Анализ диска зрительного нерва на уровне современных технологий Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

Анализ диска зрительного нерва на уровне современных технологий

В.А. Мачехин

Тамбовский филиал ФГУ «МНТК«Микрохирургия глаза» им. академика С.Н. Федорова Росмедтехиологии»

Modern techniques in the analysis of the disc of the optic nerve

V.A. Machehin

Tambov department of FGU «MNTK «Eye Microsurgery» named after Fedorov S.N. of Rosmedbiotechnology», Tambov

Authors describe the sequence of the development of computer program which allows analyzing of optic nerve disc parameters in general and in six sectors, taking into consideration an individual disc square. This program compared to HRT 2 or 3 allows revealing more subtle initial changes of parameters.

Морфометрический анализ параметров диска зрительного нерва (ДЗН) с помощью лазерного ретинотомографа Heidelberg Engineering Company (HRT), появившегося на рынке офтальмологического оборудования в середине 1990-х гг., поднял исследование ДЗН на такую высоту, которая позволила ему по точности встать на один уровень с компьютерными исследованиями центрального поля зрения, а может быть, и выше.

В течение последних 10-15 лет зарубежными и отечественными офтальмологами были проведены многочис-

ленные и многосторонние исследования возможности этого метода на глазах здоровых людей с нормальной рефракцией и при миопии, у больных с подозрением на глаукому и с различными стадиями глаукомы, при офтальмо-гипертензии и при глаукоме с низким давлением. Высокая чувствительность (более 80%) и специфичность (более 90%) этого метода дали возможность офтальмологам использовать его в качестве контрольного исследования при изучении эффективности хирургического и медикаментозного лечения и при динамическом наблюдении за больными глаукомой.

И если компьютерная периметрия является субъективным методом, точность которого во многом зависит от состояния центральной нервной системы человека, способности к концентрации внимания и собранности, то HRT-исследование является методом объективным и независимым от ответов и реакции самого пациента, тем более что на сканирование каждого глаза затрачивается не более 5-10 секунд. Правда, профессор В.В. Волков считает его частично объективным, или полуобъективным, поскольку очень важный момент исследования, а именно нанесение контурной линии по краю ДЗН, определяющей

его границы, зависит от оператора. Однако сам пациент не участвует в этом процессе: здесь играют роль состояние оптических сред, величина рефракции, в какой-то степени и острота зрения в плане правильной фиксации светящейся зеленой точки. И возникает вопрос: кто лучше может оценить границы диска зрительного нерва, человек или машина? Нам не раз приходилось сравнивать размеры ДЗН (вернее, его площадь) по данным HRT и ОСТ, и практически во всех случаях площадь диска, измеренная на HRT, была больше, чем измеренная на ОСТ. Отсюда и отличие величин параметров ДЗН по данным HRT и ОСТ друг от друга, поэтому сравнивать их бессмысленно. Дело в том, что программа ОСТ автоматически рассчитывает контуры ДЗН по расположению склерального кольца Эльшнига, а программа HRT отдает эту функцию оператору-офтальмологу, который определяет границы по верхнему гребню клинически видимой границы диска по данным его топографического и отраженного отображения, трехмерного изображения диска, т.е. практически те границы, какие видны при офтальмоскопическом исследовании диска. Поэтому нельзя проводить сравнение данных, полученных по HRT и ОСТ, а следует отдать предпочтение одному из них, иначе исследователь лишается возможности прийти к однозначному выводу.

В силу определенных обстоятельств, возможно, финансовых, а также потому, что HRT был запрограммирован конкретно на глаукому и во многом следовал уже давно сложившимся традициям в офтальмологии, нами был избран именно этот аппарат. Правильность этого выбора подтверждена практикой. Клиническое использование аппарата показало, что компьютерная программа HRT позволяет четко дифференцировать нормальное состояние ДЗН и его патологические изменения, благодаря разработанным нормативам всех параметров ДЗН в целом по диску, наличию регрессионного анализа Moorfield's (MRA), анализирующего площадь экскавации, площадь НРП (нейроретинального пояска) и их соотношение по всем секторам, наличию муль-тивариативного дискриминантного анализа по Mikelberg (FSM) и по Burk (RB) и возможности исследовать динамику изменения параметров по графику прогрессии.

Однако через 6 мес., когда нами был приобретен определенный опыт работы c HRT-2 и стали наблюдаться случаи несовпадения данных HRT с клинической картиной у больных с глаукомой, было решено искать этому объяснение. В литературных источниках многие авторы указывали на то, что параметры ДЗН во многом зависят от его площади, но практического использования данной информации мы не нашли.

Таблица 1. Верхние границы параметров экскавации (в целом по диску) в нормальных глазах в зависимости от площади диска

№№ п/п Disc area (mm2) Кол- во глаз Lin. cup/disc Cup/disc area ratio Cup/rim vol. ratio Cup area (mm2) Cup vol. (mm3) Mean Cup depth

1 0,89-1,40 39 0,45 0,21 0,2 0,28 0,05 0,22

2 1,41-1,66 59 0,51 0,29 0,5 0,46 0,09 0,27

3 1,67-1,90 80 0,54 0,30 0,5 0,50 0,12 0,30

4 1,91-2,10 71 0,63 0,38 0,7 0,65 0,19 0,32

5 2,11-2,38 68 0,64 0,40 0,8 0,86 0,31 0,38

6 2,39-2,63 37 0,64 0,41 0,9 0,95 0,36 0,39

7 2,64-2,99 23 0,70 0,49 0,9 1,16 0,44 0,41

8 3,0-3,50 19 0,73 0,53 1,9 1,46 0,75 0,51

2=396

Таблица 2. Нижние границы нормы параметров НРП в целом по диску в зависимости от площади ДЗН

№№ п/п Disc area (mm2) Кол-во глаз Rim area (mm2) Rim vol. (mm3) Mean RNFL thickness (mm) RNFL cross sect area (mm2)

1 0,89-1,40 39 0,89 0,20 0,15 0,62

2 1,41-1,66 59 1,04 0,20 0,15 0,62

3 1,67-1,90 80 1,20 0,21 0,15 0,62

4 1,91-2,10 71 1,21 0,21 0,15 0,68

5 2,11-2,38 68 1,29 0,23 0,15 0,71

6 2,39-2,63 37 1,35 0,23 0,16 0,86

7 2,64-2,99 23 1,46 0,23 0,16 1,0

8 3,0 -3,50 19 1,46 0,23 0,16 1,0

2=396

Таблица 3. Крайние границы параметров ДЗН в норме и при различных стадиях глаукомы в целом по диску

Параметры ДЗН Норма ДИ 95% Глаукома, 1-я стадия Глаукома, 2-я стадия Глаукома, 3-я стадия

Lin. cup/disc 0,009-0,635 0,550-0,800 0,500-0,920 0,650-1,0

Cup/disc area 0-0,420 0,300-0,620 0,250-0,820 0,400-0,970

Cup/rim vol. 0-1,1 0,2-2,6 0,2-8,0 1,0-35,0

Cup area 0-0,950 0,550-1,770 0,700-2,040 0,820-2,470

Cup vol. 0-0,295 0,040-0,520 0,100-0,740 0,1 50-1,350

Rim area 1,097-2,140 0,790-2,040 0,320-2,040 0,217-2,090

Rim vol. 0,165-0,700 0,120-0,530 0,070-0,490 0,025-0,262

Mean RNFL thickness 0,130-0,400 0,060-0,340 0,020-0,220 - 0,120-0,260

RNFL cross sect. area 0,603-2,030 0,260-1,260 0,100-1,110 - 0,600-1,500

Наши собственные исследования нормальных глаз показали, что параметры ДЗН зависят не от пола или возраста пациента, а прежде всего от площади ДЗН. Поскольку величина ДЗН (его площадь) у сформировавшегося индивидуума является стабильной структурой, которая в норме определяет стабильность его параметров,

было решено проанализировать параметры ДЗН в зависимости от его площади. Вначале были выделены три группы: стандартная группа с площадью ДЗН от 1,5 до 2,5 мм2, которая составила 79% всех глаз; глаза с площадью ДЗН менее 1,5 мм2 (9%) и более 2,5 мм2 (12%); затем пять групп (с разделением стандартной группы на две и добавлением

Рис. 1. Главный отчетный протокол ИЯТ-3 и периферические границы поля зрения пациентки А

группы нормальных глаз с площадью ДЗН более 3,0 мм2) и, наконец, восемь групп с различной площадью ДЗН, причем четыре из них вошли в стандартную группу, которая в программах HRT-2 и HRT-3 анализируется как единая.

Особенностью такого подхода является то, что каждая группа отличалась от предыдущей и последующей крайними границами нормы. Такие параметры, как площадь экскавации (cup area), объем экскавации (cup vol.), средняя (mean cup depth) и максимальная (max cup depth) глубина экскавации, отношение диаметра экскавации к диа-

метру ДЗН (lin. cup/disc), отношение площади экскавации к площади ДЗН (mp/disc area ratio), отношение объема экскавации к объему ДЗН (cup/rim vol. ratio) увеличивались по мере увеличения площади ДЗН и, соответственно, увеличивались их верхние границы нормы (табл. 1). В то же время такие параметры, как площадь нейроретиналь-ного пояска (rim area), объем нейроретинального пояска (rim vol.), а также средняя толщина слоя нервных волокон по краю диска (mean RNFL thickness) и площадь поперечного сечения слоя нервных волокон по краю диска (RNFL

Parameters global normal range p-va lue temporal tmp/sup tmp/inf nasal nslfsup nsl/inf

disc area [mm?] 2.16 1.63- 2.43 - 0.55 0.27 0 28 0.53 0.28 0,27

cup area [mm?] 0.84 0.11 - 0.68 0.12 0.38 0.15 0.08 0.11 0.08 0.04

hm area [mm?] 1.33 1.31 - 1.96 0.11 0.17 0.13 0.20 0.42 0.20 0,22

cup/disc area ratioQ 0.39 0.07- 0.30 0.09 0.70 0.53 0.29 0.21 0.29 0.17

rim/disc area ratioQ 0,61 0.70- 0.93 >0.5 0,30 0.47 0.71 0.79 0.71 0.83

cup volume [mm?] 0.25 -0.01 - 0.18 0.08 0.12 0.06 | 0.02 0.02 002 0.01

rim volume [mm?] 0,27 0.30- 0.61 0.14 0.02 0.03 0.04 008 0.05 0.06

mean cup depth [mm] 0.32 0.10- 0.27 0.12 0,37 0.49 | 0.24 0.20 0.28 0.23

maximum cup depth [mm] 0.75 0.32- 0.76 0.32 0.65 0.93 0.60 0.56 0.73 0.58

height variation contour [mm] 0.26 0.31 - 0.49 0.13 0.12 0.10 0,14 0.18 0.14 0.02

cup shape measureQ -0.13 -0.28 - -0.15 0,31 0.08 -0.08 -0.15 -0.22 -0.16 -0.13

mean RNFL thickness [mm] 0.17 0.20- 0.32 0.21 0.09 0.24 0,19 0.13 0.26 0.24

RNFL cross sectional area [mm?] 0.90 0.99- 1.66 0.19 0.12 0 16 0.13 0.16 0.17 0,16

[inear cup/disc ratio Q 0.62 0,27- 055 0.19 - - - - - -

maximum contour elevation [mm] -0 05 -0.21 - -0.04 0,42 - - - ■ - -

maximum contour depression [mm] 0.21 0.17- 0 39 >0.5 - - - - - -

CLM temporal-superior [mm] 0.15 0.14- 0.27 0.48 - - - - - -

CLM temporal-inferior [mm] 0.10 0.13- 0.29 0.30 - - - - - -

average variability (SO) [mm] 22 - - - - - - - -

reference height [mm] 250 - - - - - - - -

FSM discriminant function value 0 0.63 - - - - - - - -

RB discriminant function value 0 0.54 - - - - - - - -

modified ISNT rule fulfilled yes - - - - - - - -

cup/rim volume 0.9 6 2 1.5 0.3 0.4 0.2

Parameters global normal range p-value temporal tmp/sup tmp/inf nasal nsl/sup nsl/inf

disc area [mm?] 2.16 1.63- 2.43 - 0.56 0.25 0.26 0.55 0,28 0.26

cup area [mm?] 1.42 0.11 - 0.68 < 0.001 0.46 0.18 0.23 0.29 0.14 0.12

rim area [mm?] 0.74 1.31 - 1.96 < 0.001 0.10 0.08 0.04 0.26 0.13 0.14

cup/disc area ratioQ 0.66 0.07- 0.30 < 0.001 0.83 0.70 0.86 0.53 0.52 0.46

rim/disc area ratioQ 0.34 0.70- 0.93 >0.5 0.17 0.30 0.14 0.47 0.48 0.54

cup volume [mm?] 0.53 -0.01 - 0.18 < 0.001 0.14 0,10 0.08 0.08 0.08 0.06

rim volume [mm?] 0.10 0.30- 0.61 < 0.001 0.00 0,01 0,00 0.03 0.03 0.02

mean cup depth [mm] 0.39 0.10- 0.27 0,32 0.56 0.38 0.30 0.50 0.53

maximum cup depth [mm] 0.96 0.32- 0.76 0.05 0.66 0.94 0.63 0.62 1.32 0.68

height variation contour [mm] 0.31 0.31 - 0.49 0.34 0,10 0.15 0.12 0.09 0.11 0.04

cup shape measureQ -0.12 -0.28 - -0.15 0.25 -0.01 0,02 0.10 -0.05 -0.18 0.36

mean RNFL thickness [mm] 0.09 0.20- 0.32 0.01 0,03 015 -0.00 0.10 0.23 0.11

RNFL cross sectional area [mm?] 0.49 0.99- 1.66 0.009 0.04 009 -0.00 0.13 0.16 0.07

linear cup/disc ratio [] 0.81 0.27- 0.55 0.01 - - - - - -

maximum contour elevation [mm] -0.01 -0.21 - -0.04 0.19 - - - - - -

maximum contour depression [mm] 0.30 0.17- 0.39 >0.5 - - - - - -

CLM temporal-superior [mm] 0.12 0.14- 0.27 0.22 - - - - - -

CLM temporal-inferior [mm] -0.03 0.13- 0.29 0.004 - - - - - -

average variability (SO) [mm] 40 - • - - - - - *

reference height [mm] 263 - - - - - - - -

FSM discriminant function value Q -1.73 - - - - - - - -

R8 discriminant function value Q -0.72 - - - - - - - -

modified ISNT rule fulfilled no - - - - - - - -

cup/rim volume 5.3 140 10 100 2.7 2.7 3

подозрение на глаукому начальная стадия глаукомы 11-111 стадия глаукомы

Рис. 2. Наша компьютерная программа, дающая наглядное представление о патологических изменениях параметров ДЗН в целом по диску и по секторам, а также глубину их поражения (пациентка А)

cross sect. area) оставались более стабильными в стандартной группе (табл. 2).

В программе HRT-3 подробно анализируются параметры глаз с площадью ДЗН в диапазоне от 1,63 до 2,43 мм2. По нашим же данным (табл. 1), в этот диапазон входят в основном только 3-5-я группы (219 глаз), что составляет всего 55%. Определенная программой HRT-3 верхняя граница нормы для параметра Lin. cup/disc (эквивалент Э/Д), равная 0,55, по нашим данным, можно отнести только к первым трем группам, в остальных группах она заметно увеличивается с увеличением площади ДЗН (от 0,63 до 0,73). Поэтому с позиции современной технологии вряд ли можно согласиться с мнением В.В. Волкова, что величина Э/Д, равная 0,5-0,6, свидетельствует о наличии глаукомы, поскольку нужно обязательно учитывать индивидуальную площадь ДЗН. Для всех остальных параметров экскавации, представленных в таблице 1, верхние границы нормы показывают явную зависимость от площади ДЗН. Для параметра cup/disc area ratio верхней границей нормы программа HRT-3 считает величину, равную 0,3, которая, по нашим данным, может соответствовать только первым 3 группам; а для параметра cup area - 0,68 мм2, что соответствует только первым 4 группам.

Что касается параметров НРП, то здесь практически полностью отсутствует зависимость объема НРП (rim vol.) и средней толщины слоя нервных волокон по краю ДЗН (mean RNFL thickness) от площади диска, но имеется такая зависимость для rim area и RNFL cross sect. area. Программа HRT-3 нижней границей нормы для параметра rim area указывает величину, равную 1,31 мм2, по нашим же данным (табл. 2), эта величина может соответствовать только 6-8-й группам, в первых же пяти группах нижняя граница нормы этого параметра значительно ниже, особенно в 1-й и 2-й группах. Нижняя граница нормы для параметра RNFL cross sect. area по программе HRT-3 составляет 0,99 мм2, а по нашим данным, эта величина параметра соответствует только 7-й и 8-й группам, для всех остальных групп она заметно ниже.

По этому же принципу были проанализированы глаза у лиц с миопией высокой и средней степени. При этом выявлена более сильная зависимость параметров ДЗН от его площади, нежели от степени миопии. Было также установлено, что большие диски (3,0-3,5 мм2 и более) чаще встречаются при высокой близорукости и что особенностью миопических глаз в норме является уменьшение толщины слоя нервных волокон по краю диска.

Нами обследовано 100 глаз больных с различными стадиями первичной открытоугольной глаукомы вне зависимости от индивидуальной площади ДЗН (результаты представлены в табл. 3). Границы нормальных глаз с площадью ДЗН от 1,5 до 2,5 мм2 представлены в пределах 95% доверительного интервала (ДИ), крайние границы параметров ДЗН в каждой стадии глаукомы представлены плотной группой в пределах М ср.±1,0ст, в которую вошли от 68 до 75% всех случаев. Для параметров экскавации представлены жирным шрифтом верхние границы, для параметров НРП - нижние границы. Можно видеть явное изменение параметров ДЗН по мере развития глаукомы (увеличение параметров экскавации и уменьшение параметров НРП), а также большое различие величины параметров при сравнении крайних границ нормальных глаз и при первой стадии глаукомы. Это свидетельствует о необходимости поиска более точных методов для раннего выявления начальной глаукомы и, возможно, наш подход к анализу ДЗН является первым шагом к этому. Кстати, представленные в таблице 3 данные не могут служить ори-

ентиром для постановки диагноза глаукомы, а отражают только существующие закономерности.

На основе этих исследований нами была разработана компьютерная программа анализа параметров ДЗН в целом по диску и по шести секторам с учетом индивидуальной площади диска, которая позволяет выявить не только патологические изменения параметров ДЗН, свойственные глаукоме, но глубину поражения этих параметров, по которым можно судить о стадии глаукомы. Цветовое изображение каждого параметра, отличающегося от среднего его значения на 1,96а, 2,58а и 3,0а, имеют соответственно желтую, красную и синюю окраску, и можно сразу видеть, какой параметр поражен, в каком секторе, а также оценить степень обнаруженного поражения (рис. 2).

Согласно принципам статистики, параметры, значения которых находятся в доверительном интервале М ср.±1,96а, относятся к группе нормы и остаются в нашей программе неокрашенными. Параметры ДЗН, величина которых находится за пределами группы нормы в доверительном интервале М ср.±2,58а, окрашиваются в желтый цвет и относятся к группе глаз с подозрением на глаукому, требующих всестороннего офтальмологического обследования. При окрашивании параметров ДЗН в красный цвет, свидетельствующий о том, что они находятся в доверительном интервале М ср.±3,0а, можно с уверенностью ставить диагноз глаукомы (обычно начальной стадии), поскольку во многих случаях периметрия по Ферстеру не выявляет патологических отклонений периферического поля зрения, но они могут выявляться при компьютерной периметрии центрального поля зрения. Параметры ДЗН, величина которых находится за пределами доверительного интервала М ср.±3,0а, окрашиваются в нашей программе в синий цвет и указывают на наличие выраженных стадий глаукомы, которая устанавливается в соответствии с имеющимися изменениями полей зрения.

Данная программа используется нами с 2008 г. За это время обследовано более 1,5 тыс. пациентов с нормальными глазами и при миопии различной степени, с глаукомой и подозрением на глаукому, при динамическом наблюдении за пациентами. Полученные результаты наглядно показали, что, во многом согласуясь с данными программ HRT-2 и HRT-3, предложенная нами программа позволяет выявить более тонкие начальные изменения параметров, иногда даже в тех случаях, когда HRT-2 или HRT-3 не выявляют каких-либо патологических отклонений.

Представляем клинический случай, который иллюстрирует морфометрические изменения ДЗН у пациентки с подозрением на глаукому в правом глазу и открыто-угольной II С глаукомой в левом глазу. На рисунке 1 представлен главный отчетный протокол компьютерной программы HRT-3, в котором дана сравнительная характеристика ДЗН обоих глаз. На топограммах (верхняя пара картинок) при одинаковой площади диска (2,16 мм2) видно, что в левом глазу с выраженной стадией глаукомы площадь экскавации заметно больше, чем в правом; имеется также заметное истончение нейроретинального ободка по всей окружности диска, но более выраженное в его височной половине. Регрессионный анализ МоогАеЫ^ (средняя пара картинок), отражающий состояние площади экскавации и площади НРП, указывает на их выраженные патологические изменения как в целом по диску, так и во всех секторах ДЗН, кроме носового (красные крестики), в то время как в правом глазу желтым символом отмечено пограничное состояние этого параметра только в верхневисочном секторе. Под этими картинками в виде графического изображения представлен профиль RNFL, который

по данным программы HRT-3 в обоих глазах находится в нормальном состоянии.

Наша компьютерная программа, базирующаяся на цифровом материале программы HRT-3, но учитывающая конкретную площадь ДЗН данного пациента (рис. 2), показывает выраженные патологические изменения всех параметров диска: и параметров экскавации, и нейрорети-нального пояска (rim area, rim vol.), а также слоя нервных волокон сетчатки (mean RNFL thickness и RNFL cross sect. area), которые программой HRT-3 указаны как нормальные. Преобладание «синевы» на цифровом материале нашей программы указывает на наличие 2-3-й стадии глаукомы, что находится в полном соответствии с изменениями периферического поля зрения, помещенного в нижней части рисунка 1. Наша программа выявила также патологические изменения параметров ДЗН и в правом глазу, но эти изменения касаются только параметров экскавации (cup area, cup/disc area ratio, cup vol., cup/rim vol. ratio) при отсутствии патологических изменений параметров НРП, что дает основание поставить диагноз подозрения на глаукому.

Принятый в 2004 г. европейскими офтальмологами тезис о том, что морфометрические изменения ДЗН предшествуют периметрическим изменениям, наблюдается не всегда. По нашим данным, у 72,7% больных глаукомой имеется классический симптомокомплекс глаукомы: повышение внутриглазного давления (ВГД), изменение центрального поля зрения и морфометрические изменения ДЗН в разной степени выраженности (в одних случаях преобладают морфометрические изменения, в других - периметрические). Однако у 13,6% больных с явной глаукомной симптоматикой (повышение ВГД и патологические, характерные для глаукомы изменения полей зре-

ния) параметры ДЗН были совершенно нормальными. Еще у 7,6% пациентов с повышением ВГД и патологическими изменениями полей зрения имелись патологические отклонения только средней толщины слоя нервных волокон по краю диска без экскавации диска, и лишь у 6,1% пациентов наблюдалась глаукома низкого давления. В группе пациентов с подозрением на глаукому в 9,3% случаев имела место офтальмогипертензия.

Наши наблюдения за больными с односторонней глаукомой, а также за больными с нестабилизированной глаукомой в динамике убедительно показывают, что повышение ВГД является главным поражающим фактором у большинства больных глаукомой, и при отсутствии своевременной гипотензивной терапии наблюдается ухудшение параметров ДЗН и/или полей зрения. Поэтому считаем нецелесообразным перевод повышенного ВГД в главный фактор риска, он должен быть «восстановлен в своих правах» как главный симптом глаукомы, тем более что именно на снижение внутриглазного давления направлены все современные методы лечения.

Для диагноза глаукомы не обязательно наличие всех трех главных симптомов и считаем правомочным поставить этот диагноз при сочетании двух симптомов, например, повышение ВГД и характерные для глаукомы изменения полей зрения, или повышение ВГД и наличие экскавации и атрофии ДЗН, или патологические, характерные для глаукомы изменения полей зрения и специфическая глаукомная экскавация ДЗН на фоне нормального внутриглазного давления. Использование такого подхода уравняло бы права всех трех главных симптомов глаукомы, описанных Альбрехтом фон Грефе и Дондерсом еще в середине XIX в. и устранило бы многие несоответствия, которые мы наблюдаем в настоящее время.