【摘要】晶状体外伤是眼外伤发生后造成视觉功能下降的重要原因。目前,晶状体外伤仍缺乏明确的分类标准和细致全面的检测手段,诊断和术前评估、手术时机的选择、手术的决策和术后预后判断等重要诊疗环节上尚存诸多争议和挑战。计算机断层扫描、核磁共振成像、光学相干断层扫描等断层扫描成像类技术为晶状体外伤的评估提供了新的观察维度,在晶状体外伤中对晶状体透明度、质地、位置、形态、完整性以及悬韧带和邻近其他眼内结构的观察和评估起到了重要作用。然而,受限于单一技术的局限性,断层扫描成像技术在该类疾病中的应用仍存在一定限制。随着未来影像技术的迭代和人工智能大数据相关技术的快速发展,断层扫描成像类技术将日益在晶状体外伤诊疗过程中担当不可或缺的重要角色。本专家组就晶状体外伤的流行病学特点及分类、目前晶状体外伤诊疗面临的主要挑战进行回顾,主要围绕目前断层扫描成像技术在晶状体外伤诊疗中的具体应用、不足与局限及未来发展方向等提出专家推荐意见。
基金项目:浙江省科技厅领雁计划(2023C03090)
DOI:10.3760/cma.j.cn115989-20240531-00140
晶状体是眼部重要的屈光结构,也是唯一有调节能力的屈光间质,其透明性、完整性以及正常的位置是维持其正常功能的关键。晶状体拥有平均厚度仅为7 μm的囊膜[1]、直径5~30 μm的悬韧带透明束[2]、致密分布且透明的晶状体上皮细胞和晶状体纤维,这些眼部组织在遭受各种原因的外力损伤时极易受到损伤。一旦晶状体外伤引起晶状体透明度改变、位置异常、形态变化或者完整性破坏,视功能将会受到较大影响。目前,晶状体外伤仍缺乏明确的分类标准和细致全面的检测手段,诊断和术前评估、手术时机的选择、手术的决策和术后预后判断等重要诊疗环节上尚存诸多争议和挑战。断层扫描成像类技术为晶状体外伤的评估提供了新的观察维度,本专家组就晶状体外伤的流行病学特点及分类、目前晶状体外伤诊疗面临的主要挑战进行回顾,主要围绕目前断层扫描成像技术在晶状体外伤诊疗中的具体应用、不足与局限及未来发展方向等提出专家推荐意见。
1 国内外关于晶状体外伤的流行病学特点及分类
据统计,每年全球会发生550万次眼外伤,其中年轻人和男性是眼外伤的好发人群,晶状体外伤是眼外伤发生后造成视觉质量下降的主要原因之一,约65%的眼外伤会造成晶状体外伤,因晶状体外伤致盲者全球每年约160万人[3,4]。在发达国家,晶状体外伤是引起成年人单侧盲的主要原因之一。国内目前尚缺乏关于晶状体外伤的流行病学调查资料,自2012年由马志中教授发起的中国眼外伤登记网目前仍在收集统计相关数据[5]。由于晶状体外伤成因复杂以及疾病转归因素多变等因素的影响,迄今晶状体外伤仍缺乏统一的分类标准[6]。目前已有的眼外伤分类标准主要为1996年建立的伯明翰眼外伤术语系统(The Birmingham Eye Trauma Terminology system,BETT)[7],至今已有近30年,故2022年IGATES(the International Globe and Adnexal Trauma Epidemiology Study)在眼外伤标准调查中提出了更新眼外伤分类系统的建议[8]。尽管如此,无论是BETT还是更新的IGATES标准,均未对晶状体外伤制定明确的分类标准。
2 目前晶状体外伤诊疗面临的主要挑战
临床中相当一部分晶状体外伤患者首诊为急诊,与常规眼病诊疗相比可用资源较为有限,这使得晶状体外伤存在以下临床诊疗困境:(1)客观检查设备不足 目前,晶状体外伤的诊断主要依靠裂隙灯显微镜下(及裂隙灯显微镜下照相)主观判断,客观检查设备的不足和影像诊断标准的缺失使得诊断基于临床医生的经验判断,缺少客观依据。(2)对晶状体外伤诊断的常用影像设备[眼前节光学相干断层扫描(anterior segment optical coherence tomography,AS-OCT)、超声生物显微镜(ultrasound biomicroscopy,UBM)等]穿透能力欠佳 当前眼科影像学设备在晶状体外伤的诊疗中尚存在弊端,如接触式成像方式在部分眼穿通或破裂伤患者中并不适用、部分影像设备分辨率不足、对晶状体及周边组织探测的敏感度不足、对晶状体后囊和前部玻璃体等特殊位置的观察能力欠缺等。(3)缺乏晶状体外伤的术中评判方法 由于晶状体外伤常涉及悬韧带损伤,术中患者为仰卧位,体位改变可能导致悬韧带损伤的晶状体位置发生改变,在大部分常规术前检查中无法探查这一体位改变带来的影响。(4)对晶状体邻近组织的评估存在局限性 晶状体位于眼前节,其外伤常合并角膜、虹膜、房角损伤和玻璃体疝等,而晶状体邻近组织的损伤与否及其程度、晶状体与受累的周围组织的相对位置关系的改变与否是手术方案制定中的重要因素,目前缺乏相应的客观评价方法。(5)缺乏对晶状体内异物形状和位置的精准评估方法 晶状体异物的性质和位置的精准判定在围手术期的感染预防、手术方案制定和手术过程的实施中是重要的考虑因素,当前在该方面的客观量化评估手段和研究都非常欠缺。这使得晶状体外伤的诊断、术前评估、手术时机的选择、手术方案的决策和术后预后判断等重要诊疗环节上尚存在诸多争议和挑战[6]。
3 目前晶状体外伤诊疗中涉及的主要断层扫描成像技术
相较于普通晶状体疾病,晶状体外伤常合并球内异物与屈光介质混浊,伴随损伤的组织常位于组织深部,眼科成像系统中的深度信息显得更为重要。相比常规的裂隙灯显微镜检查,目前用于眼科的断层成像系统能提供组织深层的影像信息,为晶状体外伤的评估提供了新的观察维度。除在眼外伤诊疗过程中常规使用的计算机断层扫描(computed tomography,CT)以及核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)外[9],眼科常用的断层扫描成像技术,包括基于Scheimpflug原理的眼科断层扫描仪[10]以及AS-OCT[11]都能够在不同体位、不同深度(6 mm以上)以及多种轴向分辨率(10 μm以下)提供晶状体的影像信息。尽管眼科UBM属于超声影像,但也能够在较高轴向分辨率(50 μm)的成像能力下,提供较广范围内的立体深度信息,将其与其他眼科断层扫描成像技术一并讨论[12]。CT和MRI虽然能够提供全眼球和眼周组织形态,但存在费用昂贵、分辨率不足、等待周期较长、空间幽闭缺陷,对晶状体的形态细节和位置检测能力较欠缺。UBM是临床中常用的晶状体外伤检查设备,其利用50~100 MHz的高频超声波获得眼前节的高分辨率图像穿透组织较深,并可获取仰卧状态下的信息,在术前即可为术者提供必要的影像,包括部分悬韧带情况、晶状体后囊完整度以及晶状体位置。但UBM较高频率限制了其探查深度(≤5 mm),且部分外伤性白内障的晶状体膨胀,UBM不能显示晶状体后囊。同时轴向分辨率有限,因其接触式检查的属性,应用受到限制。20 MHz B型超声介于传统B型超声(10 MHz)和UBM(50 MHz)之间,分辨率为75 μm,组织穿透深度为12 mm,可更清晰地呈现晶状体全貌,精确评估后囊的完整性。基于Scheimpflug原理的眼科断层扫描仪在晶状体外伤的定性诊断中发挥辅助作用,可在非接触条件下对眼前段组织较为完整的晶状体外伤患者进行成像,但受到成像深度的限制,无法完整探测晶状体位置和后囊膜完整度,同时对晶状体周边组织的成像细节常会出现缺失。AS-OCT是近年来发展的眼科成像设备,具有光学相干层析成像的特性,在断层扫描成像技术中轴向分辨率更高,可在非接触前提下对患者进行眼前节三维成像,目前已实现对晶状体形态、位置以及后囊膜完整度的全面探测,对晶状体周边组织也能实现微米级的立体成像。传统频域OCT波长为780~820 mm,探查的病灶深度较浅,目前主流的AS-OCT基于扫频源OCT技术,其波长达到1 060 nm,可探查到眼内6 mm深度的结构,观察到更深层的病灶区域。但基于光学成像原理,对前房存在晶状体皮质遮挡、虹膜损伤遮挡以及眼前段积血及炎症的患者,AS-OCT存在探测盲区。鉴于以上设备各有优劣,目前对晶状体外伤的诊疗成像技术尚无临床金标准,对于此类患者,宜采用多设备综合辅助检查以协助临床诊疗。
4 目前断层扫描成像技术在晶状体外伤诊疗中的应用
4.1 术前断层扫描成像技术对外伤眼晶状体位置的评估
在晶状体外伤术前手术方案制定的过程中,晶状体的位置是需要重点考虑的因素之一。MRI设备分辨率高,可用于完整拍摄晶状体并量化评估其位置。晶状体半脱位在断层扫描成像下往往呈现一些隐匿性特征,如双眼前房深度不同、单眼前房不同位置深度不同等,在临床评估中常需要医师仔细对比双眼图像以及单眼图像不同位置中晶状体的影像信息,但目前系统性研究中仅针对晶状体半脱位眼进行量化评估。Lee等[13]采用9.4T的MRI设备在体拍摄了晶状体位置并进行了量化分析,其数值与AS-OCT所获取的数据接近。在临床实践中,MRI不受虹膜和巩膜遮挡,能弥补光学成像设备的不足,但是由于高分辨率MRI设备价格极其高昂,因此常被用作判断外伤后晶状体位置的最后手段。与之相对应,AS-OCT常用来初步评估外伤后晶状体的位置。Martinez-Enriquez等[14]采用AS-OCT获取了27个离体眼球的晶状体位置数据,为AS-OCT在评估异常晶状体位置的临床应用奠定了基础。Kuriyan等[15]采用AS-OCT拍摄晶状体半脱位,首次实现了AS-OCT评估先天性晶状体位置异常的可视化。Chen等[16]采用AS-OCT生物测量仪对1 097例白内障患者晶状体位置进行测量,并分析了其影响因素,发现晶状体位置可以预测术后人工晶状体倾斜和偏心的风险并建立了预测模型。然而,目前的研究仅用AS-OCT测量了正常人群或白内障人群的晶状体位置,对晶状体外伤后晶状体位置的精确测量研究仍为空白。与AS-OCT不同,UBM能避免虹膜等组织的干扰,并可在仰卧位进行晶状体位置成像。Yu等[17]采用UBM测量了年龄相关性皮质性白内障患者晶状体位置。Ruan等[18]应用新型UBM Insight 100对活体正常晶状体进行了生物学测量,提出新型超高频UBM Insight 100较传统UBM具有更小的侵入性,穿透性更好,可以更好地观察虹膜后面的周边晶状体,结合软件可精确测量晶状体前后表面参数。Suwan等[19]报道UBM可见特征性的虹膜特征,也能够协助医师发现隐匿性晶状体半脱位。因此,对于眼前节情况较为复杂的情况,如合并眼内炎症、皮质溢出、虹膜损伤等采用AS-OCT检查对晶状体位置无法完整成像的晶状体外伤患者,建议可结合使用AS-OCT和UBM检查。对于隐匿性晶状体半脱位患者,建议对比对侧眼影像以及单眼不同位置中晶状体影像,重视UBM图像上的影像学特征。对晶状体全脱位或不全脱位较为严重的患者,有条件可辅以高分辨MRI。
4.2 术前断层扫描成像技术对悬韧带的直接与间接评估
晶状体外伤后,悬韧带损伤程度与晶状体位置和活动度有着密切关联。悬韧带位于虹膜之后且悬韧带束直径纤细,因此能避免光学限制且有较高轴向分辨率的UBM是观察悬韧带的首选。McWhae等[20]首次采用UBM观察了49例眼外伤患者的悬韧带损伤。Marques等[21]采用UBM观察到眼外伤患者悬韧带的轻微损伤,并描述了5种特殊的损伤亚型(偏心注视时可见晶状体赤道部、原发位置时晶状体核偏心、位于虹膜与晶状体间隙、晶状体周边轮廓改变以及局部虹膜颤动)。Tripathy等[22]采用UBM对109眼外伤眼进行成像并描述了其中悬韧带形态损伤的相关因素(外伤评分、外伤原因等)。Bhatt等[23]采用UBM对142眼合并屈光介质混浊的外伤眼的悬韧带进行成像,发现3:00~6:00位的悬韧带最易受到钝挫伤。而AS-OCT仅在虹膜缺损的特殊情况下才能对悬韧带进行成像[24]。目前对晶状体外伤后晶状体悬韧带损伤的研究仍较为局限,集中于单一成像维度上的评估,未来需要在多场景多成像维度上进行全方位的研究。
4.3 术前断层扫描成像技术对晶状体完整性的评估
晶状体的完整性评估是术前决定晶状体外伤眼的手术方式以及判断视力预后的重要因素之一。晶状体外伤的形式多样,程度个体差异较大,如合并有严重溢出的晶状体皮质会对其前囊膜成像产生干扰,因此目前尚缺乏针对于晶状体前囊膜损伤的眼科影像学系统性分类,先前可以检索到的研究仅局限于术中吲哚菁绿染色法对晶状体外伤中前囊膜的完整性评估[25]。Tabatabaei等[26]对20 MHz的B型超声、AS-OCT以及基于Scheimpflug原理的眼前段相机在晶状体外伤眼的后囊膜完整性评估的准确性进行比较,发现相较于AS-OCT和Pentacam,20 MHz的B型超声对晶状体后囊膜破损的检出率更高。但Tabatabaei等[11]采用50 MHz的UBM和基于扫频原理的AS-OCT对晶状体外伤眼后囊膜完整性进行探测,发现AS-OCT对晶状体后囊膜破损的探测准确性高于UBM。目前的研究认为,波长更长、扫描速度更快的扫频AS-OCT探测范围更广,扫描角度更全面,对晶状体后囊膜完整性的探测优于UBM,但对屈光介质严重混浊的患者,术前采用UBM辅助对晶状体后囊膜的评估更有价值。在未来,AS-OCT的高分辨率成像对晶状体囊袋的精准评估将协助医师对手术过程中人工晶状体植入位置作出决策辅助。
4.4 术前断层扫描成像技术对晶状体混浊度和弹性的评估
晶状体混浊度及弹性与术中超声乳化能量的选择和术后并发症的发生有着紧密关系。然而,目前在体晶状体硬度的生物力学检测方法学研究仍处于早期阶段,主要集中于AS-OCT和布里渊生物显微镜的弹性成像技术[27,28],临床上尚缺乏商品化的生物测量仪。若生物弹性测量的断层扫描成像技术用于临床,其喷气或超声激励方式是否会对已有外伤的晶状体造成二次损伤仍需要进一步评估。目前已有一系列使用基于Scheimpflug原理的眼前段相机以及AS-OCT评估晶状体混浊度的研究,但仅局限于年龄相关性白内障患者。Grulkowski等[29]采用长深度AS-OCT在微米量级上对白内障患者的晶状体混浊度进行全方面评估,发现了晶状体随年龄变化过程中发生的不同的混浊现象。Chen等[30]采用长深度的AS-OCT及Pentacam对120例年龄相关性白内障患者的晶状体混浊度进行评估并与LOCS分级系统进行比较,发现长深度AS-OCT对晶状体的成像能成功对晶状体的混浊度进行分级。Wang等[31]采用基于扫频原理的AS-OCT结合图形分析软件ImageJ对1 222例白内障患者晶状体核混浊度进行了客观定量分级,发现其与LOCS-Ⅲ分级有较强的相关性。Mackenbrock等[32]采用AS-OCT对晶状体皮质和核的混浊度进行了量化分析,并与术中使用的超声乳化能量进行相关性分析,发现AS-OCT获得的晶状体亚结构混浊与超声能量有着密切的关联性。Zhang等[33]采用基于卷积神经网络深度学习法学习了AS-OCT图片后对基于核性白内障进行了分级,并发现其LOCS-Ⅲ分级有较好的一致性。遗憾的是,目前尚缺乏相关断层扫描成像技术对晶状体外伤眼晶状体混浊度的研究报道,主要原因可能有以下几点:(1)目前对晶状体外伤中晶状体形态的分类在国际专家组中仍存在争议[34],尚缺乏此类患者统一的晶状体形态分类标准。(2)晶状体外伤患者的眼前节成像标准目前仍不确定,缺乏图像收集标准。但依据目前年龄相关性白内障的研究经验,AS-OCT完全有望在晶状体外伤患者晶状体质地评估中发挥重要作用。
4.5 术前断层扫描成像技术对晶状体异物的评估
目前,临床常规上使用CT对晶状体内异物进行探测[35],但由于CT每个切面的间隔为1.00~3.75 mm,而临床上异物的尺寸常为0.5~25.0 mm[36],故微小的晶状体异物使用CT扫描有容易漏诊的情况。由于MRI特殊的成像性质,对不明性状的异物一般不建议使用MRI检查[37]。Wang等[38]采用UBM对3个晶状体异物眼进行检查,发现UBM对深度在5 mm范围内的晶状体异物有更好的探测能力,而对深度6 mm以上的晶状体异物建议联合AS-OCT检查。但是目前采用断层扫描设备探测位置较深的晶状体异物仍存在争议,建议合理选择相应的断层成像设备对不同的晶状体内异物进行检测,确保探测的准确性[39]。
4.6 断层扫描成像技术对晶状体外伤眼眼前节其他结构的评估
目前,基于Scheimpflug原理的眼前节相机和AS-OCT对眼角膜成像的技术已发展成熟,能对角膜亚层结构、角膜曲率、角膜厚度等关键指标进行多维度全方位探测并对参数进行自动分析[40,41,42,43]。对于晶状体外伤眼的患者,有条件者可考虑选择基于Scheimpflug原理的眼前节相机和AS-OCT检查。同样,关于房角的检测,目前UBM与AS-OCT也能对房角自动分析并评估,对于晶状体外伤合并房角损伤的患者,临床医生也应根据创伤严重程度选择适宜的断层扫描成像技术对房角进行量化评估[40,44]。值得注意的是,Lu等[45]采用基于扫频原理的AS-OCT对葡萄膜炎患者的前房炎症进行了量化评估,发现AS-OCT能够客观获取前房细胞数量、角膜后沉着物等影像学特征性指标,提示AS-OCT可用于晶状体外伤合并前房炎症眼的影像学检测。然而,与葡萄膜炎不同,晶状体外伤的眼前节炎症程度的变异度更高,有时会伴随前房积血等,仍需要一系列临床研究证明其有效性。Shi等[46]报道采用AS-OCT可清晰地检测到晶状体外伤眼的玻璃体疝,表明AS-OCT能够评估晶状体外伤眼玻璃体疝的形态和性状,提示AS-OCT在晶状体外伤眼中可用于玻璃体疝的检测和分类。赵红等[47]采用AS-OCT检测闭合性眼球损伤患者眼前节病变,结果显示AS-OCT可很好地识别前房角后退、晶状体脱位的位置和睫状体脱离范围等,上述因素是影响闭合性眼外伤患者视力预后的危险因素。
5 目前断层扫描成像技术在晶状体外伤患者中应用的不足与局限
断层扫描成像技术在晶状体外伤评估仍有不足和局限性,主要原因如下:(1)国际上尚缺乏晶状体外伤的分类标准[6],断层扫描成像技术并无单一金标准,这给标准化设备采集晶状体外伤图像带来了挑战,人工智能建立分类模型的进度也较滞后。(2)晶状体外伤的形态多变,尽管有研究者指出晶状体外伤眼的术前晶状体形态与术后视力预后有着紧密联系[48],但对外伤的晶状体形态表现并无明确定义,这使得断层扫描成像设备获取的晶状体图像量化分析并无依据和锚点,对形态的描述很难建立起统一标准。(3)晶状体外伤患者所处的临床场景局限,多为眼科急诊收治,能使用的眼科设备有限,导致大部分晶状体外伤患者在获取完整断层扫描图像前就接受了手术干预,这类患者原始眼部影像的标准化获取路径更为困难。(4)目前的成像技术仍存在局限性,晶状体外伤眼常合并眼内炎症及前后囊膜破损、皮质溢出等,目前的断层成像设备,如AS-OCT因光学成像原理的限制无法获取完整图像,而UBM则为接触式检查,不适用于合并眼球破裂的患者。(5)动态变化下的外伤晶状体无适宜的测量方法,外伤晶状体常因体位变化而出现晶状体位置的改变和玻璃体疝的变化,目前不同的断层扫描成像技术体位相对固定,缺乏同一类检测手段在不同体位下的影像学诊断能力。
6 断层扫描成像技术在晶状体外伤评估应用的展望及前景
目前,断层扫描成像技术已成为晶状体外伤不可或缺的诊断方法,未来的应用可重点关注以下方面:(1)多参数辅助手术方案设计 依据目前临床实践需要及各种检测设备的进展,建议未来晶状体外伤手术设计方案中加入对晶状体外伤多维度的客观量化参数,依托大数据资源及人工智能技术为晶状体外伤手术方案设计提供可利用的资源。(2)依托于断层扫描成像技术的三维重建 在晶状体外伤中应用断层扫描成像的技术优势在于三维重建的便利性,多维度全方位晶状体外伤影像信息将有助于术前评估及术中观察。(3)手术过程中的影像追踪指导 随着术中OCT技术在眼科手术中应用的开展[49],术中OCT设备有望极大地提高外伤晶状体的手术安全性及手术效率。
断层扫描成像技术目前在晶状体外伤类疾病的临床应用主要为术前辅助诊断和协助手术方案的设计。但由于晶状体外伤目前暂缺形态学分类标准,这一技术尚未在系统性疾病分类及治疗辅助中发挥其应有的作用。待晶状体外伤类疾病分类标准健全后,随着技术的迭代更新和人工智能大数据相关技术的快速发展,断层扫描成像技术将日益在此类疾病的诊疗过程中扮演重要角色。