OPTICAL BIOMETRY OF THE EYE: THE PRINCIPLE AND THE DIAGNOSTIC POTENTIAL OF THE METHOD

Full Text

В настоящее время метод оптической биометрии глаза признан наиболее точным для проведения диагностических исследований и расчета интраокулярных линз (ИОЛ) [1, 2], в том числе у пациентов с миопией высокой степени, после оперативного лечения отслойки сетчатки, проведения витреоретинальной хирургии с замещением стекловидного тела на силикон [3-5]. Известно, что возможности современной оптической когерентной биометрии многократно превосходят классический ультразвуковой метод. Кроме того, разрешающая способность оптической когерентной биометрии превышает ультразвуковую. Длина волны инфракрасного диодного лазера, применяющегося для проведения исследования, находится в интервале от 780 до 880 нм, а длина ультразвуковой волны составляет 0,19 мм при частоте 10 МГц. Погрешность измерений, полученных с помощью оптической биометрии значительно меньше таковых при контактной ультразвуковой биометрии (0,01-0,02 мм) [6-8]. Длина глаза, измеренная оптическим способом, соответствует расстоянию от передней поверхности центрального отдела роговицы до пигментного эпителия сетчатки, ультразвуковым - до внутренней пограничной мембраны сетчатки [9]. Разрешающая способность и точность метода многократно превышает ультразвуковой. Оптическая биометрия осуществляется бесконтактно, не требует местной анестезии, безопасна в отношении инфекционных, травматических (механических и химических), аллергических осложнений и позволяет избежать ошибок измерения переднезадней оси (ПЗО), связанных с компрессией роговицы [10-13]. Высокая точность и воспроизводимость полученных результатов не зависят от опыта оператора [14-19]. Одномоментное проведение кератометрии позволяет рассчитывать оптическую силу ИОЛ по формулам нового поколения, а оптимизация констант по рефракционным результатам хирургии катаракты - провести индивидуальный расчет ИОЛ. Метод оптической биометрии имеет широкий спектр показаний: - проведение пахиметрии (измерение центральной толщины роговицы, central corneal thickness - CCT) для диагностики и мониторинга заболеваний роговицы, при обследовании пациентов перед планирующейся кераторефракционной операцией; - кератометрия, измерение диаметра роговицы (white to white, WTW), глубины передней камеры (anterior chamber depth, ACD), толщины хрусталика (lens thiсkness, LT), переднезадней оси (axial length, AL) глаза с последующим анализом соотношений основных анатомических структур для расчета оптической силы ИОЛ; - оценка эффективности лечения прогрессирующей миопии в динамике (измерение ПЗО) [20]; - определение периферической рефракции и контура сетчатки у детей с миопией [21]; - измерение толщины роговицы, хрусталика, ПЗО глаза для определения факторов риска и возможных причин глаукомы и офтальмогипертензии; - дифференциальная диагностика между истинным и ложным энофтальмом и экзофтальмом. Абсолютных противопоказаний для проведения оптической биометрии нет. Выполнение исследования не представляется возможным в случаях выраженного снижения прозрачности оптических сред глаза и неустойчивой фиксации взора. Причинами возможных ошибок измерений являются атипичное расположение зрачка, измерение глубины передней камеры в афакичных и артифакичных глазах, нистагм, низкая острота зрения, сниженная концентрация внимания, невозможность пациента следовать инструкциям врача. Следует отметить, что получение кератометрических данных зависит от зеркальности роговицы, проведение манипуляции затруднено при сопутствующих травмах лба и подбородка, а также невозможности пациента сидеть вертикально перед прибором. При выполнении исследования через контактные линзы, ранее двух недель после прекращения ношения мягких контактных линз и трех недель после прекращения ношения жестких контактных линз, при использовании глазных капель и проведении других контактных манипуляций до оптической когерентной биометрии полученные данные могут быть неверными. При наличии отслойки сетчатки в центральной зоне или макулярного отека результаты измерений становятся вариабельными и неточными [11]. В настоящее время в клинической офтальмологической практике используют целый ряд оптических биометров. Более 15 лет «золотым стандартом» для проведения оптической биометрии является IOL-Master, который позволил значительно улучшить качество обследования пациентов [1, 22-24]. За это время в мире было проведено более 100 млн расчетов ИОЛ, доказана их точность. На сегодняшний день в базе данных сайта ULIB (User Group of Laser Interference Biometry) оптимизированы константы более 270 моделей ИОЛ на основании результатов более 50 000 операций по поводу катаракты [8, 25]. В основе работы IOL-Master 500 (версия 5.2) лежит частично когерентная лазерная интерферометрия (PCI) инфракрасным мультимодальным светодиодным лазером длиной волны 780 нм [26]. Излучение разделяется на два коаксиальных луча: один из пучков отражается от пигментного эпителия сетчатки (для измерения ПЗО), другой - от 6 гексагонально расположенных точек в 2,3 миллиметровой центральной зоне поверхности роговицы (для проведения кератометрии). По данным Американского национального института стандартов (1986 г.), Ассоциации по стандартизации Австралии (1994 и 1997 гг.), безопасными параметрами для проведения измерения с помощью оптической биометрии следует считать воздействие на сетчатку в течение 1 минуты лазерным излучением с длиной волны 780 нм и мощностью около 360 мкВт в области роговицы. Время, необходимое для одного измерения ПЗО, составляет 0,5 секунды, а для получения 10 продольных сканирований максимальное время непрерывного освещения - около 5 секунд, что значительно ниже стандарта безопасности [27]. Измерение длины глаза оптическим методом выполняется строго по зрительной оси как в мануальном, так и в автоматическом режимах. Пациент фиксирует взгляд на метке во время выполнения исследования, далее истинное значение ПЗО глаза рассчитывается по формуле: ALPCI = (OPL/1,3549 - 1,3033)/0,9571, где ALPCI - величина ПЗО (мм), откалиброванная в соответствии с иммерсионной ультразвуковой биометрией; OPL - значение длины глаза, полученное оптическим методом. Кроме того, измерение ПЗО может проводиться с использованием среднего рефракционного индекса глаза, который является эквивалентом средней скорости ультразвуковой волны. ALpci = OPL/npci, где npci - средний рефракционный индекс факичного глаза, равный 1,3549. Для артифакичного глаза с акриловой ИОЛ рефракционный индекс составляет 1,3530, с ИОЛ из полиметилметакрилата (ПММА) - 1,3515. Недостатком первых мультимодальных лазеров прибора IOL-Master было появление спектральных боковых максимумов, которые в 30% случаев приводили к возникновению ошибок при измерении ПЗО за счет появления дополнительных сигналов (вторичных интерференционных максимумов) после ретинального пика. Появление обновленного программного обеспечения (версии 5, IOL-Master) позволило устранить данную ошибку за счет усреднения показателей последовательных оптических сканов [28]. Интерферометрическая техника двойного луча исключает влияние продольных движений глаз на точность результата измерений: анализ полученных результатов измерений длины глаза проводится относительно толщины роговицы и других анатомических структур глазного яблока в измеряемой зоне. Средний результат ПЗО автоматически определяется на основании полученных пяти или десяти значений [6]. Наряду с измерением ПЗО глаза IOL-Master выполняет измерение глубины передней камеры глаза (ACD), горизонтального диаметра роговицы (параметра “от белого до белого” или WTW), диаметра зрачка (pupil diameter, PD), кератометрию, офтальмометрию [14, 16, 29]. Измерение глубины передней камеры на приборе IOL - Master осуществляется с помощью бокового (фокального) освещения и определяется как расстояние от эпителия роговицы до передней поверхности хрусталика. Измерение диаметра роговицы аналогично кератометрии, осуществляется путем оценки рефлексов Пуркинье от шести гексагонально расположенных инфракрасных диодов, фиксирующихся встроенной цифровой камерой. По мнению большинства авторов, диаметр зрачка не влияет на точность полученных данных [22, 27, 30]. Расчет ИОЛ проводится по формулам: SRK II, SRK/ T, Holladay, Hoffer Q, Haigis. У пациентов после кераторефракционных операций LASIK, LASEK, PRK расчет ИОЛ может осуществляться по формуле Haigis-L, методу клинической истории или с использованием специального набора контактных линз. Кроме того, выполняется расчет как переднекамерных, так и заднекамерных факичных ИОЛ. За последние 10 лет были разработаны приборы, основанные на оптической низкокогерентной интерферометрии (OLCI), - Lenstar LS 900 (Haag Streit, Switzerland), Aladdin (Topcon, Japan), OA-1000 (Tomey, Japan), OA-2000 (Tomey, Japan), AL-3000 (Tomey, Japan), AL-Scan (Nidek, Japan), и Galilei G6 (Ziemer, Switzerland) [2, 10, 31]. Бесконтактный оптический биометр Lenstar LS 900 применяется в клинической практике с 2008 года. В этом приборе суперлюминесцентный диодный лазер длиной волны 820 нм соединен с рефлектометром и используется в качестве фиксационной метки и измерительного луча. В отличие от IOL-Master, измерение всех параметров глазного яблока выполняется одновременно путем разделения отраженных сигналов по времени их возникновения [32]. Кератометрические параметры роговицы оцениваются по 32 точкам на передней поверхности роговицы, расположенным в виде двух колец диаметром 1,65 и 2,3 мм. Дополнительная опция Т-cone Toric Platform позволяет оценить значение кератометрии передней поверхности роговицы в центральной шестимиллиметровой зоне по проекции 11 колец Placido. Качественный анализ видеоизображения с высоким разрешением обеспечивается на основании интегрированного программного обеспечения EyeSuite, которое помогает в достижении точных результатов расчета торических ИОЛ. Исследования P.K. Verkicharla и соавт. [33] показали высокую точность и воспроизводимость результатов измерений периферической длины глазного яблока по горизонтальному меридиану в пределах от 0 до 35o, по вертикальному меридиану - до 30o от фиксационной точки с шагом в 5o с использованием приборов IOL-Master и Lenstar LS 900. Воспроизводимость результатов биометрии, полученных с помощью Lenstar LS 900, в данном исследовании превышала таковую на IOL-Master. Кроме того, Lenstar LS 900 позволяет измерить толщину роговицы (ССT) и сетчатки (Retina Thickness, RT). В приборе Aladdin (версия 1.07) оптическая низкокогерентная биометрия суперлюминесцентным диодным лазером с длиной волны 830 нм сочетается с Placido-кератотопографией. Показатели кератометрии рассчитываются на основании анализа данных, полученных более чем в 6200 точках, расположенных в виде 24 колец Placido в трехмиллиметровой оптической зоне передней поверхности роговицы. Менее чем за 5 секунд оператор одновременно получает 6 значений ПЗО, 4 показателя кератометрии и одно измерение глубины передней камеры глаза [34]. Одно из важных преимуществ данного биометра - выполнение динамической пупиллометрии, необходимой для обследования пациентов перед кераторефракционной хирургией и оперативным лечением катаракты с имплантацией мультифокальной ИОЛ. Прибор ОА-1000 содержит функцию Fourier-domain A-scan, которая обеспечивает высокое проникновение светового импульса, позволяя выполнять измерения у пациентов с плотными катарактами. Расчет ИОЛ проводится как по стандартным формулам расчета, так и методом трассировки лучей (ray tracing) при подключенном программном обеспечении OKULIX. Инновационная технология кругового перемещения опорного зеркала “HIGH SPEED OPTICAL RETARDATION GENERATING METHOD” увеличивает скорость проведения исследования до 10 измерений в течение одной секунды [35]. Биометр OA-2000 (Tomey) сочетает преимущества прибора ОА-1000 и Placido-кератотопографию в оптических зонах диаметром 2,0; 2,5 и 3 мм. В 2012 году появился оптический биометр AL-scan, получивший премию за выдающееся качество и дизайн “Reddot design award 2012” в Германии. Принцип его работы основан на оптической низкокогерентной рефлектометрии суперлюминесцентным диодным лазером длиной волны 830 нм. Наличие режима 3D фиксации взора позволяет выполнять исследование автоматически с рабочей дистанцией 45 мм, а усовершенствованный SNR - алгоритм с подавлением шума и повышением уровня сигнала дает возможность измерять ПЗО у пациентов с плотной катарактой [17, 36]. Кроме того, AL-scan используется для оценки параметров роговицы с помощью кератометрии по 360 точкам в виде двух колец диаметром 2,4 и 3,3 мм на передней поверхности роговицы и Шаймпфлюг-сканирования. Это устройство обладает высокой воспроизводимостью результатов биометрических измерений, опцией расчета оптической силы ИОЛ по формулам SRK, SRK II, SRK/T, Binkhorst, Hoffer Q, Holladay, Haigis, Camellin-Calossi (“History”& “Non-History”), Shammas-PL. Использование функции визуализации кератометрических меридианов помогает в предоперационной разметке горизонтальной оси роговицы, определении положения оси имплантируемой торической ИОЛ [37]. Новым прорывом в проведении бесконтактной биометрии глаза явилось появление прибора Galilei G6 (Ziemer), сочетающего в себе преимущества оптической низкокогерентной биометрии с длиной волны излучателя 880 нм и трехмерного анализа изображения переднего отрезка глаза на основе технологии вращающейся двухканальной Шаймпфлюг-камеры и проекции дисков Placido [38-40]. Проецирование колец Placido предоставляет данные о топографии, кривизне передней поверхности роговицы, а вращающаяся двухканальная Шаймпфлюг камера - о рельефе передней и задней поверхности роговицы, биометрии переднего сегмента глаза, аберрометрии роговицы. Две Шаймпфлюг камеры прибора дублируют данные биометрии, технология компенсации движений глаза, основанная на первом рефлексе Пуркинье (блик от передней поверхности роговицы), и циклоторсионных отклонений во время исследования исключает ошибку при децентрации измерения. При использовании Galilei G6 в расчете ИОЛ учитываются данные осевой диаграммы, рефракции и волнового фронта роговицы. По данным T. Olsen и соавт. [41], компенсация сферической аберрации роговицы с помощью ИОЛ позволяет повысить качество зрения пациентов с артифакией. В связи с тем, что современная катарактальная хирургия перешла в разряд рефракционной офтальмохирургии, отдельное внимание уделяется коррекции роговичного астигматизма торическими ИОЛ [42-46]. По данным Ji-Hye Park [47], от 15 до 29 % пациентов с катарактой имеют роговичный астигматизм более 1,5 дптр, от 3 до 15 % пациентов - более 2,0 дптр. Установлено, что результаты измерений астигматизма, полученные с помощью оптической, автоматической и ручной кератометрии, могут значительно различаться [48, 49]. При сравнении данных, полученных с помощью авторефкератометрии и томографии роговицы на основе колец Placido и двойной Шаймпфлюг камеры, L. Zhang и соавт. [24] определили, что кератометрия передней поверхности роговицы не отражает общий астигматизм роговицы. Сравнительная оценка результатов биометрии пациентов с астигматизмом слабой степени выявила отсутствие значимых различий средних значений астигматизма, полученных с помощью авторефкератометра и двойной Шаймпфлюг-Плачидо томографии. Однако кератометрия без учета задней поверхности роговицы имела тенденцию к завышению цилиндрического компонента прямого астигматизма и занижению параметров обратного астигматизма. Таким образом, получение истинного значения кератометрии с учетом астигматизма задней поверхности роговицы является оптимальным для расчета оптической силы торических ИОЛ [48, 50] Последняя разработка в сфере оптической биометрии - прибор IOL-Master 700 (Carl Zeiss Meditec) дает возможность выполнять бесконтактные измерения под контролем визуализации измеряемых структур: роговицы, хрусталика, стекловидного тела, макулярной зоны сетчатки, благодаря встроенной оптической когерентной томографии (OКT) на основе Swept Source технологии. Во время проведения биометрии на IOL-Master 700 одновременно осуществляется определение атипичного расположения, подвывиха хрусталика, оценка степени возрастных изменений хрусталика и стекловидного тела, диагностика гемофтальма, отслойки сетчатки, экссудативной формы ВМД и центрального макулярного разрыва, объемных внутриглазных новообразований. W. Sekundo рекомендует при выявлении макулярной патологии проводить более детальное исследование центральной зоны сетчатки на оптическом когерентном томографе [цит. T. Donald, 8]. По мнению H.J. Shammas и соавт. [51], для пациентов с неуверенной зрительной фиксацией опция оценки фиксации взгляда пациента по положению и конфигурации макулярной области приобретает особую значимость. Отсутствие фовеальной ямки на OКT-изображении свидетельствует об отклонении плоскости измерения от зрительной оси. Выполнение исследования со скоростью 2000 сканов в секунду в режиме 2D по шести осям дает возможность обследовать пациентов с более плотными катарактами [52]. Телецентрическая система прибора позволяет получать точные значения оптической силы и кривизны роговицы на нефиксированном расстоянии от исследуемого глаза. Аналогично последней версии IOL-Master 500, референтное изображение сосудов в области лимба - ORI (Optic Reference Image) транслируется на компьютер операционного микроскопа (Callisto eye), соединенного с микроскопом серии Lumera. В ходе операции совмещение референтного изображения и непосредственного изображения оперируемого глаза позволяет позиционировать торическую ИОЛ, выполнять капсулорексис и основной разрез роговицы без предварительной маркировки глаза пациента [37]. Расчет оптической силы торических линз осуществляется непосредственно на приборе, без применения онлайн калькулятора. Ряд авторов показали высокую достоверную корреляцию между результатами биометрии, полученными с помощью оптической частично когерентной интерферометрии (PCI) и оптической низкокогерентной рефлектометрией (OLCR) [10, 53, 54]. По данным J. Huang и соавт. [55], при сравнении точности и воспроизводимости результатов биометрии на приборах IOL-Master и AL-scan значения ПЗО и ACD были идентичными, установлена достоверная высокая корреляция между данными кератометрии, полученными на IOL-Master и AL-scan в зоне 2,4 мм, по сравнению с кератометрическими значениями, полученными на приборе IOL-Master и AL-scan в зоне 3,3 мм. Авторы рекомендуют использовать зону 2,4 мм для расчета оптической силы ИОЛ. М. Tehrani и соавт., M. Packer и соавт. [13, 18] не выявили достоверных различий в точности биометрии, выполненной с помощью оптического и ультразвукового иммерсионного методов. Достоверность результатов биометрии с использованием оптического метода оценивается по показателю соотношения сигнала и шума SNR. При SNR < 2,1 в приборе IOL-Master измерения недостоверны. Причиной низкого SNR может быть помутнение оптических сред и плохая фиксация взора вследствие низкой остроты зрения. Применение частично когерентной интерферометрии (PCI) для оптической биометрии ограничено примерно в 20% случаев (от 8 до 21%) [56] у пациентов с плотной задней субкапсулярной катарактой, плотной задней субкапсулярной катарактой в сочетании с ядерной катарактой, зрелой катарактой, при гемофтальме и других патологических состояниях, сопровождающихся значительным снижением прозрачности оптических сред глаза [57, 58]. В приборах с функцией предварительного анализа интенсивности интерферирующей волны данный показатель может быть снижен приблизительно до 10% [6]. По данным H. Shammas и соавт. [36] применение оптической низко-когерентной рефлектометрии (OLCR) в приборе LENSTAR в режиме «Плотная катаракта» значительно повышает результативность исследования, позволяя выполнить измерение длины глазного яблока в 91-96 %. При ретроспективном анализе измерений в стандартном режиме длины 4523 глаз взрослых пациентов с катарактой исследование удалось выполнить в 94,4% случаев. При применении режима “Dense Cataract Measurement mode” в оставшихся 268 случаях, биометрия была успешно выполнена в 71% случаев. Таким образом, высокая точность и воспроизводимость полученных результатов вне зависимости от опыта оператора, бесконтактность проводимых исследований обеспечили широкое распространение оптической биометрии в клинической офтальмологической практике [15-17, 19]. В то же время приблизительно в 20% случаев у пациентов с низкой прозрачностью оптических сред глаза ее применение ограничено [6, 56, 59]. Отмечается высокая корреляция между результатами оптической и иммерсионной ультразвуковой биометрии [18].

About the authors

T. N Kiseleva

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Moscow, 105062, Russian Federation

O. G Oganesyan

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Moscow, 105062, Russian Federation

L. I Romanova

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Email: info@igb.ru; l.rommanova@gmail.com
Moscow, 105062, Russian Federation

S. V Milash

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Moscow, 105062, Russian Federation

A. V Penkina

The Helmholtz Moscow Research Institute of Eye Diseases, Russian Ministry of Health

Moscow, 105062, Russian Federation

References

Supplementary files