陳廣鵬 盧 宏

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450052

1 引言

腦卒中是我國人口的第一大死亡原因[1]。據(jù)全國卒中流行病學(xué)調(diào)查(NESS中國)顯示，2013年我國年齡標(biāo)化的腦卒中患病率、發(fā)病率和病死率分別為1 114.8/10萬人、246.8/10萬人和114.8/10萬人[2]。根據(jù)已發(fā)表的34項(xiàng)研究的Meta分析顯示，缺血性卒中年復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)為4.26%(95%CI3.43%～5.09%)[3]。腦卒中具有高發(fā)病率、致殘率、高病死率、高復(fù)發(fā)率等特點(diǎn)，已成為我國負(fù)擔(dān)最嚴(yán)重的疾病[4]。由于卒中治療選擇有限，需要有效的預(yù)防策略和早期診斷方法，針對高危人群的一級預(yù)防是減輕卒中負(fù)擔(dān)最有效的策略?，F(xiàn)已知的危險(xiǎn)因素如高血壓、糖尿病、高脂血癥、吸煙等被用來預(yù)測卒中發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，但這些危險(xiǎn)因素尚不能完全解釋一個(gè)人的卒中風(fēng)險(xiǎn)[5]。因此，降低卒中風(fēng)險(xiǎn)需要盡可能全面評估導(dǎo)致卒中的每種危險(xiǎn)因素。

現(xiàn)有的神經(jīng)影像如磁共振、CT、DSA等，為卒中診斷和治療起到了至關(guān)重要的作用[6]，但由于空間分辨率的限制，很難直接在活體上觀察250 μm以下的微血管結(jié)構(gòu)[7]，加之設(shè)備昂貴，且部分檢查為有創(chuàng)性，不適合對有卒中風(fēng)險(xiǎn)的人群進(jìn)行更廣泛的篩查。

視網(wǎng)膜與中樞神經(jīng)系統(tǒng)有相似胚胎學(xué)起源、解剖和生理特征：均發(fā)育至外胚層，視網(wǎng)膜和視神經(jīng)由間腦直接延伸發(fā)育而來；均包裹在相對封閉的骨性結(jié)構(gòu)里；均有相似的屏障功能和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能、相對低流速的血液供應(yīng)和高氧耗[8]。腦卒中會(huì)影響視覺的傳入或傳出通路，從而造成相當(dāng)一部分患者出現(xiàn)凝視麻痹、視野缺損、皮質(zhì)盲、眼球震顫、上瞼下垂、復(fù)視等神經(jīng)眼科癥狀[9-10]。

視網(wǎng)膜血管是唯一可在活體上觀察到的微循環(huán)血管，利用眼底成像技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化評估可以無創(chuàng)的動(dòng)態(tài)觀察、量化視網(wǎng)膜及其微循環(huán)。越來越多的研究表明：眼底異?？梢苑从掣鼜V泛的血管神經(jīng)單元的變化，為研究腦卒中打開了一面窗。視網(wǎng)膜病變及視網(wǎng)膜血管異常等眼底病變，有可能作為腦血管病的潛在標(biāo)志物，用作腦卒中風(fēng)險(xiǎn)分層工具，來改善卒中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測[11]。本文綜述當(dāng)前有關(guān)視網(wǎng)膜成像在卒中研究領(lǐng)域的最新文獻(xiàn)，探討這些研究的臨床意義、最新的視網(wǎng)膜成像技術(shù)，旨在評估眼底成像在卒中研究的應(yīng)用價(jià)值。

2 眼底成像所獲得的信息

20世紀(jì)50年代，得益于電子閃光燈和35 mm照相機(jī)的出現(xiàn)，催生了現(xiàn)代的眼底成像技術(shù)，利用眼底成像技術(shù)可以無創(chuàng)地觀察、量化和評估視網(wǎng)膜及其微循環(huán)[12]。

早期主要使用人工分類方法對眼底圖像進(jìn)行定性分析，最常見的分級方法有：Keith-Wagener-Barker分級[13]、Scheie分級[14]、Wong-Mitchell分級[15]等。直接觀察到的信息包括：視網(wǎng)膜病變和小血管征象，如局部或系統(tǒng)性小動(dòng)脈縮窄、動(dòng)靜脈交叉、小動(dòng)脈銅絲征、微動(dòng)脈瘤、棉絮斑、硬性滲出、眼底出血、視盤水腫等。

隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展，照相設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)廣泛應(yīng)用，可以獲得眼底定量參數(shù)，試圖更全面的反映視網(wǎng)膜信息。這些參數(shù)包括：視網(wǎng)膜血管直徑、視神經(jīng)纖維層厚度和視網(wǎng)膜血管網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。其中視網(wǎng)膜血管直徑測量，如CRAE(視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈等效值)、CRVE(視網(wǎng)膜中央靜脈等效值)，廣泛應(yīng)用于基于人群的大型臨床研究中[11，16-22]?；贛urray原理[23]，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)分析可以得到如血管彎曲度、分形維度、分支夾角和分支系數(shù)等視網(wǎng)膜血管網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，用于描述微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)。

另外還有新興的動(dòng)態(tài)視網(wǎng)膜微血管功能測量，如彌散亮度閃爍(diffuse luminance flicker)、眼脈動(dòng)振幅(ocular pulse amplitu-de)、激光散斑血流圖(laser speckle flowgraphy)、掃描激光多普勒流量儀(scanning laser Doppler flowmetry)、視網(wǎng)膜血氧計(jì)(retinal oximetry)、順序和直徑響應(yīng)分析(sequential and diameter response analysis)以及吸入性和靜脈內(nèi)刺激試驗(yàn)的微血管改變(microvascular alterations to both inhaled and intravenous testing)等[24]。這些技術(shù)有助于評估視網(wǎng)膜血流、血壓飽和度和血管直徑的動(dòng)態(tài)測量，從而更全面的分析視網(wǎng)膜微血管床的病理生理機(jī)制[25]。

3 眼底成像最新進(jìn)展

基于人群的眼底與腦卒中相關(guān)研究中，存在如下問題：(1)使用半自動(dòng)分析軟件，存在人為因素的偶然誤差；(2)視網(wǎng)膜血管直徑的測量受多因素影響，如擴(kuò)瞳、屈光不正、視網(wǎng)膜色素沉著、白內(nèi)障和其他介質(zhì)渾濁的存在、攝像技術(shù)、相機(jī)類型、圖像質(zhì)量等的差異均可能帶來變數(shù)，影響測量結(jié)果[26-27]；(3)視網(wǎng)膜成像需要檢查者保持坐姿并配合檢查，因此，那些嚴(yán)重殘疾或不能配合的患者，無法完成檢查，從而出現(xiàn)研究對象的選擇偏倚[28]。眼底圖像分析是生物醫(yī)學(xué)工程最重要的子領(lǐng)域之一，隨著光學(xué)成像方式、圖像分析技術(shù)等軟硬件的進(jìn)步，使人們對眼底微循環(huán)病理生理有了更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，同時(shí)也試圖解決上述研究問題[29]。以下這些眼底成像新技術(shù)的應(yīng)用已用來改善眼科疾病的早期檢測、精確診斷和治療改進(jìn)，也為腦卒中研究提供了新的方法，并已逐步應(yīng)用于腦卒中研究。

3．1自動(dòng)化的眼底影像評估技術(shù)已進(jìn)行的大多數(shù)臨床研究中，測量眼底參數(shù)的軟件，多是半自動(dòng)化的，需要技術(shù)人員的額外輸入。隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的進(jìn)步，最近，通過機(jī)器學(xué)習(xí)增強(qiáng)算法、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用，有關(guān)視網(wǎng)膜定量特征，如視網(wǎng)膜血管直徑、彎曲度、分形維度等可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化檢測，并通過了一致性評價(jià)，從而避免了臨床研究人為因素造成的誤差[30-32]。

3．2便攜式眼底成像設(shè)備傳統(tǒng)的眼底成像設(shè)備需要受試者有維持檢查姿勢的能力，而手持檢眼鏡又存在可靠性差等缺點(diǎn)。隨著技術(shù)進(jìn)步，目前已開始有非散瞳、手持眼底成像儀上市并應(yīng)用于卒中研究[28]。另外隨著智能手機(jī)的普及，基于智能手機(jī)的眼底成像技術(shù)已在糖尿病視網(wǎng)膜病變識(shí)別中發(fā)揮了作用[33]。這些便攜式設(shè)備的出現(xiàn)為卒中患者眼底篩查提供了方便。

3．3遠(yuǎn)程輔助視網(wǎng)膜分析技術(shù)WOLZ等[34]通過遠(yuǎn)程醫(yī)療，將發(fā)病2周內(nèi)的輕型卒中或TIA的視網(wǎng)膜圖像上傳給有經(jīng)驗(yàn)的高級眼科顧問進(jìn)行評價(jià)，發(fā)現(xiàn)卒中患者中視神經(jīng)萎縮和視網(wǎng)膜小動(dòng)脈異常發(fā)病率更高。通過應(yīng)用遠(yuǎn)程輔助分析技術(shù)，可以改善眼科、神經(jīng)科?？谱o(hù)理，對缺乏醫(yī)療資源地區(qū)改善卒中防治提供新的方向。

3．4最新的OCT技術(shù)已有應(yīng)用SD-OCT測量視神經(jīng)纖維層(RNFL)用于卒中研究[35-36]。最新如掃描源OCT(swept-source OCT)、光學(xué)相干血管造影(OCTA)、自適應(yīng)光學(xué)OCT等，通過定量研究視網(wǎng)膜神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)、光學(xué)特征及功能等微血管網(wǎng)絡(luò)幾何特征，提供更加快速細(xì)致、可視化的視網(wǎng)膜微循環(huán)，為腦卒中病理生理研究提供了很好的視角[37-38]。

3．5超寬視野掃描激光眼底成像(ultrawidefieldscanninglaserophthalmoscopy)該技術(shù)可以捕捉200°范圍的超寬視野圖像，與傳統(tǒng)7個(gè)眼底圖像拼接技術(shù)相比，更容易發(fā)現(xiàn)周邊視網(wǎng)膜病變，提供了更清晰更完整的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，并已顯示出了在篩查糖尿病視網(wǎng)膜病變中更高的敏感性[39]。這為研究周邊視網(wǎng)膜與腦卒中的關(guān)系提供可行性。

4 眼底與腦卒中相關(guān)性研究

早在19世紀(jì)末，GUNN就認(rèn)識(shí)到了視網(wǎng)膜微血管異常作為心血管疾病標(biāo)志物的潛力，并最早描述了視網(wǎng)膜微血管特征與高血壓、腎和腦血管疾病之間的關(guān)系[40]。在1939年，KEITH、WAGENER和BARKER證明視網(wǎng)膜微血管異常的嚴(yán)重程度可以預(yù)測高血壓患者的病死率，并提出了Keith-Wagener-Barker高血壓視網(wǎng)膜病變分級方法。在20世紀(jì)80年代以前進(jìn)行的組織病理學(xué)研究表明，患有腦血管疾病(腦出血、腦梗死)的受試者中，在視盤周圍的視網(wǎng)膜動(dòng)脈和腦內(nèi)殼核、丘腦及橋腦都觀察到了類似的病理變化，如纖維蛋白樣變性和纖維玻璃樣增厚[41]。但早期研究有如下缺陷：(1)基于診所或醫(yī)院的研究，樣本量小，患者為高度選擇，沒有適當(dāng)?shù)膶φ战M，沒有排除潛在的混雜因素(如高血壓)；(2)早期研究在未治療的高血壓人群中進(jìn)行，所描述到的嚴(yán)重異常目前已少見(研究總體的變化)；(3)早期的分級方法未被接受或標(biāo)準(zhǔn)化；(4)應(yīng)用眼底鏡檢查被證明主觀且不可靠[42]。自20世紀(jì)90年代開始，采用眼底照相，在基于人群的前瞻性或橫斷面的大量研究中證實(shí)眼底異常與卒中存在密切關(guān)系。

4．1視網(wǎng)膜異常與腦卒中社區(qū)動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)研究(ARIC研究)表明，視網(wǎng)膜異常和臨床卒中事件密切相關(guān)，調(diào)整了年齡、性別、種族、平均動(dòng)脈壓、糖尿病及其他卒中危險(xiǎn)因素后，任何患視網(wǎng)膜病變的發(fā)生腦卒中的相對危險(xiǎn)度RR值為2.58(95%CI1.59～4.20)，其中微動(dòng)脈瘤、棉絮斑、點(diǎn)狀出血、火焰狀出血、動(dòng)靜脈交叉與臨床卒中關(guān)系最為密切，另外發(fā)現(xiàn)這種視網(wǎng)膜異常不僅與當(dāng)前血壓而且也與過往血壓水平有關(guān)[16]。隨后的研究納入了磁共振影像，發(fā)現(xiàn)同時(shí)具有腦白質(zhì)病變和視網(wǎng)膜病變的人比同時(shí)沒有的人發(fā)生卒中的風(fēng)險(xiǎn)明顯增高，校正RR為18.1(95%CI5.9～55.4)[43]。除了亞臨床和臨床卒中外，卒中病死率可能與高血壓視網(wǎng)膜眼底異常有關(guān)，藍(lán)山眼科研究(BMES)和Beaver Dam眼科研究(BDES)報(bào)告了非糖尿病患者視網(wǎng)膜病變和卒中病死率相關(guān)[44-45]。

另有研究發(fā)現(xiàn)，通過頻域OCT(SD-OCT)測得的視神經(jīng)纖維層缺損(RNFLD)與缺血性卒中、腦小血管病等相關(guān)[35-36]。北京眼科研究組發(fā)現(xiàn)，除RNFLD、視網(wǎng)膜靜脈擴(kuò)張外，黃斑病變也與腦卒中呈正相關(guān)，視網(wǎng)膜動(dòng)脈狹窄、靜脈擴(kuò)張、RNFLD并存的眼底指標(biāo)與腦卒中高危因素相關(guān)[46]。在阿司匹林用于心血管一級預(yù)防試驗(yàn)—ASPREE研究的亞組中，眼底成像已作為一種敏感的指標(biāo)用于評估腦血管病理，識(shí)別出腦卒中高危人群，評價(jià)藥物的療效[47]。

4．2視網(wǎng)膜血管直徑與腦卒中為了反映視網(wǎng)膜血管縮窄，ARIC研究首次將經(jīng)量化的視網(wǎng)膜動(dòng)靜脈直徑等效值(CRAE、CRVE)應(yīng)用到卒中研究中[48]。隨后視網(wǎng)膜血管直徑也應(yīng)用在多個(gè)基于人群的卒中研究中，如Beaver Dam眼科研究(BDES)[45]、多種族動(dòng)脈粥樣硬化研究(MESA)[49]、藍(lán)山眼科研究(BMES)[44]、心血管健康研究(CHS)[17]、鹿特丹研究[50]、新加坡馬來人眼科研究(SMES)[11]、多中心視網(wǎng)膜卒中研究(MCRS)[51]等。其中，心血管健康研究(CHS)、鹿特丹研究、新加坡馬來人眼科研究(SMES)發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜小靜脈直徑增寬與卒中及卒中病死率風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，而視網(wǎng)膜小動(dòng)脈直徑與卒中及卒中病死率無關(guān)。一項(xiàng)薈萃分析也驗(yàn)證了上述關(guān)系：視網(wǎng)膜小靜脈增寬與卒中的集中風(fēng)險(xiǎn)比為1.15(95%CI，1.05～1.25)，而視網(wǎng)膜小動(dòng)脈直徑與卒中的集中風(fēng)險(xiǎn)比為1.00(95%CI，0.92～1.08)[52]。將視網(wǎng)膜血管成像加入到現(xiàn)有的卒中模型中，可以改善卒中風(fēng)險(xiǎn)分層，總體改善約10%[11，52]。進(jìn)一步的研究還表明，視網(wǎng)膜血管變化根據(jù)不同的卒中亞型而變化，這表明視網(wǎng)膜血管直徑變化反映了特定的腦微血管病變，并且可能提供更準(zhǔn)確的卒中亞型分類，甚至幫助急診科將腦血管病與其他導(dǎo)致局限性神經(jīng)功能缺損的病因區(qū)分開[53]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜血管異常與腦小血管病相關(guān)性，有趣的是，MCRS研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜血管直徑變化與大動(dòng)脈卒中和腔隙性腦梗死均相關(guān)，表明視網(wǎng)膜血管結(jié)構(gòu)變化不僅反映了小血管病變，而且可能是大動(dòng)脈病變在視網(wǎng)膜和腦循環(huán)中下游效應(yīng)的結(jié)果[51，54]。

4．3視網(wǎng)膜血管網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與腦卒中視網(wǎng)膜微血管表型特征除了反映血管直徑的CRAE、CRVE外，還包括分型維度、血管彎曲度等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)[55]。其中視網(wǎng)膜分型維度是一種反映微血管分支復(fù)雜度和密度的定量測量指標(biāo)。在多中心視網(wǎng)膜卒中研究(MCRS)亞組研究中，CHEUNG等人在校正了年齡、性別和血管危險(xiǎn)因素后發(fā)現(xiàn)，較高的視網(wǎng)膜分形維度與急性腔隙性腦梗死獨(dú)立相關(guān)(OR=4.27；95%CI1.49～12.17)，提示視網(wǎng)膜微血管復(fù)雜性和密度增加與腔隙性腦卒中有關(guān)。但在隨后的一些研究中發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜分型維度的降低和視網(wǎng)膜血管扭曲度的增加與缺血性腦卒中相關(guān)[51，57]。出現(xiàn)這種結(jié)果差異原因考慮與研究所選樣本量及種族差異有關(guān)[11]。

4．4動(dòng)態(tài)視網(wǎng)膜血管功能與腦卒中研究已證實(shí)視網(wǎng)膜血管結(jié)構(gòu)的改變可以預(yù)測卒中風(fēng)險(xiǎn)，但這些改變發(fā)生在糖尿病等慢性疾病晚期。應(yīng)用動(dòng)態(tài)視網(wǎng)膜微血管功能測量，可以預(yù)測糖尿病早期的腦小血管功能障礙，并發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜靜脈反應(yīng)性受損預(yù)示著卒中發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[25]。

4．5眼底與腦小血管病腦小血管疾病是一類腦血管疾病的總稱，包含了腔隙性腦梗死、腦白質(zhì)疏松、腦微出血、血管間隙擴(kuò)大、腦萎縮等，與卒中、認(rèn)知下降和癡呆相關(guān)[58]?；谌巳旱难芯堪l(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜血管改變與腦小血管病有關(guān)。腔隙性腦梗死與不同的視網(wǎng)膜血管改變有關(guān)，包括視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜小動(dòng)脈管壁征、視網(wǎng)膜小動(dòng)脈狹窄、視網(wǎng)膜小靜脈增寬和視網(wǎng)膜血管分形維度增加[56]。趙剛等[59]對眼底病變進(jìn)行Scheie分級，比較腦白質(zhì)疏松組與對照組的眼底變化，發(fā)現(xiàn)眼底病變可以反映腦白質(zhì)疏松的存在及嚴(yán)重程度。MCGRORY等[60]發(fā)現(xiàn)降低的小動(dòng)脈分形維度與深部白質(zhì)疏松有顯著聯(lián)系。鹿特丹研究發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)大的視網(wǎng)膜靜脈直徑與腦室旁白質(zhì)病變、皮層下白質(zhì)病變隨時(shí)間的顯著進(jìn)展相關(guān)[61]。這些發(fā)現(xiàn)與視網(wǎng)膜微血管系統(tǒng)異常可能先于腦白質(zhì)病變的觀點(diǎn)一致，提示視網(wǎng)膜微血管異?？赡苁悄X白質(zhì)病變發(fā)展的先兆。還有研究表明，視網(wǎng)膜小動(dòng)脈分形維度下降、小動(dòng)脈迂曲度增加與腦微出血有關(guān)，獨(dú)立于心血管危險(xiǎn)因素、腦白質(zhì)高信號(hào)和腔隙性腦梗死，表明這些視網(wǎng)膜參數(shù)可能是腦小血管病的早期表現(xiàn)[62]。

5 結(jié)語

眼底成像作為一種經(jīng)濟(jì)、有效、無創(chuàng)的檢查技術(shù)，提供了有關(guān)微血管系統(tǒng)和神經(jīng)元結(jié)構(gòu)狀態(tài)的獨(dú)特信息，雖不能完全取代CT、磁共振等傳統(tǒng)的神經(jīng)影像技術(shù)，但提供了一種互補(bǔ)的方法，在卒中研究中具有巨大潛力。隨著眼底光學(xué)成像方式、圖像分析等技術(shù)的發(fā)展，將進(jìn)一步加深人們對視網(wǎng)膜與大腦微血管變化間的認(rèn)識(shí)，從而應(yīng)用眼底成像改善腦卒中防治。