Оптическая когерентная томография переднего сегмента глаза

    Оптическая когерентная томография (ОКТ) позволяет осуществить бесконтактную детальную визуализацию и анализ структур переднего сегмента глаза. С помощью ОКТ можно оценить состояние роговицы, передней камеры, радужной оболочки и хрусталика.

    Модуль аппарата SPECTRALIS для переднего сегмента глаза работает на основе технологии spectraldomain ОКТ (SD-OCT) с источником света с длиной волны 880 нм и позволяет получать изображения структур переднего сегмента глаза с высоким осевым разрешением.

    Аппарат ANTERION работает на основе технологии swept-source ОКТ (SS-OCT) с перестраиваемым источником света с длиной волны 1300 нм и позволяет получать высококонтрастные изображения переднего сегмента глаза с большой глубиной проникновения. Эта технология также может служить инструментом для измерения осевой длины глаза. Аппарат проводит топографию роговицы, томографию роговицы, анализ переднего отрезка глаза, биометрию и расчет оптической силы интраокулярных линз и используется в офтальмологии для диагностики и мониторинга широкого спектра состояний.

    13.1. Введение

    Первоначально предполагалось, что технология оптической когерентной томографии (ОКТ) будет использоваться для визуализации заднего сегмента глазного яблока, т.е. таких структур, как сетчатка и диск зрительного нерва. Однако развитие технологии позволило получать еще и детальные изображения глазной поверхности и переднего сегмента глаза. Визуализация этих анатомических структур имеет значительную клиническую ценность: она позволяет оценить особенности слезной пленки, роговицы, конъюнктивы, склеры, прямых мышц, структур угла передней камеры и хрусталика (Venkateswaran N et al, 2018).

    Первыми коммерческими ОКТ- системами, специально разработанными для визуализации переднего сегмента глазного яблока, были Zeiss Visante OCT™ (Carl Zeiss Meditec, Калифорния, США) и ОКТ с щелевой лампой (SL-OCT, Heidelberg Engineering GmbH, Гейдельберг, Германия). Оба этих устройства получили разрешение американского Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) в 2005 и 2006 гг. соответственно. Аппараты Visante OCT™ и SL-OCT использовали источники света с большой длиной волны (1310 нм) и формировали изображения с относительно высоким осевым диапазоном и проникающей способностью, но с осевым разрешением от 18 до 25 мкм и невысокой скоростью сканирования (2000 A-сканов в секунду с системой Visante OCT и 200 A-сканов в секунду с SL-OCT) (Ang M et al, 2018).

    С коммерческим внедрением технологии спектральной (spectraldomain) ОКТ (SD-OCT) визуализация переднего сегмента глаза стала возможной с гораздо более высокой скоростью (> 25 000 А-сканирований в секунду) и с лучшим осевым разрешением. Однако в коммерческих устройствах SD-OCT используются источники света с короткой длиной волны (820–880 нм), оптимизированные для визуализации заднего сегмента глазного яблока, что приводит к ограниченному объему глубины изображения и потенциально низкому проникновению в глубокие структуры переднего сегмента глаза.

    Технология ОКТ с перестраиваемым источником swept-source (SS-OCT) с применением источника света с большой длиной волны имеет характеристики, более подходящие для визуализации и анализа переднего сегмента глазного яблока. Источник света с большой длиной волны позволяет получать изображения на большой глубине с минимальным спадом чувствительности. В сочетании с очень коротким временем получения изображения это позволяет устройствам SS-OCT генерировать высококонтрастные изображения всей передней камеры вплоть до задней поверхности хрусталика. Устройства обеспечивают визуализацию и анализ клинически значимых структур переднего сегмента глаза, таких как роговица, передняя камера, радужная оболочка и хрусталик. Благодаря длинноволновому источнику света технология SS-OCT также может служить инструментом для измерения осевой длины глаза. Устройства SS-OCT широко используются в офтальмологии для оценки клинически значимых параметров, включая топографию роговицы, томографию роговицы, анализ переднего отрезка глаза, биометрию и расчет оптической силы интраокулярной линзы.

    13.2. Спектральная доменная ОКТ переднего сегмента глаза (SD-OCT)

    Модуль переднего сегмента SPECTRALIS (ASM) включает дополнительную линзу и пакет программного обеспечения, которые можно добавить к устройству SD-OCT SPECTRALIS (Heidelberg Engineering GmbH, Гейдельберг, Германия). ASM формирует изображения роговицы, склеры и угла передней камеры с высоким разрешением.

    Диапазон бокового сканирования варьирует от 8 до 16 мм с двумя различными шаблонами сканирования: одиночным и растровым. Существуют предустановленные шаблоны сканирования в зависимости от исследуемой зоны (роговица, угол передней камеры и склера). Системы шумоподавления Heidelberg и TruTrack Active Eye Tracking обеспечивают повышенную детализацию и точное выравнивание изображений.

    Программное обеспечение также предоставляет функцию интерактивного масштабирования, которую можно расположить на изображении в интересующей области в режиме реального времени.

    С помощью SPECTRALIS ASM можно детально рассмотреть слои роговицы и оценить ее толщину.

    SPECTRALIS ASM обеспечивает изображения с высоким разрешением и позволяет диагностировать и наблюдать в динамике различные аномалии роговицы, включая, помимо прочего, помутнения роговицы, рубцы и дистрофии роговицы. Эти изображения представляют ценность для планирования сквозной, ламеллярной кератопластики, рефракционных операций и при послеоперационном наблюдении (рис. 13.2). ОКТ сверхвысокого разрешения помогает диагностировать акантамебный кератит бесконтактным и удобным для пациента способом (Yamazaki N et, 2014). С помощью ОКТ можно визуализировать и количественно оценивать выраженность роговичного хейза после кросслинкинга и сравнивать его с нормальным процессом заживления (Dhaini AR et al, 2018). При цитомегаловирус-ассоциированном кератите на изображениях ОКТ определяются характерные дендритные, куполообразные, четырехугольные, пилообразные или монетовидные очаги (Yokogawa H et al, 2014).

    Исследование склеры может иметь клиническое значение при диагностике и лечении неоплазий склеры и конъюнктивы, воспалительных процессов и других заболеваний. ОКТ также позволяет оценить функциональную эффективность хирургических вмешательств на склере и конъюнктиве, например, исследовать параметры фильтрационной подушки после антиглаукомных операций (рис. 13.4).

    Режим сканирования «от белого до белого» с максимальным размером среза 16 мм дает изображение, на котором можно увидеть одновременно два угла передней камеры на одном ОКТ-B-скане, что облегчает оценку анатомии передней камеры. Кроме того, измерительные инструменты можно использовать в ручном режиме и измерять параметры роговицы, склеры и угла передней камеры.

    Доступны измерения как ACA (угол передней камеры, °), так и AOD (размер открытия угла, мкм), что добавляет клинически значимую информацию для оценки узких или закрытых углов (рис. 13.5). Эти измерительные инструменты на момент написания статьи еще не были одобрены FDA.

    13.3. ОКТ переднего сегмента глаза с перестраиваемым источником (SS-OCT)

    Устройство ANTERION (Heidelberg Engineering GmbH, Гейдельберг, Германия) работает на базе технологии SS-OCT с высоким разрешением. ANTERION позволяет исследовать роговицу, проводить биометрию глаза и переднего сегмента глаза, а также выполнять расчет интраокулярных линз (ИОЛ). Для визуализации переднего сегмента глаза разработаны четыре приложения: Cornea, Cataract App, Metrics App и Imaging App. Технология SS-OCT с длиной волны 1300 нм обеспечивает получение изображений переднего сегмента глаза с высоким разрешением, большой глубиной изображения и высокой скоростью.

    Детальные изображения передней поверхности роговицы, задней поверхности хрусталика и угла передней камеры позволяют проводить надежные измерения, необходимые при планировании операций по поводу катаракты, рефракционных вмешательств и кератопластики. Кроме того, высококачественные изображения полезны для диагностики различных аномалий переднего сегмента глаза.

    В таблице 13.2 приведены основные измеряемые параметры и их особенности.

    13.3.1. SS-OCT и оценка роговицы

    Технология SS-OCT позволяет получать изображения с высоким разрешением и точными измерениями очень быстро. Приложение ANTERION Cornea выполняет 65 радиальных B-сканирований (256 A-сканов на каждый B-скан) менее чем за одну секунду. Все карты роговицы создаются на основе изображений SS-OCT в зоне диаметром 8 мм. Эти карты включают в себя: карты передней и задней осевой кривизны роговицы, карты тангенциальной кривизны и элевации, а также карту общей оптической силы роговицы, карты переднего и общего волнового фронта роговицы и карты пахиметрии (рис. 13.6).

    Кроме того, аппарат проводит подробный анализ параметров волнового фронта с количественной оценкой аберраций как переднего, так и всего волнового фронта роговицы.

    Доказано, что результаты пахиметрии на аппарате SS-OCT более воспроизводимы, чем результаты визуализации с помощью Шаймпфлюг-камеры для здоровых роговиц (Schroder S et al, 2018). Кроме того, было показано, что SS-OCT имеет более высокую надежность и повторяемость измерений, чем исследование с помощью Шаймпфлюг-камеры у пациентов, перенесших трансплантацию роговицы.

    Карты и параметры асимметрии роговицы можно использовать для диагностики асимметричных аномалий роговицы, например, ранней эктазии роговицы (рис. 13.7). Кроме того, последовательные карты и измерения роговицы могут отображаться в виде серии обследований, что позволяет оценивать динамику заболевания с течением времени, например, после хирургических процедур и ортокератологического лечения.

    ОКТ-измерения и визуализация с помощью Шаймпфлюг-камеры являются золотым стандартом для диагностики кератоконуса (рис. 13.9). Метод SS-OCT позволяет обнаружить кератоконус на ранних стадиях с более высокой точностью по сравнению с другими методами (Steinberg J et al, 2015).

    Исследование SS-OCT имеет высокую ценность для планирования широкого спектра хирургических вмешательств на роговице, таких как рефракционные операции, все виды кератопластики, имплантация интрастромальных колец и сегментов и др. (рис. 13.10).

    Биометрические измерения роговицы методом SS-OCT имеют лучшую повторяемость по сравнению с методом визуализации с помощью Шаймпфлюг-камеры при оценке роговичных трансплантатов (Szalai E et al, 2017). Благодаря этому преимуществу визуализация SS-OCT становится методом выбора для таких измерений, постепенно заменяя другие методы визуализации.

    ОКТ-изображения высокого разрешения также позволяют провести детальный анализ послеоперационной морфологии роговицы, включая сравнение различных параметров в динамике. Более того, при исследовании методом SS-OCT хорошо видна демаркационная линия после кросслинкинга, которую невозможно увидеть при осмотре за щелевой лампой (Li M et al, 2018).

    Еще одно применение технологии SS-OCT – оценка слезной пленки. R Fukuda и соавт. (2103) и R. Akiyama и соавт. (2015) показали значительную корреляцию между размерами мениска слезной пленки на изображениях ОКТ, показателями витального окрашивания и результатами теста Ширмера. Эти же авторы оценивали эффект различных вариантов лечения синдрома сухого глаза с помощью метода SS-OCT (2016). Следовательно, технология SS-OCT является потенциально полезным методом для документирования нарушений слезной пленки, а также для мониторинга и оценки эффективности лечения. Метод SS-OCT позволяет отличить бактериальный, вирусный и грибковый кератит от ретрокорнеальных бляшек. В случаях бактериального и вирусного кератита между эндотелием роговицы и бляшкой имеется четкая граница. Эта граница более размыта при грибковом кератите (Takezawa Y et al, 2017).

    В случаях рубцевания роговицы от легкой до умеренной степени, вызванного кератитом или другими причинами, качество зрения часто резко ухудшается. Недавно было установлено, что снижение остроты зрения у этих пациентов обусловлено не только помутнением роговицы, но и увеличением аберраций высшего порядка из-за неровной поверхности роговицы. Это состояние можно корректировать при помощи жестких газопроницаемых линз (Yamaguchi T et al, 2017). Измерения SS-OCT могут использоваться для выявления неровностей роговицы и помогают принять решение о том, достаточно ли пациенту контактных линз или необходимо хирургическое вмешательство.

    Новые полнопольные ОКТ- устройства со сверхвысоким разрешением могут детально оценивать роговицу человека и даже визуализировать ядра эндотелиальных клеток (Mazlin V et al, 2018). Еще одним новым направлением является ОКТ-ангиография для диагностики и количественной оценки васкуляризации роговицы. Ряд исследователей показали, что этот метод измерения практически эквивалентен традиционной ангиографии (Cai Y et al, 2017).

    13.3.2. SS-OCT и исследование хрусталика

    ANTERION обеспечивает визуализацию всей толщины хрусталика.

    Эти изображения могут использоваться для количественной оценки катаракты и документации плотности ядра. Кроме того, было показано, что измерения хрусталика с использованием технологии SS-OCT имеют высокую воспроизводимость (Shoji T et al, 2017). До сих пор не все виды катаракты можно было оценить и измерить с одинаковой точностью. Количественная оценка степени помутнения хрусталика методом SS-OCT может быть полезна при достаточно высокой остроте зрения, при жалобах на нечеткость, блики и ореолов, т.е. исследование SS-OCT способно выявить пациентов с высокой остротой зрения, которым может помочь операция по удалению катаракты. Это особенно актуально для передней кортикальной катаракты, которая часто дает хорошую остроту зрения, но значительно повышает уровень светорассеяния.

    Одним из наиболее важных применений технологии SS-OCT является оптическая биометрия. SS-OCT с длиной волны 1055 нм позволяет проводить измерения осевой длины глаза со значительно лучшим проникновением через плотную катаракту по сравнению с традиционными методами оптической биометрии (Hirnschall N et al, 2018).

    Аппарат SS-OCT ANTERION с длиной волны 1300 нм способен выполнять измерения роговицы, передней камеры, хрусталика и аксиальной длины глаза, необходимые для расчета ИОЛ (рис. 13.12).

    Известно, что для расчета торической интраокулярной линзы необходимы точные измерения передней поверхности роговицы.

    Однако недавно были введены алгоритмы оценки задней поверхности роговицы в зависимости от крутой оси астигматизма на ее передней поверхности (Koch DD et al, 2013). Учет параметров задней поверхности роговицы привел к значительному улучшению в расчетах оптической силы торических ИОЛ по сравнению с традиционными расчетами, которые не учитывали эти параметры (Hoffmann PC et al, 2014). ANTERION предлагает калькулятор торических ИОЛ, который учитывает расположение разреза и хирургически индуцированный астигматизм (SIA), а также позволяет хирургу использовать общую оптическую силу роговицы в качестве параметра для расчета.

    Дальнейших улучшений потенциально можно достичь, если спрогнозировать послеоперационный наклон торической ИОЛ с помощью предоперационных измерений хрусталика методом SS-OCT (Hirnschall N et al, 2017). В основе этой идеи лежит гипотеза о том, что послеоперационный наклон ИОЛ влияет на послеоперационную рефракцию и на аберрации высокого порядка.

    Эту информацию можно использовать для расчета торической ИОЛ в модели трассировки лучей для улучшения послеоперационного рефракционного результата.

    Некоторые авторы считают, что интраоперационные ОКТ-измерения глаз при афакии обеспечивают более точное прогнозирование эффективного итогового положения ИОЛ по сравнению с предоперационными измерениями (Hirnschall N et al, 2015). Метод SS-OCT также можно использовать и после операции по удалению катаракты для оценки и подтверждения правильности расположения имплантированной ИОЛ (рис. 13.15).

    Измерения ОКТ полезны для расчета размера заднекамерных факичных линз (Nakamura T et al, 2015). Точный расчет помогает избежать чрезмерного смещения факичных ИОЛ, а также соприкосновения ИОЛ с хрусталиком. Метод SS-OCT позволяет визуализировать расположение факичных ИОЛ после операции (рис. 13.16).

    13.3.3. SS-OCT и исследование передней камеры

    Оценка угла передней камеры является одной из основных областей применения SS-OCT. Исследование сравнимо с гониоскопией; метод SS-OCT обладает дополнительными преимуществами перед гонископией – бесконтактностью и лучшим качеством объективного документирования (Rigi M et al, 2016). Однако традиционная гониоскопия не идентична ОКТ и ее не следует полностью заменять этим методом.

    ANTERION обеспечивает отличную визуализацию структур передней камеры. Аппарат допускает измерение традиционных параметров передней камеры, таких как угол передней камеры (ACA), угол склеральной шпоры (SSA), размер открытия угла (AOD), площадь трабекулярно-радужного пространства (TISA), а также измерение параметров хрусталика, таких как толщина хрусталика (LT) и свод хрусталика (LV). Также отображается общая информация о передней камере (глубина, объем, расстояние «от угла до угла» и расстояние «от шпоры до шпоры») и о роговице (центральная толщина роговицы и расстояние «от белого до белого») (рис. 13.17). Это помогает оценить архитектуру передней камеры и ее изменение с течением времени или после лечения.

    Метод SS-OCT обладает особой ценностью для изучения угла передней камеры благодаря бесконтактному характеру и короткому времени исследования. Повторные измерения угла передней камеры могут быть полезны для оценки суточных изменений его анатомии (Xu BY et al, 2018). Кроме того, SS-OCT можно использовать для оценки конфигурации радужной оболочки и угла передней камеры до и после лазерной иридотомии. С помощью SS-OCT также можно обнаружить изменения радужной оболочки при неоваскулярной глаукоме (Nakakura S et al, 2018). Технология SS-OCT имеет и другие потенциальные возможности для исследования передней камеры, такие как, например, оценка феномена Тиндаля при воспалении, которая, как было показано, сопоставима с лазерным способом измерения (Invernizzi A et al, 2017).

    13.3.4. SS-OCT и визуализация переднего сегмента

    Возможности технологии SS-OCT не ограничены. Большая длина волны позволяет визуализировать весь передний сегмент с большой глубиной изображения, от передней поверхности роговицы до задней поверхности хрусталика. Другие структуры глаза, такие как склера, цилиарное тело и прямые мышцы, также хорошо видны на изображениях SS-OCT. Визуализация этих структур позволяет диагностировать такие аномалии, как, например, невус конъюнктивы (рис. 13.19).

    Метод SS-OCT можно использовать при травмах для оценки наличия и степени проникновения раны в роговицу и склеру (Akil H et al, 2016).

    13.4. Резюме и перспективы

    Технология ОКТ обладает огромным потенциалом, и показания для ее применения в клинической практике постоянно расширяются. Высокая скорость и высокое качество изображений сделали ОКТ-визуализацию ключевой частью оценки переднего сегмента глазного яблока. Хорошая визуализация и точные измерения имеют большое значение, поскольку они позволяют с высокой уверенностью ставить диагноз и проводить последующее наблюдение.

    Спектральная ОКТ позволяет получать изображения с высоким разрешением. Модуль переднего сегмента глаза SPECTRALIS обеспечивает детальную визуализацию слоев роговицы с хорошей гистопатологической корреляцией. Важные клинические применения включают: оценку толщины роговицы, оценку флэпа после LASIK, диагностику и оценку эффективности лечения кератоконуса (например, после кросслинкинга или имплантации интрастромальных роговичных сегментов), диагностику отслойки десцеметовой мембраны и оценку роговицы после трансплантации.

    Аппарат ANTERION использует технологию ОКТ с перестраиваемым источником (SS-OCT) и более длинноволновой источник света 1300 нм, что позволяет получить оптимизированные изображения структур переднего сегмента глаза и провести надежный анализ измерений. Сочетание источника света с длиной волны 1300 нм и технологии SS-OCT обеспечивает минимальный спад чувствительности в широком динамическом диапазоне, что дает возможность получать высококонтрастные изображения всего переднего сегмента глаза до задней поверхности хрусталика. Результатом исследования является детальная визуализация и анализ структур переднего сегмента глаза с помощью одного устройства. ANTERION анализирует роговицу, переднюю камеру и угол передней камеры, радужную оболочку и хрусталик.

    ANTERION также способен измерять осевую длину глаза.

    ANTERION существенно улучшает рабочий процесс в клиниках, поскольку представляет собой универсальное решение для исследования всех структур переднего отрезка глаза. Исследование роговицы, биометрия глаза и переднего сегмента, расчет ИОЛ и визуализация переднего сегмента глазного яблока выполняются очень быстро на одном аппарате, что облегчает сбор данных, анализируемых офтальмологами. Потенциальные преимущества этой технологии усиливаются возможностью добавлять новые функции.

    Модульная конструкция ANTERION помогает врачам адаптировать устройство к потребностям своей практики и добавлять функции при необходимости.

    Таким образом, технология SS-OCT в сочетании с источником света с большей длиной волны оптимальна для визуализации и измерений переднего сегмента глазного яблока. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем SS-OCT заменит другие технологии, а также будут определены новые области ее применения.

    Asam JS, Polzer M, Tafreshi A, Hirnschall N, Findl O. High resolution imaging in microscopy and ophthalmology: new frontiers in biomedical optics. Chapter 13: anterior segment OCT. Cham (CH): Springer; 2019. Published online.