四、相干光断层扫描血流成像
相干光断层扫描(optical coherence tomography,OCT)经历时域OCT、频域OCT和扫频OCT等技术演进后推出的OCT血流成像(optical coherence tomography angiography,OCTA)技术是视网膜影像检查技术发展的里程碑,是一项无创、快捷的血流检测技术,目前主要用于视网膜脉络膜的血流成像,在眼科血管性疾病的诊断及血流改变相关眼病的发病机制探讨方面具有划时代的意义。与传统的荧光素眼底血管造影(FFA)和吲哚青绿血管造影(ICGA)技术不同,OCTA无须静脉注射造影剂,通过更快的扫描速度、更密集的扫描模式对同一位置进行多次扫描,提取变化的OCT信号,以不同算法去除伪迹并转换成血流信号,安全快速地得到视网膜脉络膜微血管的三维成像,能够对血流信号进行量化分析,且能够分层观察和判断视网膜脉络膜的血流改变情况,因此,OCTA比传统的眼底血管造影技术提供的血流信息更多、更准确。
充分认识OCTA的技术特色,不断提升其临床应用水平,将为眼底疾病临床诊疗提供更多病理生理特征信息,有助于加深对眼底疾病发病机制的认识,为眼底疾病检查诊疗模式改进带来划时代变化。但是,任何新技术的临床应用都有其限制性和局限性,如OCTA观察的眼底范围并不如FFA和ICGA大,自动分层还不完美,且检查和读图过程中也受到一些因素的影响。充分了解OCTA的成像原理和成像特点有助于眼科医师更好地了解视网膜脉络膜疾病、青光眼和神经眼科疾病的血流改变,并加深对这些疾病发病机制的认识,同时利用该技术对相关眼病进行有效监测和随访。
目前,市场有多款商用 OCTA 系统,如 Zeiss AngioPlex(Zeiss Meditec.Inc.,美国),Optovue Angiovue(Optovue Inc.,美国),Spectralis OCT(Heidelberg Engineering,德国),Topcon DRI OCT Triton Swept source OCT(Topcon corporation,日本),Nidek AngioSan(Nidek Co.Ltd,日本)等。其中 AngioPlex,AngioVue,AngioScan,Spectralis OCT系统都是基于频域OCT(SD-OCT)的系统,而Topcon DRI OCT则是基于扫频OCT的系统(swept source optical coherence tomography,SS-OCT)。所有这些系统都是利用不同的算法将OCT B-scan扫描图像转换成血管造影图像,每个系统均具有其独特的优点(表2-3)。这一领域发展迅速,不同公司都在努力优化其技术和设备。随着其硬件和软件的改进,我们最终将获得更高分辨率、更广的扫描范围、更少伪影的血管影像。
表2-3 四种常用OCTA机器参数
SLD(superluminescent diode),超辐射发光二极管。
数据来自产品手册及产品网站,由于产品升级,数据可能更新。
(一)OCTA的基本原理
眼底相干光断层血管成像术(optical coherence tomography angiography,OCTA)是一项新的眼底影像检查技术。以OCT为基础成功显示活体视网膜脉络膜血管网的血管成像,可以通过不同的技术来实现。不同OCTA的基本原理都是对同一位置进行多次扫描,每次扫描时OCT信号的变化,表明在该像素位置内有物体移动,如视网膜血管中红细胞的实时流动。通过高密度3D扫描测量连续横断面扫描中OCT信号的变化,通过特殊的计算方法,去除静止组织的信号,获得移动血细胞即血流的信号;再将所有的连续横断面扫描图像信息合并,并据此进行血管结构的三维重建,从而得到完整的视网膜脉络膜三维血管图像。其成像更为准确和清晰,并能通过软件分层观察和判断视网膜脉络膜的血流改变情况,清楚地显示病灶的层次和位置。
(二)OCTA与传统血管造影检查技术(FFA、IGCA)的比较
与FFA和ICGA等传统的视网膜脉络膜血管造影技术相比,OCTA无须静脉注射造影剂,避免了造影剂注射带来的各种不良反应。外源性造影剂静脉注射会造成4.83%的患者发生不同程度的不良反应,轻者如恶心、呕吐、皮肤瘙痒,严重者可导致死亡。传统眼底血管造影检查需要观察造影剂注射后眼底血管荧光的动态变化,这一过程需要10~30分钟,而OCTA对眼底各层血管的成像只需5~6秒。此外,FFA和ICGA呈现的是视网膜脉络膜全层荧光的分布情况,而OCTA能够分层显示视网膜脉络膜的血流分布情况,清楚地显示病灶的层次与位置,而且每幅en-face OCTA图像配有相应的B扫描OCT,可更精确地分析病变的形态和位置。OCTA的成像过程无造影剂注射,因此也无法显示传统血管造影方法中显示的荧光素渗漏、着染和染料积存等影像特征,但也因此避免了造影剂渗漏对病灶观察的干扰。目前,临床上应用的OCTA的最大扫描范围为12mm×12mm,较传统血管造影显示的观察范围小,无法呈现周边部的血流改变。虽然各公司在努力推出更大范围的扫描,但这些扫描通常会降低分辨率;自动拼图软件是可用的,但需要额外的扫描。这也是目前OCTA的主要缺点。另外,OCTA是检测血管中的红细胞运动,血流速度过快或过慢,可能超过仪器检测范围而成像效果差甚至不能成像。如大脉络膜血管血流过快,成像效果较差。而微动脉瘤、新生血管纤维膜或缺血区毛细血管等血流非常缓慢的血管结构可能成像不佳或根本无法成像。同时,OCTA检查对受检眼固视、屈光间质清晰度要求较高。OCTA与FFA、IGCA的优缺点见表2-4。
表2-4 OCTA与FFA对比
(三)OCTA的成像解读
OCTA成像解读过程中,临床医师对视网膜或视盘的组织分层结构必须了然于胸,对机器特性及扫描模式也要有清楚的认识。图像采集后首先需要评估影像质量,确认影像是否可接受。需要考虑的内容包括镜头伪迹、扫描信号质量、有无血管投射伪影及自动分层误差等。在进行下一步影像分析前,必须对这些内容进行评估。由于不同设备在视网膜分层方面存在细微的差异,软件版本也在不断更新,使用者必须充分了解仪器自动分层对应的实际组织学位置,因此,在阅读OCTA影像时必须注意影像拍摄所用设备和软件的版本。
与传统的血管造影借助于造影剂在血管中的流动以及造影剂渗漏、积存、着染等特征动态观察二维的血管平面和异常变化不同,OCTA是一相对“静态”的显像,但可对视网膜脉络膜血管形态进行分层观察。其影像判读分析的重点在于选择感兴趣的层次和部位分层解读。没有注射造影剂固然不能通过“渗漏”这样的特征表现来判断血管功能状态,但也正是由于没有渗漏的强荧光掩盖血管本身形态,可以更清楚地观察病变区血管。而且OCTA分辨率高,对于黄斑区拱环结构、视盘微血管等结构显像都比传统造影更加清晰。OCTA一般提供多模式图像,即en-face视角的血流模式、结构模式以及传统OCT断层扫描(B-scan)模式,在判读OCTA时,检查者可同时得到位于同一平面的en-face血管图像及结构图像,两者对照有助于评估血流及周边组织的情况;同时还可以选择en-face层面上异常区域对应的带血流信号的B扫描情况,了解病变位置累及视网膜脉络膜的层面。
图2-15 视网膜血流概览报告(使用仪器:AngioVue OCTA)
1~4.四个默认OCTA分层:1.浅层血管复合体;2.深层血管复合体;3.外层视网膜;4.脉络膜毛细血管层;5.水平断层扫描(当Angio Overlay血流重叠功能被选中时,水平断层将包含红色像素以提示探测到的血流信号);6.垂直断层扫描;7.血流密度图:浅层血管复合体分层内OCTA探测到的血流结构所占面积百分比,冷色调区域为低密度,暖色调区域为高密度,血流密度值被填写在ETDRS分区内;8.内层视网膜厚度图:从ILM到IPL,冷色调区域为低厚度,暖色调区域为高厚度,厚度值被填写在ETDRS分区内;9.视网膜激光扫描眼底图像;10.视网膜厚度图:全层厚度(ILM到RPE)或ILM高度图(ILM到BRM),右侧可以选择,冷色调提示低厚度,暖色调提示高厚度,厚度值填写在ETDRS分区内
目前的商用OCTA设备均有系统自动默认的视网膜分层,一般分为浅层毛细血管网、深层毛细血管网、外层视网膜(或无血管层)等三层(图2-15)。正常视网膜浅层视网膜血管呈向心性分布,血管襻朝向中心凹,形成特征性的网状血管结构。深层视网膜血管丛也呈网状围绕在无血管的视网膜中央凹区周围。浅层血管丛和深层血管丛外端垂直吻合。OCTA临床应用增多而积累的大量数据证明,视网膜毛细血管网的en-face成像与既往组织学研究高度一致,而且OCTA呈现的视网膜毛细血管网密度远高于FFA。这在黄斑中心凹无血管区附近的终末毛细血管尤其明显。对脉络膜默认分层可显示脉络膜毛细血管层,为分布均匀的蜂窝状结构。目前的技术因RPE及脉络膜毛细血管层的散射,对脉络膜中大血管层显示能力有限。尽管en-face自动分层系统经过多年改进,但对于一些疾病状态下的解剖状态的分层与显示依然无法做到尽善尽美,一旦分层出现误差,结果就会产生很大偏差。因此,手动调节和手动分层对临床医师判读OCTA结果至关重要。商用OCTA设备中,用户自定义修改分层界面设计友好简洁,修改流程简化,可轻松调整成像层次与位置,以更好地显示病变特征。在实际操作过程中,使用自定义分层功能或手动分层调整功能,可以在B扫描影像窗口将两条分层线调整到关注的病灶范围内,以显示该范围内的血管影像。
简而言之,正常血流信号的丢失或异常血流信号的出现都是检查者必须重点关注的内容,在判读时必须结合不同扫描部位(B-scan)随时调整深度以进行三维图像的比较,从而进行全面综合的判断。
(四)OCTA在视盘病变中的应用
通过OCTA观察正常眼的视盘周围放射状毛细血管网的影像特点,并与FFA检查结果进行比较,表明FFA均不能完全显示视盘周围放射状毛细血管网及深层毛细血管,而OCTA可显示视盘各层毛细血管结构,并能量化分析视盘血流情况(图2-16),这是OCTA与FFA相比,其独特的优势之一。
图2-16 视盘血流概览报告(使用仪器:AngioVue OCTA)
1.视盘的激光扫描眼底图像;2.玻璃体/视网膜层:OPL以上全部内容;3.RPC层:ILM到NFL;4.脉络膜层:RPE以下全部内容;5.结构参数:包括:ONH分析表,平均RNFL厚度,半侧RNFL厚度,四象限RNFL厚度;6.经过视盘的中心水平OCT断层;7.经过视盘的中心垂直OCT断层;8.血流密度参数:整体与RPC毛细血管密度值(整体、盘内、盘周、上半、下半);9.依据Garway-Heath分区的RNFL厚度图(ILM-NFL),冷色调表示低厚度区,暖色调表示高厚度区,厚度值填写在分区内;10.依据Garway-Heath分区的Angio Analytics血流密度图:基于放射状盘周毛细血管分层计算的OCTA探测到血流面积的所占百分比,冷色调表示低密度区域,暖色调表示高密度区域,血流密度参数值填写在方格内;11.RPC血流密度参数,包括半侧血流密度和四象限血流密度
由于在青光眼前期患者中可以检测到视盘周围和黄斑血管密度的衰减,它被报道为评估青光眼患者视盘灌注的有用工具。因此,OCTA在青光眼损伤早期检测中的作用备受关注。在青光眼研究中,OCTA也被证明是一种眼血流研究的有用工具,从而有助于揭示青光眼非眼压相关的发病机制。
青光眼和某些神经眼科疾病可导致神经元(视网膜神经节细胞)和轴突(视网膜神经纤维)的损害,OCTA为我们进一步了解视网膜神经元和轴突的丢失与血流改变之间的关系提供了重要研究手段。OCTA有助于我们从血流变化的角度深入认识青光眼和神经眼科疾病的发病机制,而不是仅仅作为确诊青光眼或神经眼科疾病的主要影像学检查方法。En-face OCT联合OCTA有助于我们理解青光眼和神经眼科疾病中组织结构(神经纤维和节细胞)和功能改变(血流)之间的对应关系或先后顺序,从而全面了解这些疾病的发病机制。
既往已有多项研究结果证实NAION患眼视盘血流减少。但CDFI、激光多普勒血流测速仪只能测量视盘大血管血流状态,不能显示NAION特征性象限性血管损伤;传统FFA检查可显示急性期NAION患眼视盘节段性充盈时间延迟,但不能清晰显示视盘及其周围毛细血管网的细节。而OCTA可清晰显示急性期NAION患眼视盘血流面积减少,且在部分患眼可发现视盘血流面积呈象限性减少,而视盘周围放射状毛细血管则表现为弥漫性缺损。
综上所述,OCTA可作为评估视盘病变的重要手段之一,随着OCTA临床资料的收集和研究的深入,一定会加深对视盘疾病的认识。