Достижения в области оптической когерентной томографии для лечения заболеваний сетчатки

Оптическая когерентная томография (ОКТ) коренным образом изменила ландшафт визуализации сетчатки и управления заболеваниями. Предоставляя детали поперечного сечения, микронного уровня архитектуры сетчатки, эта неинвазивная техника позволяет офтальмологам диагностировать, контролировать и направлять лечение широкого спектра состояний сетчатки с беспрецедентной точностью. За последнее десятилетие быстрые технологические инновации расширили возможности ОКТ за пределы структурной визуализации в функциональные и ангиографические области, еще больше укрепив его роль в клинической практике. В этой статье рассматриваются основные принципы ОКТ, исследуются последние достижения, которые раздвинули границы технологии, и исследуется, как эти разработки меняют управление заболеваниями сетчатки.

Что такое оптическая томография когерентности?

OCT - это модальность визуализации, которая использует интерферометрию низкой когерентности для генерации двумерных и трехмерных изображений биологических тканей с высоким разрешением. Она работает по принципу, аналогичному ультразвуку, но использует ближний инфракрасный свет вместо звуковых волн. Задержка времени и интенсивность обратно рассеянного света из разных слоев ткани измеряются для построения подробных изображений поперечного сечения. Поскольку скорость света чрезвычайно высока, системы OCT полагаются на интерферометрические методы - обычно с использованием интерферометра Майкельсона - для сравнения света, отраженного от образца, с эталонным лучом.

В контексте офтальмологии ОКТ обеспечивает визуализацию слоистой структуры сетчатки, включая слой нервных волокон, комплекс клеток ганглия, внутренние и внешние сегменты фоторецепторов, эпителий пигмента сетчатки (RPE) и хороид. Оксиальное разрешение современных систем ОКТ колеблется от 1 до 10 микрометров, что достаточно для разрешения отдельных слоев сетчатки. Эта способность позволяет клиницистам обнаруживать патологические изменения, такие как внутриретинальная жидкость, субретинальная жидкость, друзен и атрофия RPE задолго до того, как они станут очевидными при клиническом исследовании.

С момента своего внедрения в начале 1990-х годов технология OCT развивалась в течение нескольких поколений: OCT (TD-OCT) для временных доменов, OCT для спектральных доменов (SD-OCT) и OCT для спектральных доменов (SS-OCT). Каждое достижение привело к улучшению скорости визуализации, разрешения и глубины проникновения. Сегодня OCT считается стандартом ухода за такими состояниями, как возрастная макулярная дегенерация (AMD), диабетический макулярный отек (DME) и глаукома.

Последние технологические достижения в OCT

Инновации в аппаратном обеспечении, программном обеспечении и обработке сигналов OCT значительно расширили его полезность. Ниже приведены самые эффективные последние разработки.

Swept-Source OCT (SS-OCT)

SS-OCT использует настраиваемый лазерный источник света, который быстро проходит через диапазон длин волн, обычно сосредоточенный вокруг 1050 нм или 1060 нм. Эта более длинная длина волны предлагает два различных преимущества: уменьшение рассеяния света в RPE и более глубокое проникновение в хороид. Системы SS-OCT могут достигать скорости визуализации, превышающей 100 000 A-сканов в секунду, что позволяет проводить плотное объемное сканирование и уменьшать артефакты движения. Более глубокое проникновение позволяет визуализировать хороидную, хороидальную сосудистую систему и склеру, которая особенно ценна для диагностики и мониторинга таких состояний, как центральная серозная хориоретинопатия, полипоидная хороидальная васкулопатия и хориоидальная неви.

Кроме того, высокая скорость SS-OCT облегчает широкополевую визуализацию (до 12 мм × 12 мм в одном сканировании), обеспечивая более полный обзор заднего полюса. Это особенно полезно для оценки патологии периферической сетчатки при диабетической ретинопатии и окклюзии вен сетчатки.

ОКТ с ультравысоким разрешением (UHR-OCT)

Используя источники света с широкой полосой пропускания, UHR-OCT достигает осевого разрешения порядка 1-3 микрометров — значительно более тонкого, чем 5-10 микрометров обычного SD-OCT. Этот уровень разрешения позволяет визуализировать отдельные слои фоторецепторов, внешнюю ограничивающую мембрану (ELM), зону эллипсоидов (EZ) и зону межцифровки. Обнаружение тонких нарушений в этих структурах может обеспечить ранние биомаркеры прогрессирования заболевания и ответ на терапию. Например, целостность линии EZ на UHR-OCT коррелирует с результатами остроты зрения у пациентов, проходящих анти-VEGF терапию для неоваскулярной ВМД.

UHR-OCT также ценен в унаследованных дистрофиях сетчатки, где он может выявить потерю слоев фоторецепторов до того, как изменения электроретинограммы станут очевидными. Однако компромиссом для высокого разрешения часто являются более медленные скорости визуализации и более ограниченный диапазон глубины, который продолжает оставаться областью активных исследований.

OCT Angiography (OCTA)

OCTA представляет собой один из самых трансформационных достижений в визуализации сетчатки. В отличие от традиционной флуоресцеиновой или индокианиновой зеленой ангиографии, OCTA не требует внутривенной инъекции красителя. Вместо этого он обнаруживает контраст движения от протекающих красных кровяных клеток путем сравнения повторных B-сканов в одном и том же месте. Алгоритмы, такие как амплитуда амплитуды разделения спектра (SSADA) и оптическая микроангиография (OMG), генерируют карты сетчатки и хороидальной сосудистой системы с разрешением глубины.

OCTA позволяет проводить визуализацию поверхностных и глубоких капиллярных сплетений в сетчатке, а также хориокапиллари. Это произвело революцию в оценке диабетической ретинопатии, где OCTA может идентифицировать неперфузии, микроаневризмы и неоваскуляризацию капилляров раньше, чем обычная ангиография. В AMD OCTA разграничивает тип 1 (суб-RPE) и тип 2 (субретинальная) хороидальная неоваскуляризация без риска утечки красителя, заслоняющего границы. Технология также демонстрирует полезность при оценке ишемии хориоидов в центральной серозной хориоретинопатии и эффектов анти-VEGF терапии на плотность сосудов.

Последние достижения в OCTA включают широкопольные монтажи, количественные показатели (плотность сосудов, фрактальное измерение, область фовальной аваскулярной зоны) и алгоритмы сокращения артефактов. Эти улучшения приближают OCTA к замене традиционной ангиографии для многих клинических показаний.

Искусственный интеллект и интеграция машинного обучения

Богатство данных, генерируемых современными системами OCT и OCTA, стимулировало разработку основанных на ИИ инструментов для анализа изображений, автоматизированной сегментации и классификации заболеваний. Алгоритмы глубокого обучения теперь могут обнаруживать и количественно определять внутриретинальную и субретинальную жидкость, идентифицировать объем друза, слои сегмента сетчатки и оценивать толщину хороидов с высокой точностью. Некоторые системы проверяются для диагностики диабетической ретинопатии и AMD только из изображений OCT, потенциально позволяя проводить телемедицинский скрининг в недостаточно обслуживаемых популяциях.

ИИ также улучшает интерпретацию OCTA, удаляя артефакты проекции и автоматически определяя области капиллярного отсева. Будущие приложения могут включать прогнозирование реакции на лечение — например, определение того, какие глаза DME требуют более частых инъекций против VEGF на основе исходных биомаркеров OCT. Поскольку ИИ становится более интегрированным в клинические рабочие процессы, он обещает увеличить, а не заменить опыт клинициста, улучшая диагностическую согласованность и эффективность.

Влияние на управление заболеваниями сетчатки

Описанные выше технологические достижения оказали глубокое влияние на то, как специалисты по сетчатке диагностируют и управляют заболеваниями по всему спектру. Ниже мы обсуждаем конкретные применения.

Возрастная макулярная дегенерация (AMD)

OCT стал незаменимым как для сухой (неэкссудативной), так и для влажной (экссудативной) AMD. Структурный OCT позволяет обнаруживать друзеновые, субретинальные друзеноидные отложения (ретикулярный псевдодрузен) и географическую атрофию (GA). Количественное измерение прогрессирования области GA с течением времени с использованием автоматизированных алгоритмов обеспечивает объективные конечные точки для клинических испытаний, оценивающих новые методы лечения сухой AMD. OCTA раскрывает наличие и морфологию хороидальной неоваскуляризации (CNV) в экссудативной AMD, позволяя проводить более раннее лечение и мониторинг ответов. Недавние работы с использованием OCT для выявления гиперрефлексивных очагов и внешних ретинальных трубочек, поскольку прогностические биомаркеры помогают персонализировать интервалы лечения.

Диабетическая ретинопатия (DR) и диабетический макулярный отек (DME)

В ДР ОКТ используется для оценки тяжести макулярного отека путем измерения толщины центрального подполя и обнаружения внутриполевых кист и субретинальной жидкости. ОКТА добавила новое измерение путем количественной оценки степени неперфузии капилляров в макулярной и перипапиллярной областях. Эта информация коррелирует с риском прогрессирования пролиферативного ДР и визуальных результатов после фотокоагуляции панретина. Для ДМЭ биомаркеры ОКТ, такие как наличие гиперрефлексивных очагов, нарушение ELM и EZ и статус заднего стекловидного присоединения помогают направлять выбор между анти-VEGF терапией, кортикостероидами или лазером.

Окклюзия сетчатки (RVO)

ОКТ и ОКТА необходимы для управления РВО. Структурный ОКТ обнаруживает макулярный отек и выявляет ишемию с помощью дезорганизации внутренних слоев сетчатки (DRIL) знак. ОКТА может локализовать участки капиллярного отсева в глубоком капиллярном сплетении, которые плохо визуализируются флуоресцеиновой ангиографией. Недавние исследования показывают, что область фовеальной аваскулярной зоны, измеренная на ОКТА после лечения, коррелирует с конечной остротой зрения, помогая клиницистам установить реалистичные ожидания и принять решение об отступлении.

глаукома

В то время как глаукома является оптической нейропатией, ОКТ слоя нервных волокон сетчатки (RNFL) и внутреннего плексиформного слоя ганглиозных клеток (GCIPL) является краеугольным камнем его диагностики и мониторинга. Спектрально-доменная ОКТ обеспечивает воспроизводимые измерения толщины РСНЛ, которые могут обнаруживать прогрессирование за годы до того, как потеря поля зрения станет очевидной. Новые разработки, такие как ОКТА головы зрительного нерва и перипапиллярная область, показывают перспективы в оценке сосудистого вклада в патогенез глаукомы. Сочетание структурных и сосудистых параметров ОКТ может улучшить стратификацию риска у подозреваемых в глаукоме.

Наследственная дистрофия сетчатки (IRDs)

В условиях, подобных пигментному ретиниту, болезни Старгардта и ахроматопсии, UHR-OCT может оценивать целостность слоев фоторецепторов, помогая классифицировать тяжесть заболевания и выявлять потенциальных кандидатов на генную терапию. Например, удержание в фовее сохранившейся эллипсоидной зоны является благоприятным прогностическим фактором успеха генной заместительной терапии. OCTA также выявляет вторичные сосудистые изменения, такие как сужение сосудов сетчатки и атрофия хориокапиллариса, которые могут служить биомаркерами прогрессирования заболевания.

Будущие направления в OCT-технологиях

Темпы инноваций в ОКТ не показывают признаков замедления. Несколько новых тенденций, вероятно, будут формировать следующее десятилетие визуализации сетчатки.

Адаптивная оптика OCT

Сочетание адаптивной оптики (АО) с ОКТ-корректами для глазных аберраций, позволяющими боковое разрешение порядка нескольких микрометров и позволяющими визуализировать отдельные фоторецепторные клетки. АО-ОКТ уже используется для изучения плотности конуса in vivo в условиях, таких как альбинизм и хориоидеремия. Хотя он по-прежнему в значительной степени является исследовательским инструментом, его перевод в клиническую практику может открыть новые возможности для ранней диагностики и мониторинга лечения на клеточном уровне.

Ультра-видео-поле OCT

Современные широкополосные ОКТ-системы охватывают примерно 12 мм × 12 мм, но прототип ультраширокоугольной ОКТ может отображать до 23-24 мм, охватывая задний полюс и среднюю периферию. Это особенно ценно для оценки патологии периферической сетчатки в таких условиях, как увеит, ретиношиаз и диабетическая ретинопатия. Ультраширокоугольная ОКТ также может улучшить обнаружение субклинических CNV или бессимптомных тяговых мембран.

Мультимодальная интеграция изображений

Интеграция ОКТ с другими методами визуализации, такими как автофлюоресценция, ближнее инфракрасное отражение и фотография дна, в одном устройстве позволяет проводить всестороннюю оценку без изменения инструментов. Алгоритмы глубокого обучения, которые объединяют данные из нескольких каналов, могут обеспечить более тонкую классификацию стадий заболевания и лучшее прогнозирование визуальных результатов.

Портативные и портативные OCT-системы

Миниатюризация компонентов ОКТ привела к разработке портативных зондов и портативных устройств. Особенно они полезны для визуализации педиатрических пациентов, обездвиженных взрослых или пациентов в сельских или мобильных клиниках. Последние портативные системы SD-OCT и SS-OCT обеспечивают качество изображения, сравнимое с настольными устройствами, открывая дверь для скрининга сетчатки глаза.

Искусственный интеллект — поддержка принятия решений

Помимо анализа изображений, ИИ вскоре может обеспечить поддержку принятия решений в режиме реального времени во время приобретения ОКТ. Например, алгоритм может предположить, что сканирование пациента выявляет ранние признаки ВМД и рекомендует более короткий интервал наблюдения. Такие системы уже тестируются в клинических испытаниях для скрининга диабетической ретинопатии и обнаружения неоваскулярной активности. Интеграция ОКТ с электронными медицинскими записями и базами данных лечения дополнительно позволит персонализировать медицину на основе крупномасштабных реальных данных.

Заключение

Оптическая когерентная томография превратилась из нишевого исследовательского инструмента в краеугольный камень управления заболеваниями сетчатки. Достижения в технологии меткого источника, визуализации с ультравысоким разрешением, ОКТ-ангиографии и искусственном интеллекте расширяют границы того, что можно визуализировать и количественно оценить в живой сетчатке человека. Эти инновации напрямую трансформируются в более ранние диагнозы, более точный мониторинг и специализированную терапию для состояний, начиная от ВМД и диабетической ретинопатии до глаукомы и наследственных дистрофий. По мере того, как технология продолжает созревать, ее интеграция в рутинные клинические рабочие процессы будет только углубляться, в конечном итоге улучшая визуальные результаты и качество жизни для пациентов во всем мире.

Внешние ссылки: