Obrazowanie tylnego odcinka oka. Funduskamery

Obrazowanie tylnego odcinka oka. Funduskamery

Obecnie aparaty do obrazowania siatkówki wykorzystują cyfrową rejestrację obrazu, która umożliwia jednoczesne wykonanie zdjęcia i jego analizę.

Funduskamery są dostępne na rynku od kilkudziesięciu lat. Pierwsze systemy bazowały na kliszy fotograficznej i generowały dodatkowe koszty związane z samą kliszą fotograficzną oraz jej wywoływaniem. Występowało także znaczące opóźnienie pomiędzy rejestracją obrazu a chwilą, kiedy można było zobaczyć wyniki. Skutkowało to zmienną jakością zdjęć i zmniejszało ich przydatność w badaniach klinicznych. Obecnie aparaty do obrazowania siatkówki wykorzystują cyfrową rejestrację obrazu, która umożliwia jednoczesne wykonanie zdjęcia i jego analizę. Daje to korzyści w postaci natychmiastowego wyboru najodpowiedniejszego oświetlenia, które powinno być zastosowane, i możliwości optymalnego ustawienia przez badającego pozycji i jasności obrazu przed wykonaniem zdjęcia.

Rejestrowanie obrazu

Funduskamery obrazują dno oka przez źrenicę. Większość kamer umożliwia wstępny dynamiczny, czarno-biały podgląd źrenicy ułatwiający ustawienie aparatu w osi widzenia. Część funduskamer pozwala z dużą dokładnością ustawić odległość roboczą za pomocą podzielonego podglądu źrenicy (wbudowane pryzmaty). Następnie w torze obiektowym umieszcza się dodatnią soczewkę wysokiej mocy (w niektórych systemach towarzyszy temu charakterystyczny odgłos) celem kompensacji mocy optycznej soczewki i rogówki, aby uzyskać przestrzenny odwrócony obraz dna oka. Jest to zwykle obraz czarno-biały, na co wpływa użycie podświetlenia, na które nie reaguje oko, oraz brak dostępności filtrów umożliwiających obrazowanie kolorowe przy słabym oświetleniu. Aparat do obrazowania siatkówki Zeiss Visucam C umożliwia jednoczesne wyświetlanie na żywo obrazu dna oka oraz pomniejszonego podglądu przedniego odcinka, który jest pomocny w ustawieniu aparatu przy podświetleniu podczerwienią. Używając Visucam C, można również wyświetlać i nagrywać na żywo (ok. 12 Hz) kolorowe filmy, pozwalające na dynamiczną ocenę zarówno przedniego odcinka oka, jak i siatkówki. Funkcja ta poprawia współpracę z pacjentem. Funduskamery mają znaczniki nałożone na obraz dna oka ułatwiające uzyskanie dokładnej pozycji i zogniskowania obrazu. Kamery niewymagające rozszerzania źrenic (non mydratic) są tak zaprojektowane, aby umożliwić uzyskanie pełnego obrazu dna oka (zwykle 45°). Urządzenia te sprawdzają się w praktyce, lecz u pacjentów z bardzo wąskimi źrenicami wymagają starannego ustawienia w celu zapobieżenia powstawaniu czarnych cieni na krawędziach obrazu.

Układ optyczny

Tak jak w przypadku aparatów do obrazowania przedniego odcinka oka, dla uzyskania wysokiej jakości obrazu dna oka niezbędny jest odpowiedni układ optyczny funduskamery. Jakość uzyskanego obrazu fundusu jest również zależna od układu optycznego samego oka. Na uzyskany obraz mają wpływ wszelkie zmętnienia ośrodków czy nieregularności i nieprawidłowości budowy rogówki. W tego typu przypadkach można zminimalizować zakłócenia poprzez rozszerzanie źrenicy celem osiągnięcia optymalnego kąta optycznego między matrycą kamery a dnem oka. Należy również pamiętać, że na jakość uzyskiwanego obrazu wpływa też wada refrakcji pacjenta. Wielkość zdjęcia u pacjenta z wadą refrakcji może się różnić od 5% do 30% w zależności od kamery, którą wykonywane jest zdjęcie. Różnice te nie powinny stanowić problemu przy wyliczaniu współczynnika C/D (zagłębienie/tarcza) ani w przypadku oceny wielkości i położenia zmiany na podstawie średnicy tarczy, ale mają wpływ na dokładność pomiarów za pomocą kalipera (narzędzia do wykonywania pomiarów odległości) w sytuacji, gdy nie bierze się pod uwagę wady refrakcji. Nawet wtedy nie będzie miało to wpływu na zdolność do monitorowania zmian chorobowych w czasie, o ile nie będzie się używać różnych funuskamer. Niektóre systemy obrazujące siatkówkę mają uniwersalne mocowania dla układu optycznego (np. C mount), dzięki czemu możliwe jest zastosowanie w nich więcej niż jednego komercyjnego aparatu fotograficznego. Największą zaletą tego typu rozwiązania jest możliwość użycia dostępnych na rynku aparatów, zwykle po konkurencyjnych cenach, co wiąże się z możliwością wymiany na nowsze modele, pojawiające się wraz z rozwojem techniki. Firma Canon oferuje w najnowszych modelach funduskamer sprzętowo modyfikowane lustrzanki optymalizowane pod kątem obrazowania siatkówki. Zaletą takiego rozwiązania jest wyższa jakość obrazów.

Oświetlenie

Po wcześniejszym wyrównaniu i wyostrzeniu obrazu dna oka za pomocą czarno-białego obrazu podglądu wykonywane jest zdjęcie dna oka z użyciem kolorowego aparatu fotograficznego i oświetlenia z lampy błyskowej. Aby odruch zwężenia źrenicy nie wpływał na jakość obrazu, czas wykonania zdjęcia musi być krótszy od czasu reakcji źrenicy. Współczynnik odbicia światła od siatkówki jest cechą osobniczą. Ma to prawdopodobnie związek z osobniczo zmienną pigmentacją siatkówki oraz przezroczystością optyczną rogówki i soczewki. Z tego powodu dla uzyskania optymalnego obrazu dna oka może być konieczne wykonanie kilku zdjęć. Oczywiście, im mniejsza liczba wykonanych zdjęć i mniejsza intensywność światła, tym większy komfort pacjenta. Dlatego też tak przydatna jest umiejętność szacowania właściwej intensywności oświetlenia na podstawie poprzedniego badania (retinoskopii lub oftalmoskopii) oraz czarno-białego obrazu podglądu. Zapamiętywanie stopnia intensywności światła wykorzystanego do wykonania zdjęcia dna oka nie tylko oszczędza czas przy kolejnym badaniu, ale również pozwala uzyskać bardziej porównywalne obrazy.

Ustawienia obrazu

W celu wyszczególnienia istotnych miejsc, takich jak naczynia krwionośne, krwotoki, niezbędna jest pełna kontrola koloru zarejestrowanego obrazu. Kamery wychwytują surowe dane dotyczące ilości światła padającego na każdy piksel lokalizacji, następnie przetwarzają je i zapisują na podłączonym do kamery komputerze lub wewnętrznym nośniku pamięci w postaci standardowego pliku graficznego (zwykle w formacie TIFF). Aparaty z pojedynczą matrycą dla każdego piksela mają filtr koloru czerwonego, zielonego lub niebieskiego i do tworzenia kolorowych obrazów wymagają przetworzenia danych. Przez zastosowanie zielonego filtra obrazu lub przez odrzucenie pikseli czułych na barwę czerwoną i niebieską i pozostawienie pikseli barwy zielonej (ryc. 5.3) uzyskuje się wzmocnienie zarysu naczyń krwionośnych (oraz – jeśli występują – krwotoków lub tętniaków). Oprócz zmiany balansu kolorów większość programów okulistycznych umożliwia użytkownikowi przeprowadzanie pomiarów w obrębie dna oka, a także powiększanie obrazu oraz poprawianie parametrów wyświetlania, m.in. jasności oraz kontrastu (poprzez stosowanie filtrów elektronicznych). Ponieważ w ciągu ostatnich kilku lat znacznie zwiększyło się zainteresowanie badaniami przesiewowymi dotyczącymi retinopatii cukrzycowej, zintensyfikowano prace nad automatycznym wykrywaniem, oznaczaniem i klasyfikowaniem zmian w obrębie siatkówki, takich jak krwotoki. Na razie nie wprowadzono do powszechnego użytku żadnego oprogramowania tego typu, niemniej wiele firm jest zaangażowanych w prace badawczo-rozwojowe nad jego opracowaniem i wszystko wskazuje na to, że jest ono tylko kwestią czasu. Innym przydatnym wynalazkiem służącym obrazowaniu szerszego zakresu dna oka są zdjęcia złożone (mozaika), powstające przez sklejanie ze sobą szeregu zdjęć (zwykle ok. siedmiu) wykonywanych przy zmianie pozycji fiksacji pacjenta. Niektóre modele funduskamer, np. Canon CF-1, posiadają możliwość zmiany kątów głowicy – w zakresie pracy prawo/lewo oraz góra/dół – a tym samym obrazowania bardziej peryferyjnych obszarów siatkówki. Dzięki zastosowaniu odpowiedniego oprogramowania można w ten sposób uzyskać szerokie pole widzenia nawet do 85° (ryc. 5.4). Niektóre programy są w stanie wyświetlać obraz stereoskopowy, który może być oceniany przy użyciu odpowiednich okularów lub na odpowiednim ekranie (obraz taki otrzymuje się przez dwukrotne wykonywanie zdjęć dna oka z różnych miejsc lub pod różnym kątem). Programy do analizy badań pozwalają na nakładanie i porównywanie obrazów, co daje możliwość bardziej zaawansowanego porównywania zdjęć wykonanych podczas kolejnych wizyt. Wiele funduskamer dostępnych na rynku umożliwia obrazowanie siatkówki za pomocą angiografii fluoresceinowej.

Rozdzielczość i pole widzenia

Mimo że rozdzielczość obrazu należy do ważniejszych czynników branych pod uwagę przy zakupie systemu obrazującego, jest ona tylko jednym z wielu parametrów decydujących o uzyskaniu odpowiedniego obrazu. Większość nowych monitorów ma maksymalną rozdzielczość mniejszą niż rozmiar wykonywanych zdjęć. Efektem jest oglądanie zdjęcia wykonanego w wyższej rozdzielczości na mniejszym ekranie. W takiej sytuacji bez użycia powiększenia dopasowanie wyświetlanego obrazu może potencjalnie prowadzić do nieznacznego pogorszenia jakości obrazu (ze względu na konieczność interpolacji danych do maksymalnej rozdzielczości monitora komputerowego). Ponadto ilość światła padającego na każdy piksel jest również ograniczana przez umieszczenie większej liczby pikseli na jednakowej matrycy. Skutkiem tego jest konieczność zwiększenia natężenia światła lampy błyskowej/czasu integracji światła (skracanie czasu otwarcia migawki). Może to zwiększyć procent zdjęć nienadających się do sklasyfikowania ze względu na proces mętnienia ośrodków optycznych (przeprowadzone badania określają odsetek takich zdjęć na poziomie od 3,7% do 22%, przy czym po rozszerzeniu źrenicy możliwe jest osiągnięcie poziomu < 5%). Według brytyjskiej Narodowej Komisji Badań Przesiewowych (National Screening Committee) akceptowalna liczba zdjęć nienadających się do klasyfikacji w badaniach przesiewowych cukrzycy nie powinna przekroczyć 3–5%. Komisja określiła także normy dotyczące rozdzielczości obrazu do badań przesiewowych w cukrzycy: za minimalną wymagalną rozdzielczość uznała 20 pikseli na stopień (rozważano teoretycznie najmniejszą wielkość zmian w obrębie siatkówki mających znaczenie kliniczne), a także wykluczyła możliwość kompresji obrazu. Wyniki późniejszych badań pokazały jednak, że pliki skompresowane w formacie JPEG mogą być przydatne w badaniach przesiewowych w kierunku cukrzycy. Kryterium dotyczące rzeczywistej rozdzielczości zostało określone w liniach na milimetr. Odpowiada ono rozdzielczości 1000 × 1000 pikseli, ale ponieważ wymagane minimalne pole widzenia to 45° w poziomie i 40° w pionie, wymagany odpowiednik rozdzielczości dla kamer został skorygowany do 1365 × 1000 pikseli (przy założeniu normalnego okrągłego obrazu i 90-procentowego wykorzystania powierzchni obrazu; Brytyjskie Stowarzyszenie Diabetyków 1999). Właściwie na rynku nie spotyka się już funduskamer z mniejszą rozdzielczością. Przenośne funduskamery umożliwiają obrazowanie dna oka w polu tylko 30°, choć to ograniczenie jest z nawiązką rekompensowane przez mobilny charakter urządzenia. Są niewielkie urządzenia z głowicą pomiarową, które mogą mieć wbudowany ekran, trzymane w ręce (niektóre modele mogą być również instalowane na wózku lampy szczelinowej). Doskonale nadają się one do badania małych dzieci, pacjentów leżących, pacjentów podczas wizyt domowych, a także są łatwe do przenoszenia pomiędzy gabinetami. Mają ponadto wbudowane wyjście wideo, pozwalające w razie konieczności na zapisywanie badania pacjenta, który nie współpracuje i u którego można uzyskać tylko chwilowy obraz dna oka.

Angiografia fluoresceinowa

W 1961 r. Novotny i Alvis po raz pierwszy opisali metodę dożylnego podania fluoresceiny z jednoczesnym wykonaniem fotografii siatkówki w celu sprawdzenia integralności naczyń siatkówki. Środek kontrastujący (barwnik fluoresceiny) charakteryzuje się szczytowym wzbudzeniem przy długości fali ok. 490 nm i emituje żółtozielone światło (520–530 nm). Wartości te są zależne od pH środowiska (w tym przypadku jest to krew, która ma wartości pH rzędu 7,6) oraz od stężenia kontrastu. 10-procentowy roztwór soli sodowej fluoresceiny o objętości 3–5 ml jest wstrzykiwany do jednej z żył przedramienia lub do żyły łokciowej. Objętość wstrzykiwanego kontrastu zależy od wzrostu i masy ciała pacjenta (BMI, body mass index). U pacjentów ze słabo przeziernymi ośrodkami optycznymi lepsze rezultaty uzyskuje się, podając mniejsze ilości roztworu o stężeniu 20–25%. Około 80% cząsteczek barwnika wiąże się z białkami osocza i wchodzi w skład krwi krążącej. Pozostałe, niezwiązane cząsteczki fluoresceiny w sytuacji, gdy zostaną pobudzone światłem o odpowiedniej długości fali, powodują zjawisko fluorescencji. Barwnik jest metabolizowany w nerkach i wydalany z moczem w ciągu 24–36 godzin od momentu podania. Opisana wyżej metoda badania znajduje zastosowanie w diagnostyce różnych patologii, m.in. zwyrodnienia plamki, retinopatii cukrzycowej, retinopatii nadciśnieniowej oraz okluzji naczyń krwionośnych.

Od momentu iniekcji dożylnej do pojawienia się barwnika w błonach naczyniowych oka upływa zazwyczaj od 3 do 5 sekund. Od tego momentu przy wcześniej rozszerzonej źrenicy wykonuje się seryjnie, w krótkich odstępach czasu, zdjęcia dna oka w celu uchwycenia pięciu etapów angiografii fluoresceinowej:

faza wczesna (przedtętnicza) – układ naczyniowy błony naczyniowej wypełnia się barwnikiem, powodując jej wybarwienie;
faza tętnicza;
faza włosowata (tętniczo-żylna);
faza żylna;
faza późna – przeciekający barwnik pozostaje w siatkówce jeszcze przez mniej więcej 20 minut.

Przed dożylnym wstrzyknięciem barwnika należy ustawić optymalne parametry badania, takie jak dokładna ostrość obrazu oraz odpowiednie dla danego pacjenta oświetlenie. Czas potrzebny na dotarcie barwnika fluoresceinowego do siatkówki od momentu wstrzyknięcia w ramię jest różny, ale zazwyczaj wynosi 10–12 sekund. Najważniejszą z klinicznego punktu widzenia częścią angiografii są wczesne fazy przepływu fluoresceiny (pierwsze cztery fazy), trwające zwykle nie dłużej niż minutę. Optymalnym czasem rozpoczęcia serii zdjęć jest moment tuż przed ukazaniem się barwnika na siatkówce. Od tej chwili zdjęcia są robione aż do osiągnięcia pełnej fluorescencji z częstotliwością jedno na sekundę (1 Hz). Ze względu na to ograniczenie czasowe fotografowanie w fazie początkowej ogranicza się do jednego oka, a zdjęcia dna drugiego oka lub innych interesujących obszarów siatkówki mogą być wykonane później. Zdjęcia fazy późnej są wykonywane po rozproszeniu barwnika, zazwyczaj jest to 7 do 15 minut od jego wstrzyknięcia (ryc. 5.6). Zaburzenia naczyniowe prowadzą do hiperfluorescencji (przeciek barwnika) lub hipofluorescencji (obszary, gdzie perfuzja jest niewystarczająca). Niektóre zmiany siatkówkowe, takie jak druzy, cechują się hiperfluorescencją, jednak może im towarzyszyć krwotok podsiatkówkowy zaburzający obraz zmian patologicznych znajdujących się w warstwach pod siatkówką i w takiej sytuacji obszary te są ciemniejsze. Przed rozpoczęciem badania należy powiadomić pacjenta, że przez kilka godzin po iniekcji błony śluzowe i skórę może mieć zabarwione na jasnożółto, a do 2 dni mocz – na jaskrawozielono. Około 10% pacjentów zgłasza nudności po zastrzyku, ale zwykle trwają one nie dłużej niż 1 minutę i rzadko powodują wymioty. Mimo że nie wykazano działań niepożądanych angiografii fluoresceinowej u kobiet w ciąży, większość lekarzy stara się nie wykonywać u nich tego badania, zwłaszcza w pierwszym trymestrze. Dla karmiących matek cenną informacją jest też fakt, że fluoresceina jest wydzielana z mlekiem.

Nie wszystkie funduskamery pozwalają na rejestrowanie szybkich sekwencji zdjęć w bardzo krótkich odstępach czasu z zachowaniem przy tym optymalnej barwy światła (niebieskiej) i ustawienia filtrów.

Fotografie stereoskopowe mogą być szczególnie przydatne w identyfikacji i lokalizowaniu zmian histopatologicznych rozpoznanych za pomocą angiografii w obrębie siatkówki. Angiografia fluoresceinowa może być również rejestrowana za pomocą skaningowego oftalmoskopu laserowego, dzięki czemu u niektórych pacjentów istnieje możliwość uniknięcia rozszerzania źrenicy.

Z uwagi na to, że długość fali emitowanej przez fluoresceinę jest w znacznym stopniu blokowana przez nabłonek barwnikowy siatkówki (RPE, retinal pigment epithelium), oraz z powodu szybkiego przesączania barwnika przez choriokapilary angiografia fluoresceinowa nie jest optymalnym badaniem do obrazowania krążenia krwi w obrębie błony naczyniowej. Ograniczeń tych nie ma zieleń indocyjaninowa, ponieważ długość fali, przy której fluoryzuje, odpowiada długości bliskiej podczerwieni (ok. 835 nm). Cechuje się także znacznie słabszą fluorescencją w porównaniu z fluoresceiną. Dużo słabszy efekt blokowania fluorescencji przez RPE w połączeniu z wolniejszą perfuzją przez naczynia błony naczyniowej sprawia, że angiografia indocyjaninowa (ICG) jest szczególnie przydatna w rozpoznawaniu błon neowaskularnych naczyniówki, takich jak te występujące w zwyrodnieniu plamki związanym z wiekiem (ryc. 5.6).

Podobnie jak przy podaniu dożylnym, także doustne podanie fluoresceiny jest przydatne w ocenie wielu zmian w obrębie siatkówki charakteryzujących się późnym jasnym przeciekiem (np. torbielowaty obrzęk plamki). Fotografie dna oka wykonane 40–60 minut po spożyciu fluoresceiny w dawce 25 mg/kg masy ciała zapewniają wystarczająco dokładny obraz siatkówki u ok. 75% pacjentów. Jak dotąd nie odnotowano żadnych poważnych reakcji uczuleniowych spowodowanych doustnym podaniem fluoresceiny (która występuje w mniej więcej 0,05% przypadków po dożylnym podaniu fluoresceiny). Rzadkie są również łagodne objawy niepożądane (występujące w 20% przypadków po dożylnym podaniu fluoresceiny).

Angiografia fluoresceinowa z doustnym podaniem fluoresceiny, obrazy mozaikowe oraz wykorzystanie stereoskopowego obrazowania dna oka (oferowanego w kilku modelach kamer dostępnych obecnie na rynku) to tylko niektóre z propozycji branych pod uwagę przy badaniach przesiewowych w kierunku cukrzycy.

Artykuł stanowi fragment książki Badania obrazowe w okulistyce, wydanie polskie pod red. prof. dr. hab. med. Edwarda Wylęgały.

Więcej informacji: www.gornicki.pl