Рис. 1. Гистограмма и аппроксимированные кривые нормального распределения измерений макулярной области. A. – Общий объем сетчатки. B. – Объем слоя нервных волокон сетчатки (RNFL). C. – Объем слоя ганглиозных клеток (GCL). D. – Объем внутреннего плексиформного слоя (IPL)
Рис. 2. Гистограмма и аппроксимированная кривая нормального распределения средних значений толщины слоя перипапиллярных нервных волокон сетчатки
Многие глазные болезни, такие как, например, глаукома или компрессионная нейропатия зрительного нерва, сопровождаются характерными изменениями на ОСТ-сканах, прежде всего во внутренних слоях сетчатки. Для диагностики и мониторинга этих заболеваний особенно важна оценка следующих параметров: перипапиллярный слой нервных волокон сетчатки (retinal nerve fibre layer, RNFL), макулярный RNFL и макулярный слой ганглиозных клеток (ganglion cell layer, GCL) (DaneshMeyer H.V. et al., 2014; Huang D. et al., 1991).
Разделение областей на сектора и измерение толщины и объема сетчатки в каждом секторе проводится по стандарту зонирования, разработанному исследовательской группой по раннему лечению диабетической ретинопатии (Early Treatment Diabetic Retinopathy Study (ETDRS), 1991). Стандарт зонирования впервые был представлен в 1980 году и до сих пор является основным методом отчетности. С момента его создания были разработаны и другие алгоритмы зонирования (Rohlig M. et al., 2019), однако их применение ограничено особенностями программного обеспечения каждого томографа.
Стандартный скан макулы 20‘×20‘ состоит из горизонтальных последовательных линий сканирования, которые вместе формируют квадратную область. Каждая горизонтальная линия – это В-скан, состоящий из равноудаленных А-сканов. А-скан представляет собой основную единицу сканирования, из которых генерируется изображение. Плотность сканирования у аппарата Heidelberg Stratus (Heidelberg Engineering, Heidelberg, Германия) составляет 25 000–50 000 А-сканов. Стандартный скан диска зрительного нерва состоит из 720 радиальных А-сканов на 360‘. Извлечение отдельных данных А-сканирования позволяет исследовать изменения, которые не вписываются в шаблонную базу данных.
Для регистрации патологических состояний необходима нормативная база данных, которая могла бы служить эталоном для сравнения.
Насколько нам известно, в настоящее время нет нормативной базы данных, содержащей референтные значения параметров для А-сканирования и по макулярному, и по перипапиллярному сканированию сетчатки.
Цель данного исследования – определить нормативные значения параметров А-сканирования макулы и диска зрительного нерва в рамках стандартного зонирования ETDRS. Это поможет клиницистам и исследователям идентифицировать патологические изменения и выявить существующие закономерности.
Методы
Исследуемая популяция
Мы провели ретроспективный перекрестный анализ данных 146 пациентов (200 здоровых глаз), которым проводилось стандартное офтальмологическое обследование и ОСТ-сканирование. Участниками исследования стали пациенты Royal Melbourne Hospital (Австралия), у которых не было выявлено глазной патологии или системных заболеваний, способных оказать влиять на состояние сетчатки. Для создания нормативной базы использовалась собственная база данных Royal Melbourne Hospital. С 2012 года в Royal Melbourne Hospital на аппарате Heidelberg Spectralis было проведено обследование около 50 000 глаз. Мы отобрали нормальные ОСТ-изображения, а медицинские карты были проверены на соответствие критериям включения и исключения. Всем участникам проводилось полное офтальмологическое обследование, в том числе определение максимальной корригированной остроты зрения (МКОЗ) по Снеллену, внутриглазное давление (ВГД), биомикроскопия, исследование заднего отрезка глаза и ОСТ.
Рис. 3. Диаграмма рассеяния и тренд изменений ОСТ-параметров макулы в зависимости от возраста. A. – Общий объем сетчатки. B. – Объем слоя нервных волокон сетчатки. C. – Объем слоя ганглиозных клеток. D. – Объем внутреннего плексиформного слоя
Рис. 4. Диаграмма рассеяния и тренд изменения средней толщины слоя перипапиллярных нервных волокон сетчатки в зависимости от возраста
Биомаркеры исключения: перипапиллярная атрофия, кровоизлияния в RNFL, ямка или истончение диска зрительного нерва, возрастная макулярная дегенерация (включая друзы) или заболевание макулы по данным ОСТ. Этническая принадлежность участников классифицировалась в соответствии с Австралийской стандартной классификацией культурных и этнических групп (ASCCEG) Австралийского статистического бюро (ABS).
Протокол исследования был одобрен этическим комитетом Royal Melbourne Hospital и соответствовал принципам Хельсинкской декларации.
Оптическая когерентная томография
Все сканы ОСТ были выполнены на аппарате Heidelberg Spectral Domain (SD) с помощью программного обеспечения Heidelberg Eye Explorer версии 6.7.13.0 (Heidelberg Engineering, Heidelberg, Германия).
Обследование проводилось опытными специалистами отдела медицинской визуализации Royal Melbourne Hospital в темной комнате в соответствии со стандартным протоколом. В анализ были включены только хорошо центрированные изображения высокого качества (> 15 дБ). Данные рефракции пациентов отсутствовали, поэтому для каждого сканирования регистрировалось фокусное расстояние (в диоптриях) в качестве косвенного показателя ошибки рефракции каждого пациента. Высокое качество сканов было необходимо для точной сегментации внутренних слоев макулы и перипапиллярной области; опытный специалист (JM) вручную корректировал любые аберрации.
Макулярные сканы были зонированы на кольца диаметром 1 мм, 3 мм и 6 мм на макулярной карте ETDRS. Центральная толщина сетчатки определялась во внутреннем кольце, а среднее и внешнее кольца были разделены на четыре зоны, обозначенные как верхняя, назальная, нижняя и темпоральная зоны.
Проводился анализ следующих параметров: средняя толщина сетчатки в каждой из девяти зон, толщина макулы и перипапиллярные сканы на 360‘.
Данные А-сканирования
Таблица 1 Распределение участников по возрасту и полу
Tаблица 2 Распределение участников по этнической принадлежности в соответствии с Австралийской стандартной классификацией культурных и этнических групп
Статистический анализ
Статистическая обработка данных проводились с использованием программного обеспечения RStudio version 1.3.1073 (Бостон, США). Данные описательной статистики представлены в виде среднего значения, стандартного отклонения и первого, пятого и 95-го перцентилей. Перцентиль – это показатель, указывающий значение, ниже которого падает данный процент наблюдений в группе. Например, 20-й перцентиль – это значение, ниже которого могут быть обнаружены 20% наблюдений; соответственно 80% наблюдений находятся выше 20-го перцентиля.
Для сравнения значений толщины сетчатки между группами использовали независимый t-критерий. Для определения корреляции между измерениями определяли коэффициент корреляции Пирсона.
Для учета влияния возраста и пола на исследуемые параметры проводили многофакторный анализ; значение альфа 0.05 считалось статистически значимым. Критерий согласия хи-квадрат использовался для сравнения наблюдаемого распределения этнических групп ABS с ожидаемым распределением в Мельбурне, Австралия.
Результаты
Участники исследования
В окончательный анализ были включены двести глаз 146 участников. Среди участников было 69 (47%) женщин и 77 (53%) мужчин, а средний возраст составлял 48,52±17,52 лет (диапазон от 21 до 85). Средний фокус сканирования составил 0,29±1,96 Дптр (диапазон от -6,48 до 7,86). Участники были равномерно распределены по возрастным группам (табл. 1). Женщин было немного меньше в младших возрастных группах и немного больше в старших возрастных группах. В исследование были включены 101 (50,5%) правый глаз и 99 (49,5%) левых глаз. В исследование были включены участники из девяти широких этнических групп (табл. 2).
Имелись статистически значимые различия в долях широких этнических категорий по сравнению с долями населения в Мельбурне согласно последней переписи: в группах Северной Африки и Ближнего Востока, Океании, Южной и Центральной Азии и Африки к югу от Сахары.
А-сканы.
Таблица 3 Коэффициент регрессии для женщин при многофакторном анализе с учетом возраста и значений толщины сектора макулы
Таблица 4 Распределение толщины сетчатки в макуле по возрастным группам: средние значения, первый, пятый и 95-й перцентили для каждого сектора
Общая плотность сканирования составляла 12 800–49 152 А-сканов.
Все перипапиллярные сканы имели размер 12‘ (диаметр 3,5 мм) при плотности сканирования 768 А-сканов. Все данные сканирования имеются в доступе.
Распределение макулярных и перипапиллярных измерений
Средний общий объем сетчатки составил 8,67 ±0,38 мм3 (диапазон от 7,65 до 9,58). Объем макулярного слоя нервных волокон (RNFL) составил 0,96±0,11 мм3 (диапазон от 0,72 до 1,26). Объем слоя ганглиозных клеток сетчатки (GCL) составил 1,09±0,10 мм3 (диапазон от 0.82 до 1.31), а объем внутреннего плексиформного слоя (IPL) составил 0,89±0,07 мм3 (диапазон от 0,7 до 1,05). На рисунках 1 и 2 представлено распределение измеряемых параметров по слоям.
Разница в измерениях между мужчинами и женщинами
Многофакторный регрессионный анализ с учетом возраста и этнической принадлежности (табл. 3) показал, что объемы сетчатки и GCL были значительно меньше у женщин. Суммарная толщина сетчатки у женщин была значительно меньше, чем у мужчин во всех секторах, кроме верхнего темпорального сектора. Эта тенденция была характерна для RNFL в центральном, назальном внутреннем, темпоральном внутреннем, нижнем внутреннем секторе макулы, для GCL и толщины IPL. Толщина GCL и IPL у женщин также была значительно меньше во верхнем внутреннем секторе. Достоверных различий в толщине перипапиллярного RNFL между мужчинами и женщинами обнаружено не было.
Уменьшение толщины за десятилетие
Таблица 5 Распределение толщины слоя нервных волокон сетчатки (RNFL) в макуле по возрастным группам: средние значения, первый, пятый и 95-й перцентили для каждого сектора
Таблица 6 Распределение толщины слоя ганглиозных клеток сетчатки (GCL) в макуле по возрастным группам: средние значения, первый, пятый и 95-й перцентили для каждого сектора
Представлен регрессионный анализ толщины сетчатки по сегментам в зависимости от возраста. Самая сильная значимая отрицательная корреляция была обнаружена для IPL в верхнем внутреннем (r=-0,3444), назальном наружном (r=-0,3217) и нижнем внутреннем (r=-0,3179) секторе. Единственным сектором со значимой положительной корреляцией с возрастом был темпоральный внутренний RNFL (r=0,1929). При анализе перипапиллярной сетчатки единственная достоверная связь между возрастом и толщиной сетчатки была характерна для темпорального верхнего сектора (r = –0,1910).
Связь между аномалией рефракции и толщиной сетчатки
Толщина сетчатки во всех секторах, за исключением назального наружного сектора, достоверно не коррелировала с аномалиями рефракции. Для RNFL в назальном наружном (r=-0,2020) и нижнем наружном (r=-0,1570) сегментах наблюдалась отрицательная корреляция. Для RNFL в центральном секторе наблюдалась положительная корреляция (r=0,1426). Для GCL имелась только отрицательная корреляция; в верхнем внутреннем (r=- 0,2034), в назальном внутреннем (r=-0,1782), в темпоральном внутреннем (r=-0,1534) и назальном наружном (r=-0,1478). Для IPL в большинстве секторов имелись значительные корреляции с аномалиями рефракции, все из которых были отрицательными: объем IPL (r=- 0,1668), толщина в назальном внутреннем секторе (r=-0,2154), в назальном наружном (r=-0,1946), в верхнем внутреннем (r=-0,2205), в темпоральном внутреннем (r=- 0,1755) и нижнем внутреннем секторе (r=-0,2448). В назальном (r=0,1863) и нижнем назальном (r=0,1924) перипапиллярных секторах имелась значимая положительная корреляция с аномалией рефракции, в то время как в темпоральном секторе имелась отрицательная корреляция (r=-0,2365).
Обсуждение и выводы
Таблица 7 Распределение толщины внутреннего плексиформного слоя (IPL) в макуле по возрастным группам: средние значения, первый, пятый и 95-й перцентили для каждого сектора
Таблица 8 Распределение толщины перипапиллярного слоя нервных волокон сетчатки по возрастным группам: средние значения, первый, пятый и 95-й перцентили для каждого сектора
В нормативных базах данных представлены эталонные значения, с которыми можно сравнивать патологические случаи. Ряд авторов сообщают нормативные данные для SD ОСТ (Grover S. et al., 2009; Nieves-Moreno M. et al., 2017; Appukuttan B. et al., 2014), однако, насколько нам известно, нормативных данных параметров А-сканирований SD ОСТ макулярного GCL и перипапиллярного RNFL в настоящее время нет.
Нормативные значения, представленные нами, сопоставимы с данными других исследователей. Grover S. et al. сообщили о средней центральной толщине сетчатки 270.2 мкм у европеоидной популяции, Nieves-Moreno et al. – 278,2 мкм у европеоидной популяции, а Appukutan et al. – 260,1 мкм у населения Индии. Средняя толщина сетчатки в центре в нашем исследовании варьировала в пределах 270,17–280,15 мкм. А-скан предоставляет основные измеряемые параметры в ОСТ. Эквивалентные А-сканы анатомически одинаково располагаются у всех пациентов.
Сравнение измерений на А-сканах между пациентами является более точным, чем сравнение по стандартному зонированию ETDRS, которое основано на усредненных значениях А-сканов по секторам. С появлением новых аналитических технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение, появляется возможность использовать большие объемы данных. Основная цель определения нормативных значений параметров А-сканов состоит в том, чтобы облегчить дальнейшие исследования заболеваний сетчатки с использованием современных методологий без привязки к стандартизированному зонированию, в том числе к зонированию ETDRS.
При создании нормативной базы данных необходимо тщательно учитывать критерии включения и исключения, чтобы реалистично представить распределение нормальных и патологических данных.
Наше исследование было направлено на создание нормативного набора данных ОСТ-сканирования для исследований по глаукоме и компрессионной нейропатии зрительного нерва в столичном регионе Мельбурн, Австралия. Для представления целевого населения использовалось этнически разнообразная популяция. В нашем исследовании были представлены все девять широких этнических групп, живущих в Австралии. Пропорции четырех из девяти групп значимо отличались от пропорций населения в Мельбурне. Разделение на этнические группы в нашем исследовании выполнялось в соответствии с данными переписи населения, которая проводилась с учетом политических и географических границ. Возможно, это привело к тому, что некоторые участники были объединены в группы независимо от генетического влияния на структуру их сетчатки. Например, в этническую группу «Америка» входили как афроамериканцы, так и американцы европеоидной расы, которые, как было показано, имеют разные ОСТ-параметры сетчатки (Kelty P.J. et al., 2008; Kashani A.H. et al., 2010). Это было неизбежным ограничением, связанным с правилами австралийской переписи населения.
Мы обнаружили отрицательную связь между возрастом и толщиной макулы, о которой уже сообщалось ранее. В ряде публикаций было показано, что толщина макулы во всех секторах ETDRS отрицательно коррелирует с возрастом, за исключением центральной зоны сетчатки диаметром 1 мм (Demirkaya N. et al., 2013; Manassakorn A. et al., 2008; Appukuttan B. et al., 2014). Наши данные согласуются с этими выводами; однако отрицательная корреляция, обнаруженная во темпоральном внутреннем и нижнем внутреннем сегментах, не оказалась статистически значимой. Как и в других исследованиях, центральная область почти не имела связи с возрастом (r=0,00899, p=0,9008). В нашем исследовании толщина и объем GCL и IPL во всех секторах (за исключением IPL в центральной зоне) уменьшались с возрастом. Это соответствовало результатам предыдущих исследований (Demirkaya N. et al., 2013; Repka M.X. et al., 1989). Выявлена статистически значимая положительная корреляция между возрастом и толщиной RNFL в темпоральном внутреннем секторе (r=0,1929, p=0,0062). Точно так же Nieves-Moreno et al. (2017) обнаружили корреляцию между возрастом и толщиной RNFL в темпоральном внутреннем секторе (r=0,256, p=<0,001).
По результатам нашего исследования были выявлены значимые корреляции между объемом или толщиной RNFL и возрастом. Учитывая, что RNFL в темпоральном внутреннем секторе является самым тонким, мы полагаем, что его толщина пропорционально больше всего зависит от увеличения с возрастом толщины внутренней пограничной мембраны и, следовательно, поэтому имеет положительную корреляцию с возрастом. У мужчин толщина RT, RNFL, GCL и IPL была значительно больше, чем у женщин. Это наиболее заметно для внутренних секторов и аналогично данным ОСТ, приведенным другими исследователями (Nieves-Moreno et al., 2017; Demirkaya N. et al., 2013).
Известно, что толщина макулы уменьшается по мере увеличения степени миопии (Hwang Y.H. et al., 2012; Sato A. et al., 2010); это согласуется с результатами нашего исследования. Интересно, однако, что отмеченная нами корреляция предполагает, что толщина RNFL в центральной зоне увеличивается с ростом степени миопии. Наши данные аналогичны данным Hwang YH et al (2012), которые описали увеличение толщины фовеолы при увеличении степени миопии. Было высказано предположение, что истончение сетчатки при миопии происходит из-за увеличения осевой длины глаза, которая приводит к механическому растяжению склеры и сетчатки. При этом растяжение и уплощение внутренней пограничной мембраны и центростремительная сила, воздействующая на заднюю часть стекловидного тела, могут привести к подъему центральной ямки, что может объяснить увеличение толщины фовеолы.
Ограничениями нашего исследования стали его ретроспективный дизайн, отсутствие переменных данных, включая осевую длину глаз, рефракцию, а также нестандартизированный подход к клиническому обследованию, что могло повлиять на измерения ОСТ. В исследовании описаны нормативные данные здоровых пациентов для сравнения различных заболеваний сетчатки.
Эти данные также могут использоваться для мониторинга глаукомы и компрессионной нейропатии зрительного нерва.
Joos Meyer, Roshan Karri, Helen Danesh-Meyer, Kate Drummond, Andrew Symons. A normative database of A-scan data using the Heidelberg Spectralis Spectral Domain Optical Coherence Tomography machine // PLoS ONE 16(7): e0253720. https://doi.org/10.1371/journal. pone.0253720
Материалы в рубрику «Практикующему врачу» подготовила к.м.н., врач-офтальмохирург Михайлова Т.Н.
