Сосудистая оболочка отвечает за поддержание нормального функционирования наружной сетчатки — от наружного ядерного слоя до пигментного эпителия. До недавнего времени единственным методом прижизненной визуализации сосудистой оболочки и оценки статуса кровообращения в ней была ангиография с индоцианиновым зеленым [1, 2]. Однако в связи с инвазивным характером этот метод плохо подходит для рутинного обследования [3]. Кроме того, относительно низкое разрешение не позволяет детально оценивать состояние хориокапилляриса. Именно статус хориокапилляров представляет наибольший практический и научный интерес, так как они непосредственно отвечают за питание наружной сетчатки и, будучи терминальным звеном микроциркуляции, являются ранним биомаркером ретинальной патологии, например центральной серозной хориоретинопатии (ЦСХ).

Оптическая когерентная томография с функцией ангиографии (ОКТА) представляет собой неинвазивный метод визуализации микроциркуляторного русла заднего сегмента глаза, который очень хорошо подходит для рутинного применения и дает возможность количественной оценки. Хотя визуализация кровотока глубоких слоев сосудистой оболочки с помощью ОКТА может быть затруднена из-за ослабления сигнала, хориокапиллярис визуализируется с высоким разрешением, так как находится непосредственно за пигментным эпителием сетчатки (ПЭС). В связи с ослаблением силы сигнала в глубоких слоях сосудистой оболочки для целей визуализации сосудистой оболочки несколько лучше подходят приборы с большей длиной волны (1050 нм), работающие на основе технологии swept-source, менее распространенные и более дорогостоящие, чем традиционные spectral-domain приборы с длиной волны 830—880 нм. Несколько меньшая проникающая способность излучения 830—880 нм не критична для визуализации хориокапилляриса, где сила сигнала приборов обоих типов — swept-source и spectral-domain — сопоставима. В дополнение к этому нужно принимать во внимание тот факт, что поперечное разрешение spectral-domain томографов (15 мкм) лучше, чем swept-source томографов (20 мкм), что может влиять на качество передачи структуры хориокапилляриса. Однако некоторое ограничение, до недавнего времени существовавшее в классе spectral-domain, может быть связано с несколько меньшей скоростью сканирования и, соответственно, плотностью A-сканов в исследуемой зоне. Это представляется важным для анализа хориокапилляриса в связи с необходимостью визуализации межкапиллярных пространств малого размера. Данная проблема может быть преодолена за счет увеличения скорости сканирования (120 000 сканов в секунду для оптического когерентного томографа SOLIX), а также программно — за счет объединения нескольких сканов путем так называемого усреднения изображений [4, 5]. Именно последнее решение позволяет устранить эффект «шума» на изображении и увеличить его детализацию даже в большей степени, чем увеличение скорости работы прибора. На сегодня единственным прибором в классе spectral-domain, обладающим такой функцией, является оптический когерентный томограф SOLIX, появившийся в коммерческом доступе в 2020 г.

Цель исследования — изучение возможности ОКТА с применением высокоскоростного сканирования и технологии усреднения изображений в оценке статуса хориокапилляров в норме и у пациентов с ЦСХ.

Материал и методы

В исследование были включены пациенты с манифестной или перенесенной острой ЦСХ, а также здоровые добровольцы. Критериями исключения были любые иные заболевания сетчатки или ранее выполненные хирургические вмешательства на органе зрения (включая лазерное лечение для глаз с перенесенной ЦСХ), качество сканирования ниже Q8, аномалии рефракции более 3,0 дптр, а также отсутствие плавающих помутнений в стекловидном теле. В исследование включали случайно выбранный глаз здоровых добровольцев и парный глаз пациентов с односторонней ЦСХ независимо от признаков пахихориоидальной эпителиопатии ПЭС. Под признаками острой ЦСХ подразумевали обнаружение на структурных сканах протокола ОКТА 6,4×6,4 мм гипорефлективного пространства между концевыми фрагментами фоторецепторов и ПЭС.

Техника ОКТА. Все процедуры ОКТА в данном исследовании были выполнены на томографе SOLIX (Optovue, США), в котором используется источник лазерного излучения с длиной волны 840 нм при скорости сканирования 120 кГц. Максимальное аксиальное разрешение в тканях — 5 мкм. В основе техники ОКТА томографа SOLIX лежит алгоритм амплитудной декорреляционной ангиографии с разделением спектра (split-spectrum amplitude decorrelation angiography, SSADA), позволяющий отображать движение крови в сосудах на основании вычисления различий в амплитуде сигнала на участках двух сканов, последовательно полученных в одном и том же месте глазного дна, и использующий для повышения параметра «полезный сигнал / шум» метод разделения спектра при анализе спектральных изменений в отраженном от тканей сетчатки зондирущем луче.

Технология получения изображений оптического когерентного томографа SOLIX с алгоритмом DualTrack включает как трекинг движений глаза, так и компенсацию мелких движений глазного яблока. Последнее достигается использованием технологии Motion Correction Technology, которая включает последовательное получение двух ортогональных паттернов и их программное объединение в единое очищенное от кинетических артефактов изображение.

Всем участникам было выполнено сканирование протоколами ОКТА 3×3 и 6,4×6,4 мм. Последние использовали для оценки общего статуса макулярной зоны и выявления субретинальной жидкости. Скан 3×3 мм томографа SOLIX имеет разрешение 400×400 пикселей (для сравнения: у swept-source томографа — 320×320 пикселей). Для получения изображений с целью анализа статуса хориокапилляров использовали сканы 3×3 мм, полученные после усреднения четырех обычных сканов 3×3 мм, включавших по два ортогональных паттерна. Таким образом, каждый A-скан на площади сканирования был повторен 8 раз.

Анализ хориокапилляриса. Поскольку стандартный пласт En face Choriocapillaris в программном обеспечении прибора позволяет визуализировать структуры сетчатки, локализующиеся в зоне над и под мембраной Бруха, и предназначен в первую очередь для детекции хороидальной неоваскуляризации, первичной задачей работы было определение предпочтительных настроек параметров пласта En face, наиболее подходящих для визуализации и анализа хориокапилляров, которые находятся на некоторой глубине под мембраной Бруха. Для этого в когорте нормальных глаз была отобрана тестовая группа с отчетливой визуализацией мелкомасштабной структуры хориокапилляриса. На основании данных предыдущих исследований [6] и с учетом возможностей настроек программного обеспечения томографа в качестве предпочтительного для целей исследования был выбран пласт толщиной 9 мкм. Поиск оптимальной глубины расположения пласта под мембраной Бруха выполняли, анализируя кумулятивное распределение всех участков отсутствия сосудистого сигнала (войдов, от англ. void — пустота) в расположенных на различной глубине слоях. При этом исходили из положения о том, что у здоровых добровольцев молодого возраста в хориокапиллярисе присутствует минимальное количество войдов. Было проанализировано 12 пластов: начиная от исходного положения (верхняя граница пласта совпадает с мембраной Бруха) и далее вглубь хориоидеи с шагом 3 мкм.

Для анализа количества войдов En face ОКТА-изображения экспортировали и обрезали до программного разрешения 590×590 пикселей (25 мкм²/пиксель). Далее изображения конвертировали в 8-битный тип и подвергали аутолокальному определению порога яркости по алгоритму Phansalkar с радиусом для порога 3 пикселя. С помощью определения порога яркости все изображение разделяется на зоны наличия или отсутствия сосудистого сигнала. При этом алгоритм Phansalkar определяет пороговое значение для пикселя (или группы пикселей) на основе анализа небольшой области вокруг него. Таким образом, для разных областей одного и того же изображения получаются разные пороговые значения, что дает лучшие результаты для изображений с различной освещенностью (или в случае ОКТА-изображений с разной силой сосудистого сигнала). После бинаризации инструмент analyze particles применялся для оценки количества войдов и их размера [4, 6—8]. Для сравнительного анализа здоровых глаза и глаз пациентов с ЦСХ были выбраны два порога размера войдов — 5000 и 10 000 мкм². Дополнительно оценивали общую площадь всех войдов крупнее 25 мкм², что соответствует 1 пикселю — минимальному размеру оцениваемой площади изображения.

Статистический анализ. Для статистической обработки данных использовали программный пакет MedCalc 18.4.1 (MedCalc Software, Бельгия). Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. Статистически значимыми считали различия при p<0,05. Данные были проверены на нормальность с помощью теста Колмогорова—Смирнова. Анализ кумулятивного частотного распределения проводили для оценки общих закономерностей распределения войдов. Однофакторный дисперсионный анализ использовали для сравнения показателей перфузии в исследуемых группах. Тест χ² использовали для оценки гендерных различий между исследуемыми группами.

Результаты

В исследование было включено 36 участников: 18 пациентов с ЦСХ и 18 здоровых добровольцев. Между исследуемыми группами не было статистически значимых различий по возрасту (средний возраст — 40,4±6,0 года в группе ЦСХ и 37,4±10,7 года в контрольной группе; p=0,27) и гендерному составу (11 мужчин в контрольной группе и 15 мужчин в группе ЦСХ; p=0,26; табл. 1).

Таблица 1. Базовая характеристика групп исследования

Определение оптимального пласта. Для определения оптимальных настроек пласта визуализации хориокапилляров были отобраны 9 здоровых добровольцев с отчетливой визуализацией мелкомасштабной структуры хориокапилляриса. С помощью настройки Custom анализировались пласты En face толщиной 9 мкм с различной глубиной залегания — от 0 до 33 микрон под мембраной Бруха, где 0 — глубина расположения верхней границы пласта относительно мембраны Бруха. Пласты на глубине от 9 до 18 мкм (минимум на глубине 12 мкм) под мембраной Бруха продемонстрировали наиболее низкие показатели числа войдов крупнее 5000 мкм² (23,8—28,8 войда/скан; рис. 1). Пласт на глубине 12 мкм (12 мкм — верхняя граница пласта; 21 мкм — нижняя граница пласта) показал наименьшее количество войдов площадью >5000 мкм² (23,1±7,0 войда/скан) и был выбран для дальнейшего анализа.

Рис. 1. Количество войдов площадью >5000 мкм² в пласте хориокапилляров в зависимости от положения пласта в направлении вглубь от мембраны Бруха.

Анализ кумулятивного распределения войдов различного размера в пластах разной глубины также показал меньшее число крупных войдов в пластах средней глубины (6—12 мкм) и наибольшее количество крупных войдов в глубоких пластах и пластах непосредственно под мембраной Бруха (рис. 2). Различия кумулятивной частоты становились заметными в районе отметки площади войда 250 пикселей (6250 мкм²), причем распределение войдов мелкого размера не менялось при смене положения пласта.

Рис. 2. Кумулятивное распределение войдов в пластах различной глубины.

а — пласт на глубине 3 мкм под мембраной Бруха; б — кумулятивное распределение войдов различного размера в пласте на глубине 3 мкм под мембраной Бруха; в — пласт на глубине 12 мкм под мембраной Бруха; г — кумулятивное распределение войдов различного размера в пласте на глубине 12 мкм под мембраной Бруха; д — пласт на глубине 30 мкм под мембраной Бруха; е — кумулятивное распределение войдов различного размера в пласте на глубине 30 мкм под мембраной Бруха.

Статус хориокапилляриса при ЦСХ и в норме. В группе парных глаз пациентов с односторонней острой ЦСХ количество крупных войдов было статистически больше, чем в группе глаз здоровых добровольцев, как для войдов крупнее 5000 мкм² (25,3±8,1 и 32,7±10,7 войда/скан в норме и при ЦСХ соответственно; p=0,022; рис. 3), так и для войдов крупнее 10 000 мкм² (3,5±1,9 и 5,6±3,3 войда/скан в норме и при ЦСХ соответственно; p=0,045) (табл. 2). Не было выявлено статистически значимых различий общей площади войдов в норме (96 406,1±3924,5 мкм²) и при ЦСХ (95 395,7±3615,1 мкм²; p=0,42).

Рис. 3. Оценка числа войдов площадью >5000 мкм² с помощью алгоритма Phansalkar.

а — ОКТА-изображение пласта хориокапилляров здорового добровольца; б — ОКТА-изображение пласта хориокапилляров пациента с ЦСХ; в — бинаризированное изображение пласта хориокапилляров здорового добровольца; г — бинаризированное изображение пласта хориокапилляров пациента с ЦСХ; д — распределение войдов (представлены черными участками) площадью >5000 мкм² у здорового добровольца; е — распределение войдов (представлены черными участками) площадью >5000 мкм² у пациента с ЦСХ.

Таблица 2. Сравнение показателей перфузии хориокапилляриса в норме и на здоровых глазах пациентов с односторонней ЦСХ

Обсуждение

Данное исследование показало, что алгоритм усреднения изображений вместе с увеличением скорости сканирования позволяют добиться стабильной визуализации хориокапилляриса, применимой в клинической практике. Наиболее репрезентативным для визуализации хориокапилляриса с помощью томографа SOLIX (Optovue, США) и алгоритма усреднения изображений следует считать использование пласта толщиной 9 мкм на расстоянии от 9 до 18 мкм вглубь сосудистой оболочки от мембраны Бруха. При использовании пласта толщиной 9 мкм на глубине 12 мкм в данном исследовании у пациентов с острой ЦСХ было обнаружено статистически значимо большее по сравнению со здоровыми добровольцами количество зон потери сосудистого сигнала площадью >5000 мкм² и >10 000 мкм² на парных глазах.

Эти данные подтверждают важную роль ишемии хориокапилляриса в патогенезе ЦСХ и тот факт, что поражение хориокапилляриса является следствием гиперперфузии сосудистой оболочки системного (и поэтому билатерального) характера. Значение участков потери перфузии хориокапилляриса заключается в альтерации вышележащего ПЭС с его функциональной декомпенсацией и последующим просачиванием субретинальной жидкости. Несмотря на увеличение доли крупных войдов у пациентов с ЦСХ, мы не обнаружили различий в общей площади войдов между глазами здоровых добровольцев и пациентов с ЦСХ. Это можно объяснить включением в исследование только острой ЦСХ, где выраженность альтерации хориокапилляриса может быть недостаточной для заметных изменений перфузии.

Визуализация хориокапилляров вызывает все больший научный и практический интерес из-за выявленных изменений хориокапилляриса при ряде системных и глазных заболеваний. Было показано снижение перфузии хориокапилляриса при артериальной гипертензии [9] и сахарном диабете без диабетической ретинопатии, на всех стадиях диабетической ретинопатии [10, 11], при окклюзии центральной вены сетчатки и ее ветвей [12, 13]. Интересно, что степень изменения перфузии в хориокапиллярах хорошо коррелирует с начальными сосудистыми изменениями сетчатки и, возможно, является очень ранним биомаркером ретинальных сосудистых проблем. Однако визуализация хориокапилляриса с помощью ОКТА связана с рядом технических трудностей, а количественный анализ статуса хориокапилляриса не включен в программное обеспечение коммерчески доступных моделей оптических когерентных томографов, что в свою очередь требует применения внешних программ для анализа биомедицинских изображений. Проблема визуализации хориокапилляров связана с рассеиванием и поглощением сигнала томографа слоем ПЭС. Наличие в ПЭС большого количества гранул меланина, который частично рассеивает и частично поглощает сканирующий луч, создает эффект, напоминающий эффект тумана. Как и в случае наличия в воздухе взвеси мелких частиц воды, рассеивающих свет при тумане, картина структур, расположенных за ПЭС, при выполнении ОКТ становится менее четкой (снижается соотношение «полезный сигнал/«шум»»), что выражается в размытии контуров визуализируемых структур и определяется как снижение детализации изображения. Именно поэтому стабильная и воспроизводимая визуализация мелкомасштабной структуры хориокапилляриса труднодостижима. В то же время для количественной оценки микроциркуляции с помощью ОКТА (например, в сетчатке) важна визуализация отдельных сосудов, именно поэтому для количественной оценки перфузии хориокапилляриса требуются альтернативные подходы. Диаметр сосудов хориокапилляриса составляет 16—20 мкм, а дистанция между краями сосудов — 5—20 мкм [14]. Таким образом, в случае потери перфузии отдельного хориокапилляра формирующаяся зона потери сигнала будет больше диаметра единственного сосуда (≥30 мкм) и, соответственно, будет с большей (по сравнению с визуализацией единственного хориокапилляра) вероятностью визуализирована в условиях размытия изображения. Именно поэтому предпочтительной техникой оценки статуса хориокапилляриса является оценка зон потери сосудистого сигнала — войдов [6], а не оценка плотности перфузии, хотя последний подход также является работоспособным, по крайней мере при оценке в программном обеспечении некоторых приборов [7]. Так, снижение общей площади сосудистого сигнала на скане в пласте хориокапилляров было показано для двух глаз пациентов с острой ЦСХ и парного (здорового) глаза пациентов с односторонней окклюзией центральной вены сетчатки или ее ветвей [7, 15].

В связи с ограничениями визуализации хориокапилляриса при выполнении стандартной ОКТА ряд исследователей предлагают использовать усреднение нескольких сканов [4, 5]. При этом в выбранном вокселе 3D-изображения анализируются усредненные сигналы из набора выполненных сканов, что нивелирует их случайные вариации. Такой подход снижает вклад «шума» и увеличивает полезный сигнал, что, в свою очередь, повышает детализацию финального изображения, однако требует большей скорости сканирования. Как показано в некоторых исследованиях, такая методика дает изображение, сопоставимое с получаемым при электронной микроскопии [4, 5]. На таком изображении определяется относительно однородный сосудистый сигнал с четко ограниченными войдами. Хотя вид сканов, полученных в данном исследовании, не был полностью репрезентативен изображениям электронной микроскопии, они намного лучше соответствовали естественной картине хориокапилляров по сравнению с типичными изображениями в пласте хориокапилляров, получаемыми на предыдущих моделях spectral-domain томографов.

Анализ войдов в пласте хориокапилляров имеет две ключевые особенности: применение алгоритма Phansalkar и анализ войдов в соответствии со степенным законом [6, 16]. Для автоматического анализа числа войдов изображение должно быть бинаризировано, т.е. превращено в черно-белое, где каждый войд представлен черным цветом, а любой участок, не являющийся войдом, — белым. Однако отнесение участка сниженного сосудистого сигнала к войду требует задания порога яркости (поскольку даже в случае отсутствия истинного сосудистого сигнала участок может включать «шум»). Из-за естественной неоднородной яркости изображения задание конкретного порогового показателя яркости для всего изображения проблематично, но стратегия определения локального порога позволяет преодолеть эту проблему. Такая стратегия реализуется с помощью метода Phansalkar, где локальная яркость оценивается для соседних по отношению к конкретной зоне пикселей. При этом необходимо знать радиус зоны, для которой этот порог определяется, т. е. размер объекта, вокруг которого будет определяться яркость. В случае оценки хориокапилляриса это показатель определяется размером войда, который в пересчете на скан 3 мм составляет 2—4 пикселя [8, 16]. Вторая ключевая особенность заключается в том, что статистическое распределение размеров войдов подчиняется степенному закону, а не нормальному распределению. Из этого следует, что возрастные и патологические изменения хориокапилляров будут заключаться в увеличении не числа войдов, а их размера или числа крупных войдов [6]. Поскольку войды являются частью нормальной архитектоники хориокапилляриса и распределены в нем равномерно часто, формирование нового войда приведет к слиянию нескольких соседних войдов в один, кратно более крупного размера. В нашем исследовании этот факт демонстрирует анализ кумулятивного распределения войдов разного размера, причем чем крупнее размер войдов, тем меньшее представительство он имеет среди всех войдов. В связи с этим оптимальная стратегия оценки статуса хориокапилляриса включает не оценку всех войдов, а подсчет наиболее крупных из них, обычно площадью >10 000 мкм². Следует также учитывать возрастной характер изменений хориокапилляриса и появление крупных войдов с возрастом; таким образом, стратегия увеличения порога размеров войдов в старших возрастных когортах может иметь преимущества для поиска патологических изменений. Более того, есть работы, показывающие преимущества оценки войдов площадью 25 000 или 40 000 мкм² при различной патологии [17]. В нашем исследовании оба использованных порога размера войдов — 5000 и 10 000 мкм² — показали статистически значимые различия при сравнении глаз пациентов с ЦСХ и здоровых добровольцев. Тот факт, что общая площадь войдов не претерпевает существенных изменений на фоне появления крупных войдов, подчеркивает чувствительность этого анализа, поскольку даже такое увеличение числа войдов, которое не меняет общую площадь зон отсутствия сосудистого сигнала, ведет к заметному увеличению доли крупных войдов, что намного проще обнаружить, чем минимальные изменения общей площади перфузии. Одним из ключевых вопросов в стратегии оценки хориокапилляриса с помощью ОКТА является выбор пласта, который характеризуется толщиной и глубиной залегания. Выбранная в данном исследовании толщина пласта 9 мкм соответствует эквивалентной толщине хориокапилляриса, определенной ранее по данным структурной ОКТ [18], и используется большим числом исследователей [6, 17]. Хотя хориокапиллярис локализуется непосредственно под мембраной Бруха, пласт En face непосредственно под ней может включать фрагменты нижнего края слоя ПЭС вследствие локальных ошибок сегментации, что будет формировать ложные участки потери сосудистого сигнала. Смещение пласта ниже, вглубь сосудистой оболочки, позволяет исключить этот тип артефактов, однако слишком глубокое положение пласта ведет к частичной потере сосудистого сигнала. Именно поэтому оптимальное положение пласта, как показано в данной работе, находится в диапазоне 9—18 мкм ниже мембраны Бруха. Мы использовали положение со смещением 12 мкм как связанное с наименьшим количеством войдов в норме, а значит и с наименьшим количеством артефактов.

К ограничениям данного исследования следует отнести небольшое число участников, которое тем не менее является достаточным для проведения адекватного статистического анализа. Кроме того, хотя между исследуемыми группами не было выявлено статистически значимых различий по полу, среди пациентов с ЦСХ мужчин было больше. Несмотря на то что на данный момент неизвестно о гендерных различиях в структуре хориокапилляриса, пол играет существенную роль в определении статуса сосудистой оболочки [19]. Хотя для пациентов с ЦСХ представляет интерес оценка хориокапилляриса глаза с манифестной формой, в данном исследовании мы оценивали только парный, «здоровый» глаз. Это обусловлено влиянием отслойки нейросенсорной сетчатки на ОКТ-сигнал, что делает оценку хориокапилляриса на фоне активного заболевания невозможной. Более того, влияние стойких изменений ПЭС даже после полного регресса субретинальной жидкости не позволяет однозначно трактовать результаты анализа хориокапилляриса в глазах после разрешения манифестной формы заболевания [7]. В то же время патогенез ЦСХ подразумевает ведущую роль системного статуса пациента и одновременные изменения состояния сосудистой оболочки на двух глазах даже у пациентов с клинически односторонним заболеванием, что подтверждается и в нашем исследовании.

Заключение

ОКТА является новым и пока безальтернативным инструментом для прижизненной оценки состояния хориокапилляриса. Техника визуализации и анализа хориокапилляриса с помощью ОКТА включает несколько важных особенностей, без учета которых нельзя рассчитывать на точность и достоверность получаемых количественных данных. К таким особенностям относятся усреднение изображений и высокая скорость сканирования используемого томографа, обоснованный выбор настроек сегментации и специфический подход к количественному анализу: использование алгоритма Phansalkar и подсчет зон потери сосудистого сигнала — войдов. При использовании томографа SOLIX оптимальными настройками пласта для визуализации хориокапилляриса представляются толщина 9 мкм и глубина залегания от 9 до 18 мкм под мембраной Бруха. Использование пласта толщиной 9 мкм на глубине 12 мкм под мембраной Бруха подтверждает существенные различия перфузии хориокапилляриса между здоровыми добровольцами и пациентами с ЦСХ.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: Д.М., А.Ф.

Сбор и обработка материала: Д.М, А.Ф., А.В.

Статистическая обработка данных: Д.М

Написание текста: Д.М, А.Ф., А.В., А.К.

Редактирование: А.К., А.Ф.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.