Techniques in peripheral refraction research. Literature review

Abstract

Recent clinical and experimental studies have demonstrated the importance of peripheral optics of the eye in postnatal refractogenesis and the development of myopia. Considering the increased interest in the study of peripheral refraction, this literature review summarizes information on the techniques of studying peripheral refraction both in Russia and internationally.

Full Text

В научной литературе последних лет предметом активного изучения является роль периферического преломления в процессе постнатального рефрактогенеза и формирования миопии [1–4]. Целый ряд экспериментальных исследований показал, что внеосевая периферическая рефракция (ПР) влияет на рост глаза и развитие центральной (осевой) рефракции [4, 5]. ПР — это преломление лучей, проецирующихся на парацентральные и периферические отделы сетчатки. Индуцированный в эксперименте гиперметропический периферический дефокус мог служить фактором, стимулирующим рост глаза, а наведенный миопический периферический дефокус, наоборот, ингибировать рост глаза. Данные о взаимосвязи возникновения аномалий рефракции и периферического преломления противоречивы. Ранние исследования ПР предполагали, что естественный периферический гиперметропический дефокус человеческого глаза мог быть триггером к развитию миопии по аналогии с экспериментальными исследованиями [6, 7]. Однако последующие масштабные продольные исследования не выявили корреляции между периферической дефокусировкой и развитием или неразвитием миопии у детей [8, 9]. В клинической практике оптические стратегии профилактики прогрессирования миопии в формате очков и контактных линз, нацеленные на создание миопического периферического дефокуса, показали эффективность в снижении темпов роста глаза [10]. Предположение о возможной связи между развитием близорукости и ПР стимулирует производителей к созданию новых средств коррекции прогрессирующей миопии, учитывающих периферическое преломление [11, 12]. Таким образом, значительное внимание фундаментальных и клинических исследований направлено на периферию сетчатки и обосновывает всесторонний анализ периферического преломления с помощью различных методов.

Изучение периферического преломления началось более 200 лет назад с работы Томаса Юнга «On the mechanism of the eye» 1801 года [13], в которой он впервые описал осевой и внеосевой (периферический) астигматизм человеческого глаза. Ранние исследования ПР в начале ХХ века были выполнены в контексте изучения физиологии зрения в фовеа и парафовеа [14].

Первое целенаправленное исследование ПР выполнено в серии работ Ferree, Rand и Hardy 1931, 1932 и 1933 гг. [15–17]. Впервые была установлена связь между ПР и формой глаза или «конформацией» сетчатки у 21 пациента по изменению сферического эквивалента рефракции от центральной оси (on-axis) к периферии (off-axis) при различных углах отклонения взора. ПР измерялась авторами мануально на специально модифицированном параллаксном рефрактометре фирмы Zeiss в горизонтальном меридиане, до 60° к носу и к виску от центра фиксации. Измерение проводилось с поворотом глаз и вращением прибора. Данная методика, по мнению Ferree и соавторов, «была разумно выполнима, удовлетворительна и точна» [16].

Измерение ПР в горизонтальной плоскости мануальным (ручным) рефрактометром с различным диапазоном отклонения взора (до 60°) проводили и другие авторы, используя для этого при измерении отклонение взора, отклонение прибора или комбинацию отклонения взора и прибора [18, 19]. Недостатком данной методики является субъективизм мануального измерения и трудности в интерпретации данных, полученных в крайнем положении взора, из-за аберраций периферии оптической системы глаза (астигматизм косых пучков).

Rempt и соавторы в 1971 году [20] первыми предложили использовать для измерения ПР эксцентрическую ретиноскопию с помощью ретиноскопа «Hamblin». Методика ретиноскопии основана на свойстве глазного дна не только поглощать, но и отражать падающий на него свет [21]. Периферическую ретиноскопию (ПРС) проводили в затемненной комнате с узким зрачком. Обследуемый последовательно фиксировал метки, соответствующие углу отклонения взора, расположенные в 3 метрах от него в горизонтальной плоскости в пределах 60° эксцентриситета. Результаты ПРС авторы впервые связали с ошибкой рефракции в центре. Периферическая ретиноскопия в различных работах позволяла измерять ПР до 80° от центра фиксации, как это было продемонстрировано в работе Leibowitz и соавт. в 1972 году [22]. Главным преимуществом данного метода измерения ПР является простота исследования и малые габариты прибора в сравнении с мануальным и автоматическим рефрактометром. L.F. Hung и соавторы успешно провели измерение ПР даже у детенышей макак с помощью периферической ретиноскопии с эксцентриситетом до 45° [23]. Недостатком данной методики остается субъективность в трактовке результатов (рефлекса) и трудности измерения в крайних положениях взора из-за появления феномена «раздвижной двустворчатой двери», который увеличивается пропорционально изменению эксцентриситета. Данный феномен описывается Rempt и соавт. [20] как два одновременных движения тени в разные стороны зрачка пациента, создающие впечатление открывающейся и закрывающейся раздвижной двухстворчатой двери; его появление, очевидно, связанно с нарастанием аберраций волнового фронта от центра фиксации к периферии.

Было предложено исследовать ПР по изменению волнового фронта от центра фиксации к периферии [3, 19, 24, 25]. В основном для этой цели использовали аберрометры с датчиком Hartmann-Shack. Принцип действия заключается в следующем [26]: с помощью диодного лазера (инфракрасного) с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз. Каждая микролинза собирает неаберрированные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций. Преимуществом периферической аберрометрии в измерении ПР является способность оценивать как данные рефракции, так и профиль аберраций высшего порядка.

Менее распространенные методики исследования ПР использовали метод фоторефрактометрии [19, 25, 27] и метод на основе технологии «двойного прохода» (Double-Pass) [19, 28]. Методика периферической фоторефрактометрии основана на использовании инфракрасного источника света для освещения сетчатки, преломляющая сила определяется по анализу наклона света в плоскости зрачка при эксцентричной фиксации. В клинической практике периферическая фоторефрактометрия может быть осуществлена при помощи прибора Plusoptix PowerRefractor (Plusoptix, Германия). В недавнем исследовании AM Morrison и DO Mutti сравнили достоверность и повторяемость трех приборов для исследования ПР [25]. Plusoptix PowerRefractor был наименее точным и воспроизводимым. Измерение ПР с помощью технологии «двойного прохода» основано на анализе изображения центральной и периферической функций рассеяния точки (PSF), используется несерийное оборудование.

В последние годы исследование ПР проводят в основном на авторефрактометрах [2, 7–9, 12, 19]. Это простой и объективный способ измерения рефракции, результаты измерения не зависят от оператора в отличие от мануальной рефрактометрии и эксцентрической ретиноскопии. Все авторефрактометры можно условно разделить на 2 типа: «закрытого поля», где мишень находится внутри прибора в виртуальном пространстве, и «открытого поля» — мишень для фиксации находится в реальном пространстве. В России первая методика измерения ПР была разработана в «НМИЦ глазных болезней им. Гельмгольца» Минздрава России (патент РФ №2367333 от 20.09.09) на основе авторефрактометра «закрытого поля» [29]. Для измерения рефракции в определенных периферических меридианах к экрану авторефрактометра «Topcon RM-A6500» прикладывали специально разработанную масштабную сетку с рассчитанной ценой деления. Под контролем оператора исследуемый отклонял взор влево и вправо до совмещения светового рефлекса с нужным делением сетки. Описанная методика позволяла проводить измерения в зонах до 10–12° к носу и к виску от центра фовеа, более периферические участки оставались недоступными.

В большинство современных методик измерения ПР используется для этого бинокулярный авторефрактометр «открытого поля» производства Grand Seiko и Shin-Nippon. «Открытое поле» позволяет измерять ПР на узкий и широкий зрачок в горизонтальной плоскости, в вертикальной и косой, в том числе в очках и контактных линзах [7–9, 12, 30]. Методика измерения заключается в последовательной фиксации меток или световых диодов, находящихся на различном расстоянии в реальном пространстве с носовой, височной, верхней или нижней стороны от центра. Угол отклонения взора легко рассчитывается, исходя из известного расстояния до объекта фиксации в центре. Для фиксации меток используют 3 различных способа: 1) с дозированным отклонением взора, 2) с соответствующим поворотом головы так, чтобы фиксировать метку в прямом положении взора и 3) с поворотом прибора при неподвижности головы и глаз обследуемого.

В некоторых работах отмечалось, что при отклонении глаза, особенно до 40° и особенно при длительном наблюдении объекта, ПР из-за давления век и экстраокулярных мышц имеет сдвиг в сторону миопии по сравнению с измерением в условиях поворота головы или прибора [27].

В сравнительном исследовании H. Radhakrishnan и W.N. Charman [31] не было обнаружено значительной разницы в измерении ПР при фиксации метки с поворотом глаз или с поворотом головы по крайней мере для угла отклонения 30° и длительности фиксации менее 2,5 минуты. Совсем иная ситуация может складываться при измерении в условиях оптической коррекции. Различные участки очковой линзы могут попадать в зону измерения в зависимости от выбранного способа, в свою очередь движения глаза могут вызывать смещение (децентрацию) контактной линзы. В работе Е.П. Тарутты и соавторов было показано, что профиль ПР при контактной (ортокератологические линзы, мягкие контактные линзы) коррекции и в интактных глазах не зависит от направления взора. При очковой коррекции величина относительного периферического дефокуса различна при взгляде прямо и при отклонении взора [12].

Была показана хорошая повторяемость результатов измерения ПР на авторефрактометрах «открытого поля» как в интактных глазах [32, 33], так и в глазах после решейпинга роговицы [33]. Однако с увеличением угла отклонения взора воспроизводимость результатов ухудшалась.

На формирование ПР глаз влияют не только оптические факторы (эксцентриситет роговицы, глубина передней камеры (ГПК), аберрации косого вхождения лучей при эксцентричном направлении взора, форма и кривизна поверхностей хрусталика, индекс преломления оптических сред), но и анатомические — форма глаза [34].

Поскольку во всех оптических методиках измерения ПР при отклонении взора значительно увеличивался астигматизм и сравнение получаемых сферических эквивалентов рефракции нельзя считать точным, более адекватным, очевидно, следует признать измерение длины глаза при различных положениях взора с получением контура сетчатки. Получаемая при этом относительно меньшая, чем в центре, длина глаза свидетельствует о периферической гиперметропии и вытянуто-эллипсоидной форме глазного яблока, а, напротив, большая, чем в центре — о периферической миопии и сжато-эллипсоидной форме глаза.

Впервые измерять контур («крутизну») сетчатки у детей с близорукостью предложил G.F. Schmid и соавторы на специально разработанной модельной установке — оптическом низкокогерентном лазерном рефлектометре, который позволял определять длину глаза по зрительной оси и в пределах 10° к периферии от центра фовеолы [35].

Современные методики для измерения периферической длины глаза (ПДГ) используют оптические биометры IOL Master (Carl-Zeiss Meditec AG, Jena, Германия) и Lenstar (Haag Streit, Bern, Швейцария), основанные на технологии частично когерентной интерферометрии и оптической низкокогерентной рефлектометрии, соответственно [36–39]. Пациент последовательно фиксирует эксцентрично расположенные метки. Угол отклонения взора вычисляется с помощью известного расстояния от передней поверхности роговицы до прибора по оптической оси. Длину глаза в центре и в периферических отделах измеряют от передней поверхности роговицы (эпителий) до пигментного эпителия сетчатки. Метод бесконтактный, имеет высокую разрешающую способность [37, 40].

Очевидно, что для суждения о том, дает ли исследование ПР с помощью авторефрактометра и ПДГ с помощью оптической биометрии идентичную информацию о форме сетчатки, необходимы параллельные измерения обоими методами на одном и том же контингенте пациентов, однако такие работы единичны. В работе Е.П. Тарутты и соавторов у детей с миопией различной степени в среднем получено высокое совпадение результатов периферической рефрактометрии и частично когерентной интерферометрии в изучении контура сетчатки в зонах 15° к виску, 15° и 30° к носу от центра фовеа [36].

Проведенные параллельные исследования ПР и ПДГ явились, по сути, клинической моделью для сравнительной оценки диагностической ценности рефрактометрии и частично когерентной интерферометрии [38, 39]. Измененная под действием FS-LASIK и ОКЛ топография и преломляющая сила роговицы оказала значительное влияние на результаты периферической рефрактометрии и практически не сказалась на результатах частично когерентной интерферометрии. Очевидно, что первый метод позволяет определять периферический дефокус, в том числе индуцированный различными хирургическими или нехирургическими воздействиями на роговицу. В то же время оптическая биометрия не выявила индуцированных FS-LASIK и ОКЛ изменений роговицы. Это позволяет считать, что данный метод в большей степени отражает анатомическую, а не оптическую составляющую и позволяет судить о контуре сетчатки даже в глазах с измененной различными воздействиями оптикой.

Основные исследования ПР проведены на взрослых и детях школьного возраста. На сегодняшний день нет ни одной действующий методики измерения ПР у младенцев, хотя получение такой информации будет полезным для понимания процесса рефрактогенеза.

С учетом возросшего интереса к изучению ПР и ее возможного влияния на прогрессирование миопии является актуальным внедрение в клиническую практику современных методик параллельных исследований ПР и ПДГ, отвечающих следующим критериям: простота исследования, возможность измерения на серийном оборудовании, воспроизводимость данных, диапазон отклонения угла не менее 30°, возможность фиксировать метки различными способами.