Optical coherence tomography and optical coherence tomography with angiography in the diagnosis of eye diseases

Full Text

Список сокращений

ДР-диабетическая ретинопатия

СД-сахарный диабет

ОКТ-оптическая когерентная томография

ОКТА-оптическая когерентная томография с ангиографией

ОПЭ-отслойка пигментного эпителия

ПОУГ-первичная открытоугольная глаукома

SD-OKT-регистрация спектральной области в оптической когерентной томографии

SS-OKT-регистрация селективной области в оптической когерентной томографии

TD-OKT-регистрация интервалов времени в оптической когерентной томографии

VEGF-фактор роста эндотелия сосудов

 

Актуальность

ОКТ и ОКТА- передовые визуализирующие методики. Знание специалиста о новых технологиях поможет в быстрой и достоверной постановке диагноза пациенту, а следовательно, и в разрешении имеющейся проблемы.

Цель. Изучить возможности ОКТ и ангио-ОКТ для исследования глаз при глазных и неврологических   заболеваниях.

Важные сведения о состоянии органа зрения врач-офтальмолог получает уже при первом посещении пациента. На этом этапе можно отметить особенности передвижения, направленность взгляда, положение головы. Но не все заболевания можно выявить без использования инструментальных методов диагностики. Прогресс в медицине шагнул далеко вперед  и позволил использовать новейшие разработки в диагностике, мониторинге и лечении заболеваний органа зрения [8, 20, 24].  В последнее десятилетие золотым стандартом в обследовании пациентов стала такая методика, как оптическая когерентная томография (ОКТ). ОКТ была разработана в конце 1980-х годов в оптической лаборатории Массачусетского технологического института для попытки измерения корнеальной абляции в режиме реального времени после медицинского вмешательства. Но эксперимент не удался, тогда для методики был задан новый вектор - измерение статической плотности тканей глаза в настоящий момент [6, 16]. Первая публикация появилась в 1991 году, где авторы показали томографические изображения, демонстрирующие in vitro перипапиллярную зону сетчатки и коронарную артерию. Дальнейшие исследования в этой области повлекли за собой разработку и других методов. Так в 1995 году возник новый неинвазивный метод визуализации сосудов глаза- оптическая когерентная томография с ангиографией (ОКТ-ангиография, ОКТА, ангиоОКТ). Усовершенствованием методики занимались  ученые-офтальмологи, Джеймс Фуджимото, Эрик Свонсоном и Кармен Пулиафито, ранее открывшие ОКТ [2]. В результате сканирования сосудов сетчатки без использования внутривенных контрастных веществ снижаются риски развития осложнений. Время процедуры занимает несколько секунд, не доставляя неудобств пациенту [21, 28].

Основы работы методики

Наглядность сетчатки и заднего отрезка глаза обеспечивается низкокогерентными лучами инфракрасного света с длиной волны 830нм. При этом, световая волна делится на два пучка и направляется на разные участки: один — к исследуемым тканям, другой (контрольный) – к имеющемуся зеркалу. Инфракрасный луч поступает в ткани и фокусируется при помощи линзы. Выделяют два основных способа регистрации отраженного света: регистрация интервалов времени (Time Domain-TD) и регистрация частотной области Фурье. Вторая трансформируется в спектральную область (SD) и селективную область (SS).

Определяя границы между разными структурами глаза, берут  показатели оптической плотности ткани глаза. TD-OKT регистрирует интерференцию опорного и отраженного лучей световой волны. По мере перемещения исследуемой структуры и источника света относительно друг друга регистрируются множество А-сканов. Они соединяются в поперечные двухмерные изображения В-сканы. Скорость сканирования при такой методике около 400 А-сканов в секунду. В SD-OKT используется более быстрая немеханическая технология. Методика измеряет длины волн одновременно во всем спектре отраженного сигнала. Это дает возможность сканирования с частотой 18000-70000 сканов в секунду, что позволяет собирать больше данных и отображать большие площади сетчатки[6, 7].  При SS-OKT источник света поворачивается в стороны длинны волны, а результат фиксируется одним или несколькими датчиками в интерферограмме по временной функции. Затем данные преобразовываются в А-скан. Такая особенность позволяет с более высокой скоростью сканировать ткани глаза. Так же селективная оптическая когерентная томография менее чувствительна к спаду частоты отражения, что улучшает визуализацию более глубоких структур [6, 14]. С ростом скорости сканирования уменьшалось разрешение томографа. Связано это с количеством регистрированного шума. Следовательно, чтоб получить наиболее выгодное соотношение сигнал/шум, нужно уменьшать скорость сканирования. Для подавления спекл-шума и  устранения колебания частот от микро движений глаза, были разработаны искусственные подавители шума. Так, чем выше скорость сканирования, тем больше сканов можно получить с точки исследования, а следовательно алгоритм подавления шума будет более точно достраивать изображение [14]. 

Когда световой луч продвигается к более глубоким слоям глаза, он проходит сквозь поверхностные структуры. Это может вызывать эффект теней, что наблюдается и при ультразвуковом исследовании [3, 29]. Измененные лучи сравниваются с первичным спектром, затем подвергаются анализу. Результат дает врачу возможность изучить послойное строение зрительного анализатора.  Особое значение приобретает оценка комплекса нервных клеток сетчатки, качественного и количественного состава препапиллярного слоя ганглиозных волокон [30]. Строгая анатомия структуры сетчатки и передача ее ретиноскопической организации с афферентным зрительным путем повышает полезность ОКТ при оценке патологии центральной нервной системы [9, 22, 27].

Усовершенствование старых протоколов, детальное изучение возможностей технологии позволило открыть новый метод, такой как оптическая когерентная томографиия с ангиографией. Для разработки ангио-ОКТ была необходима высокоскоростная технология, основанная на оптической когерентной томографии[15]. Главным в усовершенствовании и развитии методики выступил  алгоритм под названием «сплит-спектральная ангиография с декорреляцией амплитуды» (split-spectrum amplitude decorrelation angiography, SS-ADA). Такая система проводит анализ разделения полного спектра оптического источника на несколько частей. Далее раздельно подсчитывается дакорреляция для всего диапазона частот спектра и анизотропный анализ декорреляции. Одновременно выполняется ряд сканов общей спектральной ширины, что и предоставляет качественное пространственное разрешение сети сосудов. Данная разработка нашла применение в томографе Avanti RTVue XR (Optovue, США) [1, 16].

Возможности ОКТ

ОКТ-визуализация часто используется в нейроофтальмологической практике. Авторы описали ее применение для некоторых наиболее часто встречаемых нейроофтальмологических патологий: демиелинизирующие, воспалительные, ишемические и компрессионные оптические невропатии, друзы диска зрительного нерва, повышение внутри черепного давления. При данных патологиях  возможности, которые предоставляет ОКТ-визуализация в отношении диагностики и лечения являются наиболее значимыми. Тем не менее использование алгоритмов компьютера всегда должно проверяться на предмет возможных неточностей или артефактов [14, 27].

Анализ зарубежной литературы провел доктор медицинских наук Чен, Джон Дж.. Автор проанализировал материалы статей по нейроофтальмологии, с использованием метода ОКТ. Таким образом был выявлен список патологий, где методика проявила себя в лучших качествах для визуализации структур глаза. Речь идет о дифференциальной диагностике оптической невропатии, неврите зрительного нерва, глаукоматозных поражениях нерва, уточнении локализации поражений вдоль зрительного пути, транссинаптической ретроградной дегенерации и других патологиях. Хотя ОКТ метод имеет множество плюсов, не стоит забывать о правильной интерпритации результатов сканирования, а так же, о том, что существуют некоторые различия в аппаратах- ОКТ разных производителей [19].

Подтверждает важность роли ОКТ в выявлении глаукомы группа авторов из Нью-Йоркского университета. Автоматическое считывание изменений слоев сетчатки позволило провести объективный количественный анализ с оценкой макулы, перипапиллярной области и диска зрительного нерва.  Истончение нервных волокон сетчатки  в области решетчатой пластинки является одним из первых признаков глаукомы, когда еще нет изменений полей зрения. Следовательно это может стать основным показателем в диагностике глаукомы [23].

Метастатические опухоли хороидеи среди остальных опухолей глаза встречаются наиболее часто. Существуют данные об использовании метода оптической когерентной томографии, как основного и наиболее доступного при данной патологии. На В-скане ОКТ раковое поражение проявляется в виде проминирующего или стелющегося гипорефлективного образования хороидеи. Особенностью является бугристость среза хороидеи [5].

Возможности ОКТ ангиографии

В диссертационной работе Кабановой Е.А. было выяснено значение ОКТ в ангио режиме для диагностики пациентов с друзами диска зрительного нерва. Были сделаны выводы о том, что оптическая когерентная томография с функцией ангиографии дает возможность высокоточной оценки морфометрических параметров диска зрительного нерва, нейроархитектоники и ангиоархитектоники макулярной области, слоя нервных волокон сетчатки у пациентов с друзами диска зрительного нерва любого расположения. Это имеет большое значение для прогноза изменений зрительных функций и выбора тактики дальнейшего лечения пациента. Данный метод диагностики так же позволяет очень точно различить такие патологии, как: глубокие друзы диска зрительного нерва и застойный диск зрительного нерва [11].

Метод ОКТА используют так же в практике диагностики гемодинамики зрительного нерва и сетчатки у пациентов с глаукомой при сахарном диабете. Авторы провели обследование 104 пациентов (156 глаз), которым был выставлен диагноз «первичная  открытоугольная  глаукома»  (ПОУГ). Они были разделены на 4 группы в зависимости от стадии заболевания и наличия сахарного диабета (СД) II типа: 1-я группа — 47 глаз (26 пациентов) с ПОУГ I стадии и СД; 2-я группа — 36 глаз (24 пациента) с ПОУГ I стадии; 3-я группа — 36 глаз (28 пациентов) с ПОУГ III стадии и СД; 4-я группа —37 глаз (26 пациентов) с ПОУГ III стадии. ОКТ-А  проводили  на  аппарате  Cirrus  5000  Angioplex. После проведения анализа данных функциональных, структурных и сосудистых изменений между группами пациентов с ПОУГ I -III стадий на фоне заболевания СД и без него авторы отметили характерные особенности снижения перфузии сетчатки и зрительного нерва у пациентов на фоне сахарного диабета. Несмотря на то, что патологии имеют разный патогенез и этиологию, при сочетании их, прогноз  для пациентов ухудшается. Нейродегенеративные изменения приводят к ускоренному снижению, а в дальнейшем и к полной утрате зрительных функций [10].

Проведено перекрестное исследование 108 пациентов с сахарным диабетом 2 типа с диабетической ретинопатией и здоровой контроль-группой. Было выяснено, что с помощью метода оптической когерентной томографии возможно обнаружить утолщение перипапиллярной сосудистой сети до появления нарушений со стороны зрительного нерва на ранних стадиях ДР. Снижение перфузии сосудов диска зрительного нерва при СД 2 так же может свидетельствовать о начальных этапах формирования ДР [25].

Неоваскулярная возрастная макулярная дегенерация имеет большое значения в аспекте снижения зрения у лиц пожилого возраста. Целью исследования стало определение информативности ОКТА при формирующейся хороидальной неоваскуляризации при отслойки пигментного эпителия. В результате были выявлены значительные затруднения визуализации сосудов сетчатки при увеличении отслойки пигментного эпителия (более 300мкм). Связывают это с серозным компонентом, который ослабляет проходящий сигнал. Так же сделан вывод, что при длительной антиангиогенной терапии под пигментным эпителием скапливаются различные воспалительные компоненты. Это приводит к формированию «многослойной ОПЭ», но данный феномен не вызывает затруднений для ОКТА в визуализации сосудов [13].

Коллектив авторов из Иркутска провели исследования на группе пациентов с окклюзией вен сетчатки глаза. Для лечения они применяли интравитриальные инъекции ингибитора ангиогенеза, а эффективность проверяли с помощью ОКТ-ангиографии на спектральном томографе RTVue XR Avanti (Optovue). В результате наблюдений был сделан вывод, об эффективности данного препарата, а так же достаточной информативности ОКТ-ангио. С помощью методики можно изучить капиллярный кровоток и детально расчитать перфузионные параметры, что позволяет сделать прогнозы для пациентов, проходящих лечение по поводу окклюзии вен сетчатки [17].

ОКТА метод помогает определить перфузию сосудов глазного дна у пациентов с окклюзией вен сетчатки. После обследования группы пациентов с уже имеющейся окклюзией вен сетчатки, была выявлена прямая зависимость остроты зрения от степени перфузии сосудов желтого пятна. Пациенты с ишемической и неишемической окклюзией показали незначительные различия. Наименьшую степень перфузии показали пациенты с ишемической болезнью сердца. У пациентов с окклюзией центральной вены сетчатки отмечалась гиперперфузия всех слоев венозных сплетений сетчатки, а при окклюзии ветвей вены сетчатки в основном только глубоких ветвей [4].

Данные ОКТ-ангио так же помогают доказать эффективность антиангинальной терапии при окклюзии вен сетчатки. В исследование было включено 124 пациента в стадию острого тромбоза с ишемическим вариантом. При обследовании, наряду с другими рутинными методами, была проведена оптическая когерентная томография в ангио режиме. При поступлении у всех пациентов отмечался макулярный отек, зоны неперфузии сетчатки, снижение плотности капиллярной сети. После проведенного анализа данных сделан вывод, что у пациентов, получающих антиангинальную терапию-анти VEGF совместно со стандартом лечения, значительно снизились показатели отека сетчатки, по сравнению с контроль-группой. Так же стабилизировались показатели гемодинамики глаза и цитокинового баланса в слезной жидкости [12].

Описан случай наблюдения пациента с лучевой ретинопатией, которая стала результатом брахитерапии по поводу увеальной меланомы. В течении четырех лет после проведения брахитерапии помимо других методов визуализации для наблюдения пациента использовалась оптическая когерентная томография с ангио режимом. При сопоставлении картин глазного дна с момента начала наблюдения и до настоящего времени был сделан вывод, что произошла очаговая потеря капиляров, увеличение макулярной аваскулярной зоны и новообразование сосудов. Несмотря на снижение симптоматики, указанные изменения прогрессировали. Так же скорость снижения плотности сосудов прямо зависела от увеличения дозы облучения. ОКТА может помочь выявить терапевтические окна для снижения прогрессирования потери зрения [18].

ОКТА стал основным методом диагностики для ретроспективного перекрестного исследования, где была взята группа людей с карциномой носоглотки и контроль-группа без патологий со стороны органа зрения того же возраста. При анализе данных выявлено значительное снижение плотности сосудов парафовеального и перифовеального полей, толщина субфовеальной хороидеи так же снижена у пациентов с патологией. Авторы делают выводы, что внедрение ОКТА в повседневную практику поможет пациентам предотвратить развитие заболевания на доклиническом этапе [26].

Заключение

Оптическая когерентная томография и оптическая когерентная томография с функцией ангиографии передовые методы визуализации в настоящее время. При изучении технологий ОКТ были созданы несколько модификаций метода. TD-, SD-, SS-OKT имеют различие в скорости регистрации снимков. Технология ОКТ получила широкое распространение среди нейроофтальмологов при изучении следующих проблем: демиелинизирующие, воспалительные, ишемические и компрессионные оптические невропатии, друзы диска зрительного нерва, повышение внутри черепного давления, неврит зрительного нерва, глаукоматозное поражение нерва, метастатические опухоли хороидеи. В то время, как ангио-ОКТ используется при  таких заболеваниях, как друзы зрительного нерва, глаукомная оптиконейропатия, диабетическая ретинопатия, неоваскулярные дегенерации, окклюзия ретинальных вен, некоторые опухолевидные образования. Внедрение этих методик дает врачу-офтальмологу возможность быстрой и неинвазивной оценки комплекса нервных клеток заднего отдела глаза, качественный и количественный состав препапиллярного слоя ганглиозных волокон, показывает плотность сети капиляров и площадь неперфузируемых зон сетчатки. Важным положительным моментом ангио-ОКТ в сравнении с уже традиционной оптической когерентной томографии является возможность показать послойное строение диска зрительного нерва, а так же всех отделов сосудистой системы глаза. Необходимо использовать методики в повседневной практике для  распознания заболеваний до возникновения клинических проявлений, а так же при наблюдении за прогрессированием уже проявившихся патологий. Специалисту при анализе результатов стоит обратить внимание на патологии, которые препятствует ходу лучей томографа, например: высокая степень отслойки пигментного эпителия. Так же возможна неправильная интерпретация результатов исследования, сбои в работе аппарата, нахождение артефактов, которые могут дать неверное представление об изучаемой структуре.

About the authors

K. K. Nadyarnaya

Omsk State Medical University

Author for correspondence.
Email: kristis1999@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9842-1991

студентка 6 курса педиатрического факультета

Russian Federation, Omsk

T. Yu. Matnenko

Omsk State Medical University

Email: kristis1999@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0859-5435
SPIN-code: 1864-6743

кандидат медицинских наук, доцент кафедры офтальмологии

Russian Federation, Omsk

References

Supplementary files