范雯 陳強 戈偉中 劉慶淮 袁松濤

1南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院(江蘇省人民醫(yī)院)眼科，南京 210029；2南京理工大學計算機科學與工程學院，南京 210094；3宜興市人民醫(yī)院眼科，宜興 214200

糖尿病發(fā)病率呈逐年升高趨勢，預計2040年世界范圍內(nèi)糖尿病患者將達到6.42億[1]。糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病引起的主要視網(wǎng)膜血管并發(fā)癥，是全球工作年齡人群視力障礙和盲的主要原因[2]。視網(wǎng)膜的氧氣和營養(yǎng)不僅來源于自身血管，還來源于脈絡(luò)膜血管，DR、年齡相關(guān)性黃斑變性等大部分視網(wǎng)膜疾病的病理生理學機制都與脈絡(luò)膜異常有關(guān)[3-4]。然而脈絡(luò)膜厚度和體積的變化與DR之間的關(guān)系尚未明確。增強深部成像的光相干斷層掃描(enhanced depth imaging optical coherence tomography，EDI-OCT)可將光源聚焦于更深層的脈絡(luò)膜，呈現(xiàn)出更清晰的脈絡(luò)膜影像。EDI-OCT可清晰顯示全層脈絡(luò)膜并進行定量檢測，使人們對視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜疾病的研究發(fā)生了跨越式進步。近年國內(nèi)外廣泛開展了基于EDI-OCT圖像的脈絡(luò)膜厚度相關(guān)研究，但各個研究結(jié)論并不完全一致。Kim等[5]研究發(fā)現(xiàn)隨著DR嚴重程度的增加，脈絡(luò)膜厚度也相應(yīng)增加，并且有黃斑水腫患者的脈絡(luò)膜增厚。而Querques等[6]和Regatieri等[7]研究發(fā)現(xiàn)存在黃斑水腫的DR患者脈絡(luò)膜會進一步變薄。脈絡(luò)膜體積與視網(wǎng)膜疾病的關(guān)系比脈絡(luò)膜厚度更重要，但是脈絡(luò)膜體積通常無法在機器上直接獲取。本課題組前期通過合并EDI-OCT圖像和128個三維B型掃描的頻域光相干斷層掃描(spectral domain optical coherence tomography，SD-OCT)圖像來進行計算機自動脈絡(luò)膜分割，獲得黃斑中心凹下脈絡(luò)膜厚度(subfoveal choroidal thickness，SFCT)和脈絡(luò)膜體積，相較于傳統(tǒng)手動測量方法展現(xiàn)出高效、便捷、穩(wěn)定、精確的優(yōu)點[8]。本研究擬采用計算機自動分割方法來測量2型糖尿病患者不同DR分型OCT圖像SFCT和脈絡(luò)膜體積變化，進一步探索脈絡(luò)膜異常在DR的病理生理機制中所扮演的角色，為DR的疾病進展預測和治療提供新的線索。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用橫斷面研究方法，納入2016年5月至2017年5月于南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院確診的2型糖尿病患者64例88眼，其中，男27例32眼，女37例56眼；年齡44～86歲，平均(62.7±7.4)歲；平均糖尿病病程(13.7±7.2)年。納入標準：(1)年齡>18歲；(2)符合WHO 1999年2型糖尿病診斷標準；(3)接受正規(guī)糖尿病治療，血糖控制平穩(wěn)；(4)無高血壓、高血脂等其他系統(tǒng)性疾病。排除標準：(1)屈光度>+2.00 D或<-2.00 D者；(2)合并年齡相關(guān)性黃斑變性、視網(wǎng)膜靜脈阻塞、黃斑前膜、中心性漿液性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變等其他視網(wǎng)膜脈絡(luò)膜疾病者；(3)既往有青光眼、眼部腫瘤、除白內(nèi)障手術(shù)外的其他眼部手術(shù)史者；(4)既往接受過玻璃體腔注射糖皮質(zhì)激素或抗新生血管藥物治療、黃斑區(qū)格柵樣激光光凝或全視網(wǎng)膜激光光凝治療者；(5)屈光間質(zhì)混濁導致OCT檢查成像質(zhì)量不佳者；(6)合并黃斑水腫的患者。同期納入年齡、性別相匹配的健康志愿者19人32眼作為正常對照組。參照早期DR治療研究組(ETDRS)制定的分級診斷標準[9]，將患者分為糖尿病無DR(non-diabetic retinopathy，NDR)組28眼、非增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變(nonproliferative diabetic retinopathy，NPDR)組36眼和增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)組24眼。各組受試者性別構(gòu)成比、年齡等基線資料比較，差異均無統(tǒng)計學意義(均P>0.05)(表1)。本研究遵循《赫爾辛基宣言》，研究方案經(jīng)南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院倫理委員會審核批準(批文號：2017-SR-176)。所有受試者均知曉研究目的。

表1 各組受試者一般情況比較Table 1 Comparison of demographics among various groups組別例數(shù)/眼數(shù)性別a(男/女,n/n)年齡b(x±s,歲)糖尿病病程b(x±s,年)正常對照組19/326/1361.2±6.8-NDR組21/289/1261.5±5.912.5±6.4NPDR組26/3612/1463.3±7.813.4±8.2PDR組17/246/1163.0±6.914.6±7.1χ2/F值1.2000.4930.356P值0.7530.6880.702 注:(a: χ2檢驗;b:單因素方差分析) NDR:糖尿病無糖尿病視網(wǎng)膜病變;NPDR:非增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變;PDR:增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變 Note:(a: χ2 test;b:One-way ANOVA) NDR:non-diabetic retinop-athy;NPDR:nonproliferative diabetic retinopathy;PDR:proliferative di-abetic retinopathy

1.2 方法

1.2.1一般檢查 所有患者均行屈光度、裂隙燈顯微鏡、間接檢眼鏡和SD-OCT檢查。NPDR組和PDR組患者均行熒光素眼底血管造影檢查。

1.2.2脈絡(luò)膜厚度和體積測量 采用Cirrus HD-OCT 4000(德國卡爾蔡司公司)cube模式和HD 5 Line Raster EDI模式對所有受檢眼行黃斑區(qū)掃描。通過合并EDI-OCT圖像獲得自動分割脈絡(luò)膜的三維SD-OCT圖像，進而分析得到SFCT和脈絡(luò)膜體積。采用基于EDI-OCT圖像的脈絡(luò)膜分割方法對SD-OCT圖像中的脈絡(luò)膜進行指導分割。同一眼的EDI-OCT圖像和SD-OCT圖像均由同一時間同一儀器掃描獲得。

1.2.3數(shù)據(jù)收集及評估 自動分割方法的基本過程如下：(1)對原始圖像進行降噪處理；(2)根據(jù)視網(wǎng)膜層的結(jié)構(gòu)特點，采用基于反射率的方法[10]對視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(retinal nerve fiber layer，RNFL)和Bruch膜邊界進行分割；(3)根據(jù)圖1中綠色虛線標記的Bruch膜邊界上下移動HD-OCT圖像，使Bruch膜為直線；(4)根據(jù)脈絡(luò)膜血管區(qū)域的反射率擬合表面估計脈絡(luò)膜區(qū)域的血管位置；(5)在估計得到的脈絡(luò)膜血管區(qū)域的下邊界領(lǐng)域采用三維圖搜索算法得到脈絡(luò)膜-鞏膜界面；(6)利用Bruch膜和脈絡(luò)膜-鞏膜界面邊界計算分割得到SFCT和脈絡(luò)膜體積(圖1)。脈絡(luò)膜體積為整個cube的脈絡(luò)膜層厚度之和。

圖1 脈絡(luò)膜自動分割方法示意圖 綠色虛線為脈絡(luò)膜內(nèi)界面，紅色實線為脈絡(luò)膜鞏膜界面，黃色實線為SFCT測量線Figure 1 Diagrammatic sketch of automatic segmentation of choroidThe green dotted line was the inner interface of choroid.The red line was the choroid-sclera interface.The yellow line was the SFCT measurement line

1.3 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 各組SFCT比較

正常對照組、NDR組、NPDR組和PDR組平均SFCT總體比較差異有統(tǒng)計學意義(F=14.615，P<0.001)，其中NDR組和NPDR組SFCT較正常對照組變薄，PDR組SFCT較NDR組增厚，差異均有統(tǒng)計學意義(均P<0.05)；PDR組與正常對照組SFCT比較，差異無統(tǒng)計學意義(P=0.076)(表2)。

表2 各組受試者SFCT和脈絡(luò)膜體積比較(x±s)Table 2 Comparison of SFCT and choroidal volume amongvarious groups (x±s)組別眼數(shù)SFCT(μm)脈絡(luò)膜體積(mm3)正常對照組32277.8±45.38.8±1.0NDR組28220.9±38.7a7.6±1.3aNPDR組36231.8±26.7a8.2±0.9aPDR組24252.0±42.2b8.7±1.0bF值14.6157.711P值<0.001<0.001 注:與正常對照組相比,aP<0.05;與NDR組相比,bP<0.05(單因素方差分析,Games-Howell檢驗) SFCT:黃斑中心凹下脈絡(luò)膜厚度;NDR:糖尿病無糖尿病視網(wǎng)膜病變;NPDR:非增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變;PDR:增生型糖尿病視網(wǎng)膜病變 Note:Compared with normal control group,aP<0.05;compared with NDR group,bP<0.05 (One-way ANOVA,Games-Howell test) SFCT:subfoveal choroidal thickness;NDR:non-diabetic retinopathy;NPDR:nonproliferative diabetic retinopathy;PDR:proliferative diabetic retinopathy

2.2 各組脈絡(luò)膜體積比較

正常對照組、NDR組、NPDR組和PDR組平均脈絡(luò)膜體積總體比較差異有統(tǒng)計學意義(F=7.711，P<0.001)，其中NDR組和NPDR組脈絡(luò)膜體積較正常對照組變小，差異均有統(tǒng)計學意義(P=0.002、0.031)；PDR組脈絡(luò)膜體積較NDR組增大，差異有統(tǒng)計學意義(P=0.010)；PDR組與正常對照組脈絡(luò)膜體積比較，差異無統(tǒng)計學意義(P=0.946)(表2)。

3 討論

脈絡(luò)膜是眼內(nèi)的一個血管組織層，是視網(wǎng)膜外層組織的主要氧氣和營養(yǎng)來源，其與青光眼、年齡相關(guān)性黃斑變性和小柳-原田綜合征等多種眼病相關(guān)，在DR的發(fā)病機制中也起著重要作用。糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)的高糖環(huán)境會對脈絡(luò)膜血管組織造成損傷，使脈絡(luò)膜毛細血管擴張和阻塞，形成無灌注區(qū)和新生血管等[11]。此外，脈絡(luò)膜的損傷可能破壞緊鄰的血-視網(wǎng)膜外屏障，導致視網(wǎng)膜下液形成，由于內(nèi)、外屏障關(guān)系緊密，一旦外屏障遭到破壞，將進一步導致內(nèi)屏障的損傷[12]。Manjunath等[13]的研究也顯示，脈絡(luò)膜血管異?？梢鸸飧惺芷骷毎δ苷系K，甚至壞死。EDI模式的發(fā)展使得OCT的光束聚焦于更深層的脈絡(luò)膜和鞏膜，能呈現(xiàn)出更清晰的脈絡(luò)膜影像，為脈絡(luò)膜厚度和體積的測量提供了新方法。目前Spectralis OCT儀和Cirrus HD-OCT儀均帶有EDI模式[14-15]，但其自帶的分析軟件無法完成SFCT的自動測量和分析，而對于更有意義的脈絡(luò)膜體積亦缺少直接的測算方法，無法進行隨訪和評估。本研究采用我們團隊自行設(shè)計的計算機自動分割方法來獲取SFCT和脈絡(luò)膜體積，基于EDI-OCT圖像對脈絡(luò)膜邊界的清晰顯影和SD-OCT圖像的三維數(shù)據(jù)，將兩者圖像疊合并計算脈絡(luò)膜體積。自動分割方法可以更加精確和便捷地對脈絡(luò)膜的厚度和體積等參數(shù)進行測量，從而輔助脈絡(luò)膜疾病的診斷。在脈絡(luò)膜邊界分割和脈絡(luò)膜厚度、體積的測量方面，自動分割方法和專家人工測量方法的準確性一致[8]，由于使用三維圖像搜索，所以自動分割方法獲得的脈絡(luò)膜表面比人工獲得的更加光滑，使得自動分割方法的穩(wěn)定性優(yōu)于人工測量，并且更節(jié)省人力和時間。

本研究中排除了屈光度、年齡、糖尿病病程等對脈絡(luò)膜的影響，并設(shè)立年齡、性別相匹配的對照組來排除混雜因素的影響。本研究結(jié)果顯示，NDR組和NPDR組SFCT較正常對照組變薄，與之前報道結(jié)果一致[5,16-18]。組織病理學證據(jù)表明，在DR早期患者中存在脈絡(luò)膜毛細血管萎縮和內(nèi)皮細胞損傷[19]；激光多普勒血流計檢查結(jié)果顯示，DR早期患者脈絡(luò)膜血流量下降[20]；上述研究結(jié)果表明早期DR患者脈絡(luò)膜變薄可能是由于脈絡(luò)膜缺氧引起的血管收縮和毛細血管病變。另一方面，脈絡(luò)膜變薄會加重缺氧，從而提高VEGF和其他細胞因子的水平，進一步導致血-視網(wǎng)膜屏障破壞和DR的進展[21]。本研究結(jié)果也顯示，NDR組、NPDR組的SFCT顯著小于正常對照組，且NDR組和NPDR組脈絡(luò)膜體積較正常對照組明顯減小。而Lee等[22]的研究結(jié)果顯示，NDR組與正常對照組SFCT比較差異無統(tǒng)計學意義，可能是由于該研究中受試者年齡較小，疾病初期脈絡(luò)膜循環(huán)的改變尚未達到有顯著差異的程度。Savage等[23]的研究結(jié)果表明，PDR患者的脈絡(luò)膜血流量增加，本研究同樣提示PDR組SFCT較NDR組增厚，脈絡(luò)膜體積較NDR組增大，可能與脈絡(luò)膜血管擴張和血流量增加引起的脈絡(luò)膜增厚有關(guān)。但本研究未結(jié)合吲哚菁綠熒光血管造影或血管多普勒等相關(guān)檢查結(jié)果進行綜合分析，對于機制的推測證據(jù)仍存在不足，未來我們將進行更深入的驗證。由于本研究樣本量不夠大，涉及的人群也比較局限，未來仍需進一步行多中心、大樣本、前瞻性試驗檢測糖尿病患者脈絡(luò)膜厚度及體積的總體人群變化，進一步探索糖尿病患者脈絡(luò)膜的病理改變及其影響DR的具體機制。

綜上所述，本研究采用計算機自動分割方法測定并分析了不同分型DR患者的脈絡(luò)膜厚度和體積，發(fā)現(xiàn)早期DR患者SFCT變薄，脈絡(luò)膜體積縮小，隨病變程度加重，SFCT逐漸增厚，脈絡(luò)膜體積增加。脈絡(luò)膜變薄或損壞都將影響視網(wǎng)膜，導致其缺氧，出現(xiàn)DR及病情進展。了解脈絡(luò)膜在糖尿病患者視網(wǎng)膜中的作用及其參與DR的病理生理機制，可以幫助我們更好地了解DR的病程。

利益沖突所有作者均聲明不存在任何利益沖突

作者貢獻聲明范雯：醞釀和設(shè)計試驗、實施研究、分析和解釋數(shù)據(jù)、文章撰寫；陳強：分析和解釋數(shù)據(jù)；戈偉中：采集數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析；劉慶淮：指導研究、文章審閱和修改；袁松濤：參與設(shè)計試驗，對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱