构，并且通过计算能够初步将GCIPL厚度的变化幅度用于鉴定有视神经炎的多发性硬化眼和正常眼的界定值。此外，人们通过超高分辨率OCT测量患者相应黄斑区视网膜组织的体积[33]，结合血流量的测定发现，多发性硬化患者视网膜组织灌注(RTP)减少。这表明血流和RTP的减少可能不是继发于神经退行性病变，而是多发性硬化患者的原发性血管病变。随后，一项纵向研究[34]表明，RTP的升高与低对比度字母视力的改善有关，这预示着较好的治疗效果。因此，通过超高分辨率OCT检测到的RNFL、GCIPL厚度及RTP可以用于监测疾病发展，有利于进行早期干预。

4.3 超高分辨率OCT在阿尔茨海默病诊疗中的应用阿尔茨海默病是最常见的痴呆症，但在神经发生退行性病变几十年后才会出现相应的临床症状。而轻度认知障碍(MCI)是正常认知状态和阿尔茨海默病之间的过渡阶段。在此期间，个体认知功能虽下降但仍能维持独立生活，有向阿尔茨海默病转变的可能。相较于无创的OCT检查，采用脑磁共振成像或正电子发射断层扫描评估脑萎缩价格昂贵且耗时，难以用于常规临床检查。此前，已有人采用OCT记录到MCI和阿尔茨海默病患者出现的视网膜神经节细胞丢失情况[35]。

而使用超高分辨率OCT可以对神经节细胞的数量进行大致计数，并且对GCIPL的变薄区进行更具体的分区定位[36]。通过与对照组的比较发现，阿尔茨海默病和MCI患者的上节段GCIPL变薄，而阿尔茨海默病患者下节段GCIPL也变薄了。使用ETDRS分区对扫描区域进行划分，可以使GCIPL的局灶性变薄更为突出，为阿尔茨海默病和MCI患者的神经退行性病变提供更为具体的临床信息。此外，同多发性硬化一样，采用超高分辨率OCT测量相应黄斑组织的体积，结合血流量的测定，可以计算阿尔茨海默病患者的RTP。研究发现[37]，阿尔茨海默病患者的RTP减少，提示细胞代谢活动可能减少，大脑功能受损。

5 超高分辨率OCT在眼科基础研究中的应用

自从超高分辨率OCT技术问世以来，其在视网膜基础研究领域也得到了广泛应用。超高分辨率OCT出现之前，OCT断层图与视网膜形态的确切相关性一直存在争议[38]。Gloesmann等[39]比较超高分辨率OCT成像和光镜下猪的视网膜切片图像，以评估超高分辨率OCT是否可提高视网膜成像质量。他们发现：在视网膜近端，超高分辨率OCT信号带直接对应于视网膜的主要分层；在800 nm波长区域，轴突层(RNFL，内、外丛状层)比细胞体层(神经节细胞层、内核层、外核层)反射性更强；在视网膜远端，可见光感受器细胞层的内、外界面等亚结构，并可分辨出RPE、绒毛膜层和脉络膜浅层。此外，用超高分辨率OCT还可以实时监测视网膜脱离情况。超高分辨率OCT可捕捉到视网膜下层结构的信号，为提高视网膜临床疾病的诊断提供帮助。

之后，Anger等[40]对猴子的视网膜中央凹也进行了超高分辨率OCT成像，进一步回答了超高分辨率OCT成像的视网膜亚结构如何与视网膜组织学表现联系起来的问题。最近，一项基于小鼠的研究[41]表明，超高分辨率OCT可以应用于视网膜基因治疗中。由于腺相关病毒和纳米颗粒等基因载体在光感受器细胞和RPE的转染效率较高，多数研究团队使用视网膜下注射作为基因载体传递的方法。然而，这种方法具有较高难度，因为其从角膜表面进入的手术路径通常无法可视化[42]，操作时或操作后常有出血现象，此外也可能发生白内障、视网膜脱离等。采用超高分辨率OCT可以提高对视网膜注射位置确认的准确度，其还可实现快速定量的外层视网膜变性评估,及时甄别不符合实验标准的操作对象,并可提供载体转染的具体位置信息，为后续疗效的研究提供参考。

6 总结和展望

OCT已经普遍应用于视网膜病变和神经退行性病变的诊断中，超高分辨率OCT出现后，能够更清楚地显示亚细胞结构，且视网膜内的细微结构也能被清晰地显示出。超高分辨率OCT不仅可以早期诊断视网膜病变，及时对不可逆损害进行预防，以达到较好的临床治疗效果，还能使我们进一步了解黄斑部的病变、病理损害和发病机制，有利于发现新的治疗措施。

超高分辨率OCT能够形象直观地观察到视网膜结构的细微变化，达到在体活检的效果。这一成像技术的应用主要归功于其可达到2～4 μm的轴向分辨率，以及5～12 mm的横向扫描宽度。由于偏振技术的运用，入射光在眼前段的散射和吸收大大减少，使成像更为清晰。同时，超高分辨率OCT也可为视网膜疾病手术方案的选择提供参考，并可用于预测术后患者的视力恢复情况。

由于各个地区研究所使用的仪器参数或者配置可能存在差异，因此仪器测量的数据可能会有些许差别。迄今为止，超高分辨率OCT尚未在临床上得到广泛运用，对其效果的研究也不多，未来需要更大样本量的长期研究来进一步论证其准确性。随着技术的日益发展和更新，超高分辨率OCT将有更加广阔的应用前景，对临床的指导作用也会更加显著。