Современные томографические методы являются основой современного алгоритма диагностики и мониторинга различных заболеваний сетчатки и зрительного нерва. В частности, для оценки состояния диска зрительного нерва (ДЗН) и перипапиллярной области сетчатки в качестве методов выбора рассматривают такие методы, как оптическая когерентная томография (ОКТ) и сканирующая лазерная конфокальная офтальмоскопия (гейдельбергская ретинотомография — Heidelberg Retina Tomography, HRT).

Метод конфокальной офтальмоскопии основан на принципе лазерного сканирования области ДЗН и окружающей сетчатки с помощью когерентного излучения диодного лазера с длиной волны 670 нм. Отраженный от исследуемых структур свет формируется в поперечные срезы параллельных плоскостей, а результаты после программной обработки выдаются в виде трехмерной топографической карты сканируемой области. Границы ДЗН задаются оператором, после чего происходит автоматическая количественная оценка его основных параметров. С внедрением в клиническую практику ОКТ мануальный метод HRT постепенно стал отходить на второй план. Отличительной особенностью спектральных оптических когерентных томографов от приборов предыдущего поколения (Time domain) является наличие высокоскоростной CCD-камеры и спектрометра. Исходящий световой импульс делится на две равные части, одна из которых отражается от исследуемых структур, а вторая — от фиксированного зеркала. Затем сигналы суммируются и луч света раскладывается на составные части спектра, которые фиксируются CCD-камерой. На основе этих данных путем математического преобразования Фурье выделяют частотные составляющие, из которых формируется А-скан. Таким образом, получение А-скана происходит одномоментно и позволяет выполнить более 80 тыс. линейных сканов в секунду [1]. Помимо этого ОКТ выполняет сегментацию исследуемых структур и их количественный анализ в автоматическом режиме. Границы ДЗН определяются прибором по анатомическим ориентирам — краям отверстия мембраны Бруха, что в случае, например, диагностики и мониторинга глаукомного процесса обеспечивает высокую прецизионность данного исследования.

В медицинской практике для оценки достоверности полученных результатов диагностического оборудования существует понятие «ошибка метода», которое определяется совокупностью факторов: опытом оператора, соблюдением рекомендаций по проведению исследования и техническими возможностями непосредственно прибора [2]. При этом одним из ключевых условий корректного определения различных биометрических показателей, характеризующих состояние структур заднего сегмента глаза, является качество визуализации последних, которое помимо степени прозрачности может зависеть от рефракции и регулярности поверхности оптических сред глаза.

Кератоконус (КК), являющийся наиболее распространенной формой первичных эктазий роговицы, существенно влияет на оптические свойства глаза и приводит к значительному дефокусу лучей света относительно сетчатки различного генеза. Клинические проявления КК характеризуются топографическими изменениями формы и толщины роговицы (уменьшение радиуса кривизны и истончение в зоне эктазии соответственно), сдвигом рефракции в сторону миопии и нарушением природной регулярности передней поверхности роговицы, сопровождающемуся формированием аберраций высшего и низшего порядка [3].

Ряд исследований касаются оценки состояния структур заднего сегмента глаза при КК с помощью томографических методов. В ранее опубликованном обзоре в обобщающем плане представлены возможности применения ОКТ сетчатки и зрительного нерва при КК [4]. Результаты представленных в обзоре исследований достаточно противоречивы, а основные задачи связаны с вопросами возможной ассоциации КК с патологическими изменениями структур заднего сегмента глаза [5—11].

С точки зрения физической оптики потенциальное влияние изменений роговицы на формирование корректной интерференционной картины при КК может быть рассмотрено в контексте изменений ее формы, рефракции и регулярности. Согласно многочисленным исследованиям, даже в начальных стадиях КК имеется резкое возрастание уровня роговичных аберраций высших порядков [12—14]. Известно, что повышенный аберрационный фон потенциально может влиять на качество получаемых изображений при использовании оптических методов визуализации структур заднего сегмента глаза [15]. Согласно техническим рекомендациям по эксплуатации оптических томографов, для корректного построения масштаба развертки картины глазного дна в приборе предусмотрены автоматическое определение и оптическая компенсация первичных аметропий исследуемого в определенном диапазоне. При КК помимо существенного миопического сдвига рефракции имеется выраженная иррегулярность поверхности роговицы (наглядно демонстрируемая на сагиттальных и элевационных картах при кератотопографических измерениях), которые могут отражаться на процессе построения интерференционной картины.

На сегодняшний день отсутствуют какие-либо данные по изучению формирования и построения корректного ОКТ-изображения при КК с позиций влияния указанных выше изменений роговицы. Актуальность исследований в этом направлении косвенно подтверждается результатами оценки влияния лазерной кераторефракционной технологии LASIK на ОКТ-показатели структур заднего сегмента глаза [16]. Выявлено, что уменьшение рефракции роговицы более чем на 10 дптр приводило к увеличению среднего показателя толщины перипапиллярного слоя нервных волокон сетчатки и внутреннего плексиформного слоя на 2—3 мкм. Подобные изменения авторы в первую очередь связывают с оптическим эффектом вмешательства (уменьшение миопической рефракции), не учитывая при этом отмеченную в ряде исследований потенциальную возможность повышения аберраций высших порядков при увеличении объема абляции [17—19].

Известно, что назначение жестких контактных линз при КК обеспечивает существенное уменьшение уровня аберраций высших и низших порядков [13, 14]. Теоретически регулярность поверхности линзы может способствовать повышению «качества» отраженного от глазного дна интерференционного сигнала. В единичном исследовании отмечено значимое увеличение ряда ОКТ-показателей после коррекции КК с помощью жестких контактных линз [20].

Исходя из вышеизложенного, целью настоящего исследования явилась оценка потенциального влияния оптических нарушений при КК на результаты томографических методов исследования структур заднего сегмента глаза.

Материал и методы

Исследование проведено в группе из 30 пациентов (8 женщин и 22 мужчины) с двусторонним стабилизированным КК I—IV стадии по классификации M. Amsler (9, 20, 23 и 8 наблюдений соответственно). Все пациенты в качестве оптической коррекции использовали кастомизированные склеральные жесткие контактные линзы (СЖКЛ). Средний возраст пациентов составил 29,2±4,3 года. У всех обследуемых до начала исследования было получено информированное согласие на обезличенное использование персональных медицинских данных в научном исследовании.

Исходя из цели исследования, анализировали данные визометрии, клинической рефракции, различные оптические показатели роговицы и результаты морфометрической оценки ДЗН и перипапиллярной области сетчатки.

Сферический и цилиндрический компоненты рефракции определяли с помощью автоматической рефрактометрии, а кератометрические показатели роговицы (рефракция передней поверхности роговицы в слабо- и сильнопреломляющих меридианах — K1 и K2 соответственно) — на основе сканирующей кератотопографии с помощью Шаймпфлюг-анализатора Pentacam (Oculus Inc., США). Помимо этого проводили аберрометрию для оценки волнового фронта роговицы с помощью следующих показателей: общие аберрации низших порядков (RMS LOA), общие аберрации высших порядков (RMS HOA), вертикальный трефойл, вертикальная кома, горизонтальная кома и сферические аберрации.

Для морфометрического анализа ДЗН и перипапиллярной области сетчатки использовали данные ОКТ (RTVue-100; Optovue, США) и лазерную конфокальную сканирующую офтальмоскопию (HRT 3; Heidelberg Engineering Co., Германия). Анализировали следующие морфометрические показатели: площадь диска (disc area), площадь экскавации (cup area), объем экскавации (cup volume), отношение площади экскавации диска к площади диска (cup/disc area), площадь нейроретинального пояска (rim area), объем нейроретинального пояска (rim volume), среднюю толщину перипапиллярного слоя нервных волокон сетчатки (RNFL mean), толщину перипапиллярного слоя нервных волокон сетчатки верхней (RNFL superior) и нижней ее части (RNFL inferior).

Оценку качества снимков, полученных при проведении ОКТ, выполняли с помощью заложенного в программе прибора так называемого индекса силы сигнала (ИСС). Пригодными для анализа показателей ДЗН и слоя нервных волокон сетчатки (СНВС) считали снимки с ИСС >30.

Исследования проводили без коррекции и через 30 мин после установки СЖКЛ. Адекватность подбора СЖКЛ оценивали с помощью флюоресцеинового паттерна при проведении биомикроскопии в синем кобальтовом свете.

Статистическую обработку результатов проводили в программе IBM SPSS Statistics 23. Проверка нормальности распределения была выполнена с помощью критерия Колмогорова—Смирнова и оценки асимметрии и эксцесса. Параметрические параметры сравнивали с помощью t-критерия Стьюдента (M±σ), непараметрические — с использованием критерия ранговых знаков Уилкоксона. Учитывая ненормальное распределение большинства показателей, при представлении результатов использовали медиану и квартили (Me [25-й; 75-й перцентили]).

Результаты и обсуждение

Результаты рефракто-, визо-, керато- и аберрометрии представлены в табл. 1. Ожидаемое и значимое увеличение остроты зрения (в среднем на 0,74) в условиях контактной коррекции — результат компенсации рефракционных нарушений, индуцированных КК, и, в частности, существенного уменьшения миопического сферического и цилиндрического компонентов рефракции. Волновой фронт роговицы при КК характеризуется резким увеличением уровня аберраций низших и высших порядков. Наиболее значимым является показатель вертикальной комы, который используют в качестве предиктора в диагностике так называемой субклинической формы КК. СЖКЛ обеспечивают снижение уровня аберраций как низших, так и высших порядков до практически нормальных значений. Так, показатель вертикальной комы на фоне коррекции СЖКЛ снижается в 10 раз (p<0,001), а суммарные значения аберраций высших порядков — в 3,4 раза (p<0,001).

Таблица 1. Средние результаты рефракто-, визо-, керато- и аберрометрии до и после коррекции СЖКЛ

Примечание. Данные представлены в виде: * — M±σ; ** — Me [25-го; 75-го перцентилей].

В табл. 2 представлены результаты морфометрического анализа ДЗН и перипапиллярной области, по данным ОКТ и HRT 3. При исследовании в условиях контактной коррекции отмечено значимое изменение практически всех показателей (исключение составили площадь диска и объем экскавации, по данным ОКТ).

Таблица 2. Средние показатели ОКТ и HRT 3 до и после коррекции СЖКЛ, Me [25-й; 75-й перцентили]

Примечание. * — различия значений показателей при исследовании до коррекции и в условиях контактной коррекции статистически значимы.

При проведении ОКТ общая тенденция заключалась в уменьшении показателей площади и объема экскавации, отношения площади экскавации диска к площади диска и увеличении остальных показателей. Так, на фоне коррекции повышение значений площади (rim area) и объема нейроретинального пояска (rim volume), по данным ОКТ, составило 2,2 и 13%, HRT 3 — 18 и 51,6%, а аналогичное увеличение средних значений СНВС — 2,8 и 28,5% соответственно (p<0,001). По данным HRT 3, статистически значимо уменьшились площадь и объем экскавации ДЗН (на 21 и 28% соответственно), в то время как при проведении ОКТ достоверное снижение зарегистрировали только для площади экскавации (на 5,7%). Значение отношения экскавации к площади ДЗН снизилось на 6,6 и 23% относительно исходных данных при использовании ОКТ и HRT 3 соответственно. Наконец, значимое уменьшение показателя площади ДЗН на фоне коррекции СЖКЛ отмечено только при применении технологии HRT 3.

Следует отметить, что при ОКТ до коррекции СЖКЛ средняя величина ИСС составляла 50±10,2, что в принципе соответствовало критериям качественно проведенного исследования. Однако при субъективной оценке снимков было выявлено довольно большое количество так называемых шумов, снижающих качество визуализации и в ряде случаев приводящих к неверной сегментации изображений исследуемых структур глазного дна. Исследование на фоне коррекции СЖКЛ привело к значимому увеличению ИСС в 1,5 раза и составило 76,6±9,2, что в первую очередь связано с уменьшением в условиях контактной коррекции исходно повышенного аберрационного фона при КК. В ранее проведенном исследовании было показано, что при применении методов регистрации посредством проекционной оптики (в частности, фундус-камеры) повышенный общий волновой фронт глаза доказанно приводит к появлению определенного дефокуса изображения и снижению качества фоторегистрации структур глазного дна. Адаптивная мультиспектральная фундус-камера позволяет практически полностью нивелировать влияние аберраций и формировать ретинальное изображение с высоким пространственным разрешением [15].

Полученные результаты в целом согласуются с выводами ранее проведенных исследований, касающихся применения ОКТ (Cirrus HD OCT) при КК. Так, при обследовании 72 пациентов (136 глаз) с различными стадиями оптически некорригированного КК выявлено уменьшение толщины СНВС более чем в 3 раза по сравнению с результатами, полученными у здоровых лиц аналогичного возраста [8]. В то же время в другом исследовании, целью которого явилась оценка влияния иррегулярного астигматизма при КК на показатели ОКТ, отмечено значимое увеличение показателей средней толщины СНВС, толщины парамакулярной области и силы сигнала в условиях контактной коррекции с помощью жестких газопроницаемых контактных линз. Основной вывод, сделанный авторами: иррегулярность роговицы при КК влияет на параметры ОКТ с тенденцией к их уменьшению [20].

С позиций физиологической оптики можно предположить, что потенциальные причины выявленных изменений морфометрических показателей могут быть непосредственно рефракционной и волновой природы.

В современных оптических томографах масштаб развертки на глазном дне регулируется автоматически настраиваемой системой оптической компенсации отклонений рефракции исследуемого. Оператор приводит объективную систему интерферометра в состояние, максимально соответствующее текущим средним оптическим характеристикам глаза, т.е. среднему значению рефракции в области зрачка условно нормальной роговицы. Как правило, настройка объектива прибора производится на основании оценки качества получаемого изображения. При КК имеются выраженные перепады рефракции передней поверхности роговицы (в том числе в проекции зрачка), при которых на фоне усиления рефракции в нижних отделах роговицы (т.е. ее «укручения») имеют место зоны относительного уменьшения рефракции (т.е. «уплощения»), топографически совпадающие с проекцией зрачка (рис. 1). Указанные изменения, с одной стороны, создают сложности в определении средней модели рефракции прибором и влияют на качество изображения, а с другой — приводят к изменению масштаба части изображения, формируемого через зону резкого перепада оптической силы роговицы (рис. 2). При этом зона «уплощения» создает эффект уменьшения размера исследуемой структуры или ее части и, как следствие, мнимого уменьшения морфометрического показателя. Оптическая регулярность передней поверхности СЖКЛ и практическое отсутствие нарушений рефракции в условиях контактной коррекции (см. табл. 1) нивелируют влияние иррегулярности роговицы на уменьшение величины формируемого изображения.

Рис. 1. Сагиттальная карта рефракции передней поверхности роговицы при КК, по данным Шаймпфлюг-анализатора.

Пунктирная линия отображает границы зрачка; сплошная — оптический центр; стрелкой отмечена зона относительного уплощения роговицы.

Рис. 2. Схематическое изображение объектов на глазном дне при проведении ОКТ.

Синие маркеры — мнимое искажение линейного размера объекта, формируемого на глазном дне через зону относительного уплощения роговицы, пунктирные маркеры — размер того же объекта при условной средней рефракции роговицы.

Выявленное изменение значений площади и объема экскавации ДЗН можно рассмотреть с позиций волновой оптики, в частности в зависимости от особенностей формирования интерференционной картины как основы построения изображений. На исследуемый объект направляется сигнал от источника, и последовательно, через определенные промежутки времени измеряется интенсивность возвращающегося сигнала, скорость и время прохождения которого определяет расстояние. Таким образом получают одномерную томограмму по оси z (А-скан). При совместном повторении измерений по оси z и последовательном смещении сигнала по одной из координат (x или y) формируется двухмерная томограмма, или виртуальный срез исследуемого объекта (B-скан). Последовательное смещение по последующим координатам позволяет выстроить объемную томограмму [21]. При этом глубина прохождения ОКТ-сигнала может быть ограничена в зависимости от типа и состояния исследуемой биологической ткани [22].

Известно, что масштабный коэффициент по глубине и абсолютная вычисляемая глубина (z-координата) при интерферометрических измерениях зависят от модели условно нормальной роговицы с усредненными значениями кератометрии, которая подбирается исходя из компенсации изменений рефракции роговицы. При вычислениях в усредненной модели, заложенной в прибор, четко заданы отрезки, в которых луч проходит через среды с известным коэффициентом преломления. Появление локального участка резкого перепада рефракции не может быть учтено прибором при вычислениях z-координаты, что в итоге отражается на реконструкции формы и количественном расчете той или иной структуры глазного дна.

Изменения формы роговицы при КК наглядно описывает так называемая элевационная карта, полученная с помощью Шаймпфлюг-анализатора (рис. 3). Элевация выражается в виде математического расчета локального «выстояния» роговицы исследуемого относительно идеальной сферической модели. В условно нормальной роговице элевационная карта выглядит равномерной без выраженных участков ее возвышения. При КК в проекции зрачка за счет иррегулярности роговичной поверхности формируются зоны так называемой положительной и отрицательной элевации, т.е. соответственно резкого «выстояния» и «провала» относительно условной сферы.

Рис. 3. Элевационная карта передней поверхности роговицы при КК, по данным Шаймпфлюг-анализатора.

Пунктирная линия отображает границы зрачка, сплошная — оптический центр. Зоны желто-оранжевого и голубого цвета в проекции зрачка отражают соответственно положительную и отрицательную элевацию.

Потенциальное влияние элевационной характеристики роговицы при КК на прохождение интерференционного эхосигнала иллюстрирует рис. 4. В случае регулярной поверхности роговицы интерферометр правильно реконструирует форму и положение основных структур глазного дна (см. рис. 4, а). Однако при появлении иррегулярного участка роговицы, в частности зоны перехода от положительной элевации к отрицательной, лучу интерферометра необходимо пройти на определенную дистанцию больше или меньше (в зависимости от участка) сквозь либо более плотную влагу передней камеры, либо менее плотный воздух. При приборном построении трехмерной реконструкции с использованием заложенной в прибор модели глаза (без учета потенциального перепада к зоне эктазии) будет иметься мнимое искажение формы и толщины реконструируемого объекта. Использование усредненной оптики глаза при наличии указанной выше иррегулярности передней поверхности роговицы мнимо «приблизит» некоторые части структур, а некоторые, наоборот «отдалит» от интерферометра (см. рис. 4, б). Вследствие этого в ходе интерпретации таких результатов могут возникнуть диагностические ошибки при оценке параметров экскавации ДЗН с тенденцией к их мнимому увеличению (см. табл. 2). В ранее проведенном и упомянутом выше исследовании подобные изменения экскавации при КК авторы предположительно объясняют системной недифференцированной дисплазией соединительной ткани [8].

Рис. 4. Схематическое отображение поперечного профиля структур глазного дна.

а — объект, формируемый при условно сферической роговице; б — мнимое «приближение» кпереди участка, который расположен за зоной экстремальной положительной элевации, и «отдаление» той части, которая расположена за зоной нейтральной или отрицательной элевации.

Заключение

Таким образом, вышеописанные изменения интерференционной картины и, как следствие, морфометрических показателей структур глазного дна при КК имеют мультифакторную природу, в большей степени связаны с рефракционными и волновыми артефактами при прохождении лучей через иррегулярную поверхность роговицы и не могут быть оптически компенсированы прибором. Использование СЖКЛ как средства, приводящего оптическую систему глаза к условно регулярной, безусловно, способно существенно снижать артефакты морфометрических измерений.

С практической точки зрения полученные результаты свидетельствуют о целесообразности проведения томографических исследований при КК в условиях контактной коррекции. Оптимальным является вариант кастомизированного подбора СЖКЛ, к преимуществам которого помимо полноценной коррекции оптических нарушений следует отнести стабильность положения линзы на роговице. При стандартном исследовании необходимо принимать во внимание «ложное» уменьшение показателей перипапиллярного слоя нервных волокон сетчатки и увеличение экскавации ДЗН.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: С.А., И.Н., В.А., В.Е.

Сбор и обработка материала: В.А., Д.К.

Статистическая обработка: В.А.

Написание текста: С.А., В.А., И.Н.

Редактирование: С.А., И.Н., В.Е.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.