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频域OCT测量正常人及原发性青光眼患者Schlemm's管直径及面积的研究

洪佳旭  
【摘要】:Schlemm's管是房水循环途径的一个重要组成部分。一直以来,临床医生一直致力于研究Schlemm's管的基础与临床研究。早期的研究由于研究手段的限制,一般是采用电镜或者显微镜在体外进行观察,显然,通过这些观察方法获得的实验数据在解释临床现象时存在一定局限。随着医学影像技术的不断发展,在体测量人Schlemm's管的方法成为可能。2010年,眼科权威杂志Ophthalmology及IOVS分别报道了利用高频生物超声显微镜(Ultrasound biomicroscopy, UBM)和光学相干断层成像术(Optical coherence tomography, OCT)在体观察人Schlemm's管形态学的初步临床研究结果,开辟了活体研究人Schlemm's管的新纪元。其中,光学相干断层成像术凭借其高分辨率、非接触的优点,受到了广大临床医生的重视,已成为一种具有重要研究价值的眼科影像技术。 OCT的硬件及软件经过近二十年的升级换代,逐渐从从原来的时域OCT过渡到现在的频域OCT (SD-OCT)。频域OCT的出现是OCT技术的飞跃,它在测量原理和技术参数方面均取得了重要的突破,其扫描速度大幅加快、扫描分辨率提高,成像更清晰、直观。早期OCT技术在眼科的主要应用多局限于眼底病特别是黄斑部病变的诊疗与随访。2008年,Asrani等率先在Archive of Ophthalmology上面报道了第一幅利用眼前节OCT观察Schlemm's管的图像,开创了OCT技术在Schlemm's管活体观察中应用的先河。但在临床应用中,该领域的研究还存在许多问题亟待解决:SD-OCT对Schlemm's管的形态学与体外观察之间的一致性如何(如HE染色切片);这种在体观察方法获得的测量结果是否具有良好的可重复性;Schlemm's管的直径和面积哪个是更为稳定的观察指标;正常人Schlemm's管的直径和面积是否与观察部位、受试者年龄、性别等相关;原发性开角型青光眼患者Schlemm's管的直径与面积与正常人之间存在哪些差异,这些差异是否与患者眼压存在相关性;相应的,原发性闭角型青光眼患者Schlemm's管的直径与面积与正常人之间是否也存在差异,这些差异是否与患者眼压存在相关性?上述问题目前国外研究极少,国内均未见报道。针对上述问题,本研究在2010年上海眼科流调社会危害和干预策略研究中所获得大样本社区人群资料的基础上,拟对比观察SD-OCT及HE染色切片下正常人Schlemm's管直径及面积的差异,探讨合适的Schlemm's管观察参数;利用SD-OCT观察正常人Schlemm's管的形态学特征,明确其测量Schlemm's管的可重复性并初步了解影响Schlemm's管直径与面积的可能因素;应用SD-OCT对比观察正常人、原发性开角型青光眼患者、原发性闭角型青光眼患者Schlemm's管直径及面积的测量结果,比较他们之间的差异,分析他们之间的相关性,并初步探讨SD-OCT对原发性青光眼患者的诊断价值。本课题拟通过对以上科学问题的探讨,为SD-OCT在活体观察Schlemm's管的临床应用提供更为完善的理论及客观依据。 第一部分 SD-OCT测量人Schlemm's管直径及面积的可重复性研究 目的 [1]比较SD-OCT与苏木素-伊红染色法切片测量正常人Schlemm's管直径及面积的差异,探讨合适的Schlemm's管观察参数。 [2]探讨SD-OCT观察正常人Schlemm's管的形态学特征,明确SD-OCT对Schlemm's管直径及面积定量测量的可重复性。 方法 [1]从项目《上海眼科流调社会危害和干预策略研究》所调查的8324例社区人群中选取符合条件的正常人126例,随机选取受试者一侧眼的数据进行统计分析。利用RTVue OCT(一种商品化SD-OCT)对每位受试者进行Schlemm's管直径及面积测量,测量方式为“线扫”模式,检查部位为上方、下方、鼻侧、颞侧4个方位。利用统计学软件SPSS 16.0计算各个方位Schlemm's管直径及面积的平均值与标准差;利用ANOVA法计算各组平均值之间的统计学差异后再利用Bonferrioni法明确两两组之间的差异;利用Spearman法分析Schlemm's管直径与面积之间的相关性。与此同时,从复旦大学眼库获得正常人捐献眼球3只,常规HE染色切片,测量切片中Schlemm's管直径及面积,利用Mann-Whitney法比较两种方法Schlemm's管直径及面积测量值的差异。 [2]选取上述126例正常人4个方位各一张的Schlemm's管OCT图像,同一观察者间隔2d前后共2次利用RTVue OCT自带软件测量所有OCT图片中Schlemm's管的直径及面积,不同观察者之间也间隔2d测量。利用统计学软件SPSS 16.0计算同一观察者内(intraobserver reliability, IAR)及不同观察者间(interobserver reliability, IBR)变异系数(coefficient of variation, CV)和类内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC),应用Spearman秩相关系数分析评估每位受试者直径及面积平均数值与两次测量标准差之间的关系。 结果 [1] SD-OCT测量正常人上方、下方、鼻侧及颞侧四个方位Schlemm's管的直径依次为:(48.8±7.6)μm、(47.0±10.4)μm、(44.0±12.5)μm、(46.5±13.5) Schlemm's管的面积依次为:(15646±3160)μm2、(14185±3604)μm2、(13398±1889)μm2、(14956±2740)μm2。统计学分析表明四个方位Schlemm's管的直径及面积存在明显的统计学差异,统计值依次为(F=3.396,P=0.008)、(F=13.941,P=0.000)。Bonferrioni法分析两两方位直径及面积的结果表明:在Schlemm's管直径大小方面,上方与鼻侧之间存在统计学差异(P=0.004),其余各组之间无统计学差异;而各方位Schlemm's管面积大小比较方面则情况较为复杂,上方与鼻侧(P=0.000)、上方与下方(P=0.000)、鼻侧与颞侧(P=0.000)之间存在统计学差异,剩余各方位之间无差异。各个方位Schlemm's管直径与面积的之间均无显著相关性:上方(ρ=-0.042,P=0.639)、下方(ρ=0.007,P=0.938)、鼻侧(ρ=-0.074,P=0.412)、颞侧(ρ=0.098,P=0.274)。由以上结果可知,四个方位Schlemm's管的直径及面积在与HE染色切片的结果比较时,不能作为一个总体进行分析,仍然需要分成四组与HE染色组分别进行统计学分析。HE染色组的Schlemm's管直径及面积依次为(36.9±18.6)μm、(0.009±0.006)mm2。统计结果显示,SD-OCT图像中各个方位与HE染色组的直径存在差异:上方(Z=-1.979,P=0.048)、下方(Z=-1.955,P=0.051)、鼻侧(Z=-2.033,P=0.042)、颞侧(Z=-2.255,P=0.024)。同样,在面积比较方面,各个方位与HE染色组也存在差异:上方(Z=-3.118,P=0.002)、下方(Z=-2.696,P=0.007)、鼻侧(Z=-2.442,P=0.015)、颞侧(Z=-3.019,P=0.003)。 [2]在SD-OCT测量Schlemm's管直径及面积的可重复性方面,我们获得了同一观察者两个时间点重复测量(IAR)及两个观察者测量之间(IBR)的变异系数(CV)及类内相关系数(ICC)。对于IAR而言,上方Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为5.8%、0.792,面积测量则为18.5%、0.589;下方Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为10.5%、0.968,面积测量则为8.9%、0.726;鼻侧Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为7.1%、0.786,面积测量则为22.1%、0.807;颞侧Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为7.1%、0.757,面积测量则为9.5%、0.507。对于IBR而言,上方Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为7.1%、0.781,面积测量则为8.0%、0.705;下方Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为15%、0.756,面积测量则为14%、0.557;鼻侧Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为16.9%、0.730,面积测量则为8.0%、0.988;颞侧Schlemm's管直径测量的CV及ICC分别为14.2%、0.792,面积测量则为21.2%、0.772。 Schlemm's管直径测量平均值与标准差的之间均无显著相关性:对于IAR而言,p=0.158,P=0.518;对于IBR而言,p=-0.019,P=0.939。与此类似,Schlemm's管面积测量平均值与标准差的之间也均无显著相关性:对于IAR而言,p=0.259,P=0.284;对于IBR而言,p=0.196,P=0.422。 结论 [1] SD-OCT对Schlemm's管的成像清晰,借助仪器自带软件能够对其直径及面积进行定量测量。本研究中Schlemm's管直径及面积的测量值与既往研究报道的数值相近。 [2] SD-OCT测量发现正常人不同方位Schlemm's管的直径及面积存在一定差异,这表明在分析Schlemm's管的形态学时应考虑到检测部位对结果的影响;Schlemm's管的直径与面积之间不存在显著相关性,提示在评价Schlemm's管形态时二者缺一不可,不能相互替代。 [3] Schlemm's管直径及面积的SD-OCT测量值显著大于HE染色切片测量值,这可能与后者经过体外处理而导致标本变形有关。 [4] SD-OCT测量Schlemm's管直径及面积具有较好的可重复性,是一种可信赖的影像学检查技术。 [5]无论是Schlemm's管的直径还是面积,其SD-OCT测量平均值与标准差的之间均无显著相关性,这进一步提示SD-OCT对Schlemm's管的定量测量具有良好的可重复性。 第二部分 SD-OCT测量Schlemm's管直径及面积的影响因素研究 目的 [1]探讨正常人基本情况,如性别及年龄,对SD-OCT测量Schlemm's管直径与面积的可能影响。 [2]探讨正常人眼解剖参数,如中央角膜厚度、眼轴长度,对SD-OCT测量Schlemm's管直径与面积的可能影响。 [3]探讨SD-OCT图像中Schlemm's管直径与面积测量所在部位角巩膜厚度对测量结果的可能影响。 方法 [1]选取正常人126例,随机选取受试者一侧眼的数据进行统计分析。利用RTVue OCT(一种商品化SD-OCT)对每位受试者进行Schlemm's管直径、面积及所在部位角巩膜厚度和中央角膜厚度的测量,测量方式为“线扫”模式,检查部位为上方、下方、鼻侧、颞侧4个方位。记录受试者年龄及性别信息。利用IOLmaster测量受试者眼轴长。 [2]利用Mann-Whitney法比较性别差异对各个方位Schlemm's管直径及面积测量值的影响;利用Spearman法分析受试者年龄与各个方位Schlemm's管直径与面积之间的相关性;利用Spearman法分析受试者中央角膜厚度、眼轴长度与各个方位Schlemm's管直径与面积之间的相关性。 [3]利用Spearman法分析Schlemm's管直径与面积测量所在部位角巩膜厚度与各直径与面积之间的相关性。 结果 [1]本研究126例受试者中,男性为57例,平均年龄为(36.9±19.6)岁;女性为69例,平均年龄为(44.4±20.0)岁。总体人群平均年龄为(41.0±20.1)岁。 各个方位Schlemm's管直径、面积均无性别差异。具体如下,男女受试者Schlemm's管直径测量值比较:上方(Z=-0.950,P=0.342)、下方(Z=-1.319,P=0.187)、鼻侧(Z=-1.835,P=0.067)、颞侧(Z=-0.447,P=0.655);男女受试者Schlemm's管面积测量值比较:上方(Z=-0.697,P=0.486)、下方(Z=-1.231,P=0.218)、鼻侧(Z=-0.644,P=0.520)、颞侧(Z=-1.810,P=0.070)。受试者年龄与Schlemm's管直径之间无显著相关性:上方(p=-0.123,P=0.270)、下方(p=0.098,P=0.275)、鼻侧(p=-0.025,P=0.780)、颞侧(p=0.030,P=0.741)。此外,受试者年龄与Schlemm's管面积之间也无显著相关性:上方(p=0.021,P=0.812)、下方(p=0.044,P=0.625)、鼻侧(p=-0.094,P=0.296)、颞侧(p=-0.076,P=0.399)。 [2]在受试者眼解剖参数方面,126例受试者的平均中央角膜厚度为(554.7±38.7)μm、平均眼轴长为(23.7±2.1)mm。 受试者中央角膜厚度与Schlemm's管直径之间无显著性相关性:上方(p=-0.099,P=0.269)、下方(p=-0.043,P=0.631)、鼻侧(p=-0.048,P=0.592)、颞侧(p=-0.017,P=0.854)。此外,受试者中央角膜厚度与Schlemm's管面积之间也无显著相关性:上方(p=0.037,P=0.683)、下方(p=0.035,P=0.700)、鼻侧(p=0.068,P=0.449)、颞侧(p=0.129,P=0.151)。 受试者眼轴长与Schlemm's管直径之间无显著性相关性:上方(p=-0.138,P=0.123)、下方(p=0.063,P=0.483)、鼻侧(p=0.075,P=0.402)、颞侧(p=0.137,P=0.125)。此外,受试者眼轴长与Schlemm's管面积之间也无显著相关性:上方(p=-0.047,P=0.602)、下方(p=-0.042,P=0.643)、鼻侧(p=-0.122,P=0.175)、颞侧(p=0.060,P=0.506)。 [3]在SD-OCT图像参数方面,OCT图像中Schlemm's管直径与面积测量所在部位的角巩膜厚度平均值为(844.9±41.9)mm,最小为744.7mm,最大为962.7mm。各方位角巩膜厚度与测量结果之间均无显著相关性。其中,上方角巩膜平均厚度为(825.6±26.5)mm,与Schlemm's管直径及面积均无显著相关性,统计值依次为(ρ=0.007, P=0.939)、(ρ=0.017, P=0.849);下方角巩膜平均厚度为(817.1±23.2)mm,与Schlemm's管直径及面积均无显著相关性,统计值依次为(ρ=-0.023, P=0.798)、(ρ=-0.007, P-0.942);鼻侧角巩膜平均厚度为(859.1±40.2)mm,与Schlemm's管直径及面积均无显著相关性,统计值依次为(ρ=0.030, P=0.741)、(ρ=0.102,P=0.255);颞侧角巩膜平均厚度为(877.7±42,0)mm,与Schlemm's管直径及面积均无显著相关性,统计值依次为(ρ=0.133, P=0.139)、(ρ=0.160, P=0.073)。 结论 [1]受试者的性别或者年龄不影响SD-OCT对Schlemm's管直径与面积的测量,这提示我们在应用SD-OCT测量Schlemm's管适用于所有正常人群。 [2]受试者中央角膜厚度或者眼轴长不影响SD-OCT对Schlemm's管直径与面积数值的测量,这说明应用SD-OCT测量Schlemm's管时可以忽略二者对测量结果的干扰。 [3]尽管角巩膜厚度并不影响Schlemm's管直径与面积的测量,但它可以作为SD-OCT载体测量Schlemm's管直径与面积的的质量控制因素。本研究中,能够获得清晰Schlemm's管直径与面积图像的角巩膜位置,其厚度平均在845mm左右。 第三部分 SD-OCT测量POAG患者Schlemm's管直径及面积的研究 目的 [1]定量测量POAG患者Schlemm's管直径及面积。 [2]比较POAG患者与年龄配比及性别配比正常人Schlemm's管直径及面积的差异。 [3]分析POAG患者Schlemm's管直径及面积与眼压(Intraocular pressure, IOP)之间的相关性并初步探讨其在POAG诊断方面的应用前景。 方法 [1]共收集POAG患者43例43眼,年龄配比及性别配比正常人43例43眼。利用RTVue OCT对所有受试者均进行Schlemm's管直径、面积及所在角巩膜厚度的测量,测量方式为“线扫”模式,检查部位为上方、下方、鼻侧、颞侧4个方位。利用Mann-Whitney法比较正常人与POAG患者眼轴长、中央角膜厚度、眼压、各个方位Schlemm's管直径、面积测量值的差别。 [2]利用Spearman法分析POAG患者各个方位Schlemm's管直径、面积与眼压之间的相关性。 [3]利用受试者工作特征曲线(ROC curve)分析Schlemm's管直径及面积在POAG中的诊断效能。 结果 [1]43例POAG患者的平均年龄为(42.6±14.1)岁,其中男性29例,女性14例。SD-OCT测量POAG上方、下方、鼻侧及颞侧四个方位Schlemm's管的直径依次为:(43.6±11.6)μm、(36.0±8.8)μm、(41.1±11.6)μm、(41.1±7.0)μm; Schlemm's管的面积依次为:(12907±2662)μm2、(11347±4221)μm2、(10765±514)μm2、(11800±3110)μm2。在统计学分析方面,本组POAG患者眼轴长、中央角膜厚度、眼压平均值依次为(23.1±0.6)mm、(539.6±25.9)μm、(30.0±4.9)mmHg。三者与正常人参数相比较,相应统计值依次为:(Z=-0.374, P=0.709)、(Z=-1.632, P=0.103)、(Z=-5.835, P=0.000),仅眼压测量值存在显著性差异。在SD-OCT图像中,POAG患者各个方位Schlemm's管直径与正常人相比均无显著性差异:上方(Z=-1.887,P=0.059)、下方(Z=-1.205,P=0.228)、鼻侧(Z=-1.212,P=0.226)、颞侧(Z=-0.465,P=0.642)。值得注意的是,POAG患者各个方位Schlemm's管面积与正常人相比却都有显著性差异:上方(Z--3.077,P=0.002)、下方(Z=-2.984,P=0.003)、鼻侧(Z=-5.346,P=0.000)、颞侧(Z=-3.351,P=0.001)。POAG患者Schlemm's管所在部位角巩膜厚度与正常人之间也无明显统计学差异:上方(Z=-0.281,P=0.778)、下方(Z=-1.583,P=0.113)、鼻侧(Z=-1.415,P=0.157)、颞侧(Z=-0.466,P=0.641)。 [2] POAG患者与正常人眼压与各方位Schlemm's管直径之间无显著相关性:上方(p=-0.135,P=0.361)、下方(p=-0.230,P=0.116)、鼻侧(p=-0.107,P=0.469)、颞侧(p=-0.038,P=0.798)。POAG患者眼压与Schlemm's管面积之间均显著相关:上方(p=-0.514,P=0.000)、下方(p=-0.497,P=0.000)、鼻侧(p=-0.745,P=0.000)、颞侧(p=-0.486,P=0.000)。 [3]在评价POAG患者的诊断效能方面,SD-OCT测量不同方位Schlemm's管直径的ROC曲线下面积(AUC)分别为:上方0.658、下方0.600、鼻侧0.602、颞侧0.462。SD-OCT测量不同方位Schlemm's管面积的AUC则分别为:上方0.757、下方0.750、鼻侧0.946、颞侧0.781。 结论 [1] SD-OCT对POAG患者Schlemm's管的成像清晰,借助仪器自带软件能够对其直径及面积进行定量测量。 [2] POAG患者各个方位Schlemm's管直径与正常人相比均无显著性差异,但其各个方位Schlemm's管面积均低于正常人。与此同时,POAG患者与正常人眼压与Schlemm's管面积显著相关。Schlemm's管面积变化在POAG发病中的作用有待进一步探索。 [3] SD-OCT测量Schlemm's管面积对POAG患者的诊断效能优于对Schlemm's管直径的测量。 第四部分 SD-OCT测量PACG患者Schlemm's管直径及面积的研究 目的 [1]定量测量PACG患者Schlemm's管直径及面积。 [2]比较PACG患者与年龄配比及性别配比正常人Schlemm's管直径及面积的差异。 [3]分析PACG患者Schlemm's管直径及面积与眼压之间的相关性并初步探讨其在PACG诊断方面的应用前景。 方法 [1]共收集PACG患者41例41眼,年龄配比及性别配比正常人41例41眼。利用RTVue OCT对所有受试者均进行Schlemm's管直径、面积及所在角巩膜厚度的测量,测量方式为“线扫”模式,检查部位为上方、下方、鼻侧、颞侧4个方位。利用Mann-Whitney法比较正常人与PACG患者眼轴长、中央角膜厚度、眼压、各个方位Schlemm's管直径、面积测量值的差别。 [2]利用Spearman法分析PACG患者各个方位Schlemm's管直径、面积与眼压之间的相关性。 [3]利用受试者工作特征曲线(ROC curve)分析Schlemm's管直径及面积在PACG中的诊断效能。 结果 [1]41例PACG患者的平均年龄为(62.9±10.0)岁,其中男性21例,女性20例。SD-OCT测量PACG上方、下方、鼻侧及颞侧四个方位Schlemm's管的直径依次为:(54.2±12.6)μm、(51.0±7.8)μm、(42.9±14.3)μm、(47.0±16.4)μm; Schlemm's管的面积依次为:(15222±2462)μm2、(14648±1798)μm2、(14555±1937)μm2、(15741±2392)μm2。在统计学分析方面,本组PACG患者眼轴长、中央角膜厚度、眼压平均值依次为(23.0±0.6)mm、(550.8±30.6)μm、(30.2±8.4)mmHg。三者与正常人参数相比较,相应统计值依次为:(Z=-3.106, P=0.002、(Z=-0.981, P=0.326)、(Z=-4.717,P=0.000), PACG患者眼轴长、眼压测量值与正常人之间存在显著性差异。在SD-OCT图像中,PACG患者各个方位Schlemm's管直径与正常人相比均无显著性差异:上方(Z=-1.841,P=0.066)、下方(Z=-0.177,P=0.859)、鼻侧(Z=-1.651,P=0.099)、颞侧(Z=-1.717,P=0.086)。值得注意的是,PACG患者各个方位Schlemm's管面积与正常人相比情况各有不同:上方(Z=-1.021,P=0.307)、下方(Z=-1.468,P=0.142)、鼻侧(Z=-1.992,P=0.046)、颞侧(Z=-2.262,P=0.024)。PACG患者Schlemm's管所在部位角巩膜厚度与正常人之间也无明显统计学差异:上方(Z=-0.638,P=0.524)、下方(Z=-0.702,P=0.483)、鼻侧(Z=-0.128,P=0.898)、颞侧(Z=-0.714,P=0.475)。 [2] PACG患者与正常人眼压与各方位Schlemm's管直径之间无显著性相关性:上方(ρ=0.207,P=0.226)、下方(ρ=-0.042,P=0.809)、鼻侧(ρ=-0.258,P=0.128)、颞侧(ρ=-0.210,P=0.219)。PACG患者眼压与各方位Schlemm's管面积之间结果如下:上方(ρ=-0.108,P=0.531)、下方(ρ=0.088,P=0.610)、鼻侧(ρ=0.370,P=0.026)、颞侧(ρ=0.274,P=0.105)。 [3]在评价PACG患者的诊断效能方面,SD-OCT测量不同方位Schlemm's管直径的AUC分别为:上方0.321、下方0.483、鼻侧0.660、颞侧0.667。SD-OCT测量不同方位Schlemm's管面积的AUC则分别为:上方0.599、下方0.358、鼻侧0.309、颞侧0.282。 结论 [1] SD-OCT对PACG患者Schlemm's管的成像清晰,借助仪器自带软件能够对其直径及面积进行定量测量。 [2] PACG患者各个方位Schlemm's管直径与正常人相比均无显著性差异,仅鼻侧及颞侧Schlemm's管面积均低于正常人。与此同时,PACG患者眼压仅与鼻侧Schlemm's管面积均相关。Schlemm's管面积变化在PACG发病中的作用有待进一步探索。 [3] SD-OCT测量Schlemm's管直径及面积对PACG患者的诊断效能并不理想,具体原因有待进一步研究明确。


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