Použití optické koherenční tomografie u roztroušené sklerózy

Souhrn

Optická koherenční tomografie je bezkontaktní, rychlá a dobře reprodukovatelná zobrazovací metoda, jejíž pomocí získáváme detailní obraz struktury sítnice. Patologické změny na sítnici v souvislosti s roztroušenou sklerózou (RS) zahrnují jak následky zánětu očního nervu, tak i odraz difuzních neurodegenerativních změn. Úbytek vrstvy retinálních nervových vláken, atrofie makuly a specifické ubývání vrstvy gangliových buněk korelují se změnou zrakové ostrosti, s atrofií mozku a s kognitivními změnami u pacientů s RS. Přední část zrakové dráhy se stala modelem neuroaxonálního poškození u RS a začíná být využívána k monitoraci progrese RS a k testování neuroprotektivního účinku léků. Článek shrnuje principy optické koherenční tomografie a jejího použití u RS.

Klíčová slova:
optická koherenční tomografie – roztroušená skleróza – tloušťka nervových vláken – celkový objem makuly

Úvod

Roztroušená skleróza (RS) je chronické autoimunitní onemocnění centrálního nervového systému. Je jedním z nejčastějších důvodů nevratného neurologického postižení u mladých lidí. V České republice touto nemocí trpí až 16 000 pacientů [1]. Postižení zrakových funkcí v různých formách je přítomno u 80 % pacientů s RS. Optická neuritida (ON) je první příznak RS u 15 % pa­cientů a v průběhu onemocnění se vyskytne až u 50 % pacientů [2]. Při post mortem analýze byly demyelinizační plaky ve zrakovém nervu objeveny u 94– 99 % pacientů s RS [3]. Také vizuální evokované potenciály (VEP), které až donedávna byly jedinou možnou vyšetřovací metodou poskytující informace o integritě zrakové dráhy, svědčí o subklinickém postižení zrakové dráhy až u 70– 80 % pacientů s RS [4].

Zobrazovací metody sítnice, v níž se odráží patologie mnohých degenerativních, metabolických, cévních i neurologických onemocnění [5], dosáhly v posledním desetiletí významného pokroku a vyšetření optickou koherenční tomografií (OCT) se stalo běžnou součástí vyšetření oka i u pacientů s RS.

Cílem tohoto článku je představit OCT jako novou zobrazovací metodu v oboru neurologie a shrnout možnosti použití OCT k diagnostickým a výzkumným účelům v oboru RS.

Princip OCT

OCT je bezkontaktní, rychlá a dobře reprodukovatelná zobrazovací metoda, jejíž pomocí získáváme detailní obraz struktury sítnice [5]. OCT je někdy také pro dokonalost zobrazení nadneseně nazývána in vivo histologie sítnice [6].

OCT pracuje na principu nízkokoherenční interferometrie [7]. Využívá elektromagnetické záření z oblasti infračerveného světla, nejčastěji nad 800 nm. Průnik světla do tkání závisí na vlnové délce –  čím je delší, tím světlo proniká hlouběji. Laserový paprsek je vyslán superluminiscenční diodou, následně je na polopropustném zrcadle rozdělen na dva paprsky. Jeden z nich je vyslán proti sítnici a odražené světlo je zachyceno detektorem. Druhý paprsek je referenční, má určitou vlnovou délku a je známa vzdálenost, kterou urazí. Podle rozdílu mezi optickými drahami dochází k fázovému posunu odražených paprsků. U „time domain“ OCT (TD-OCT) je prostorové skenování umožněno mechanickým pohybem referenčního zrcadla (obr. 1). U novější generace „spectral domain“ přístrojů (SD-OCT) interferující paprsek dopadá na difrakční mřížku, kde se paprsek rozloží na frekvenční spektrum, které je snímáno spektrometrem. Prostorová informace je potom odvozena z Fourierovy transformace výstupního spektra. Tento systém zvýšil počet získaných skenů ze 400 skenů za sekundu u TD-OCT na 18 000– 50 000 skenů za sekundu u SD-OCT. Díky vysoké vzorkovací frekvenci SD-OCT jsou minimalizovány artefakty, které vznikají při pohybech oka. Některé přístroje navíc využívají při skenování systém eye trackingu. Přístroj tak monitoruje pohyb sítnice, resp. několika konkrétních struktur a snímá data jen v okamžiku, kdy je sítnice v požadované pozici.

Pro dobrou reprodukovatelnost jednotlivých měření musí být sken dobře centrován na papilu zrakového nervu nebo foveu a při následných kontrolách musí být umístěn na sítnici ve stejné pozici jako první, tzv. referenční sken. Data musí být snímána ve vysoké kvalitě (tzv. signal-to-noise ratio), obvykle více než 20 dB [8,9]. Měření může být zkresleno věkem, refrakční vadou nebo axiální délkou bulbu [10]. Neprůhlednost optických médií (pokročilý šedý zákal či zákal sklivce), neschopnost pacienta sledovat fixační bod (závažné postižení žluté skvrny) či neovladatelné mimovolné pohyby pacienta limitují možnost vyšetření OCT.

RNFL a TMV

První parametr, který se začal sledovat u pacientů s RS, je tloušťka vrstvy nervových vláken (Retinal Nerve Fibre Layer; RNFL) v peripapilární oblasti. Tato vrstva se nachází mezi vnitřní limitující membránou a vrstvou jader gangliových buněk. Obsahuje převážně axony gangliových buněk, které nejsou obaleny myelinem až do jejich průchodu skrz lamina cribrosa. Při prvním snímání je kružnice o průměru 3,45 mm vyšetřujícím manuálně centrována na střed papily zrakového nervu [11]. Tloušťka RNFL je graficky zpracována ve formě linie umístěné na barevně kódovaném pozadí znázorňujícím normu pro daný věk a pohlaví. Hodnocení je prováděno v jednotlivých částech kružnice, buď ve 12 segmentech, jeden odpovídá 15 stupňům, nebo jednotlivých kvadrantech (S –  superior, N –  nasal, I –  inferior, T –  temporal) (obr. 2).

Další měřený parametr je celkový objem makuly (Total Macular Volume; TMV). Trojrozměrný obraz makuly je tvořen sérií horizontálních či vertikálních řezů. TMV se kvantifikuje v kruhu o průměru 6 mm centrovaném na foveu a zahrnuje všechny vrstvy sítnice od vnitřní limitující membrány až po retinální pigmentový epitel (obr. 3). Mnohé SD-OCT přístroje umožňují segmentaci až 10 vrstev sítnice (vnitřní limitující membrána, vrstva nervových vláken, vrstva gangliových buněk, vnitřní plexiformní vrstva, vnitřní nukleární vrstva, zevní plexiformní vrstva, zevní jaderná vrstva, zevní limitující membrána, vrstva fotoreceptorů a retinální pigmentový epitel (obr. 4). TMV dává nepřímou informaci o ztrátě gangliových buněk, případně dalších vrstev. Rozpoznání změn v jednotlivých strukturách sítnice je důležité po přesnější pochopení patogeneze onemocnění.

Při popisu jednotlivých OCT skenů využíváme kvalitativní a kvantitativní analýzu [12]. Kvalitativní analýza posuzuje morfologii jednotlivých složek sítnice. Naměřená latence odrazů paprsků je barevně kódována a následně je zkonstruován dvojrozměrný obraz průřezu tkání. Barevná mutace výsledného obrazu slouží k jednodušší diferenciaci jednotlivých vrstev sítnice. Vysoce reflektující tkáně (retinální pigmentový epitel, jadrové vrstvy) se zobrazují červeně až bíle, naopak tkáně s nízkou mírou odrazu paprsku nebo tekutina jsou zobrazeny modře až černě. Kvantitativní analýza představuje měření tloušťky sítnice či jejích jednotlivých vrstev. Toto měření můžeme provádět v jednotlivých skenech nebo pomocí série radiálních lineárních skenů zrekonstrujeme mapu dané oblasti. V neurooftalmologii využíváme nejčastěji volumometrické měření –  objem peripapilární oblasti a objem komplexu gangliových buněk. Pro jednodušší orientaci jsou naměřené hodnoty znázorněny v barevné topografické mapě.

OCT nálezy u pacientů s RS

RS je charakteristická heterogenitou průběhu, klinických projevů a komplexitou patogeneze onemocnění. K poškození axonů centrálního nervového systému (CNS) dochází fokálně (v místě lézí) i difuzně (v bílé a šedé hmotě CNS). V patogenezi se uplatňuje zánět, demyelinizace s následnou astrogliózou a proces neurodegenerace [13]. Ztráta axonů a nervových buněk je nositelem trvalého neurologického postižení [14]. Pomocí OCT můžeme u pa­cientů s RS zobrazit jak následky zánětu očního nervu, tak i odraz difuzních neurodegenerativních změn [15].

Následky ON

První práci o měření úbytku retinálních nervových vláken pomocí OCT u pacientů s RS publikovali Parisi et al v roce 1999 [16]. V souboru 14 pacientů s RS po ON porovnávaném s kontrolní zdravou skupinou pozorovali v postiženém oku ztenčení jak průměrné peripapilární RNFL (pRNFL), tak úbytek RNFL v temporálním kvadrantu. Ve studii ukázali, že tloušťka pRNFL koreluje s nálezy na pattern elektroretinogramu (latencí vlny P50 a amplitudou P50–N95) [16]. Další studie prokazující ztenčení vrstvy RNFL po ON shrnuli Petzold et al v roce 2010. Jejich metaanalýza dat převážně z TD-OCT ukázala, že v oku postiženém ON u RS dochází k poklesu pRNFL průměrně o 20,38 µm (95% CI 17,91–22,86) [17]. Pokles zrakové ostrosti se projeví až při dosažení prahové hodnoty 75 um [18]. Úbytek pRNFL v oku po ON je dobře patrný ve třetím měsíci po nástupu příznaků a progreduje až do 6– 12 měsíce [19]. Huang-Link et al popsali vývoj RNFL u čtyř pacientů s akutní ON. Vrchol nárůstu RNFL následkem otoku byl patrný první měsíc od vzniku neuritidy, během následujících dvou měsíců došlo k rychlému poklesu otoku (tzv. pseudo-atrofie) a edém zcela ustoupil do šesti měsíců od počátku ataky [20]. Na počátku ON může edém v okolí papily překrývat probíhající neurodegenerativní změny. Ve fázi ústupu edému nemůžeme odlišit ztenčení RNFL v důsledku ústupu akutního otoku od ztenčení způsobeného ztrátou axonů.

Ztenčení vrstvy RNFL u pacientů s RS prokázal i Michalec et al. Ztenčení bylo patrné u pacientů s anamnézou ON, ale i u pacientů bez diagnostikované ON [21]. Novější práce zaměřené na segmentaci vrstev sítnice demonstrují, že úbytek vrstvy gangliových buněk je měřitelný již měsíc od počátku ON [22].

OCT můžeme využít k diferenciální diagnostice RS a neuromyelitis optica (NMO). Závažnost postižení a vzorec úbytku RNFL následkem ON se u pacientů s RS a u pacientů s NMO významně liší, ačkoliv se klinicky tyto dvě jednotky na počátku příznaků od sebe nedají jednoduše odlišit. Úbytek RNFL po ON u pacientů s RS je přítomen typicky v temporálním, případně v temporálním horním a temporálním dolním kvadrantu, zatímco ostatní kvadranty zůstávají nepostiženy (obr. 5). U NMO je postižena téměř celá peripapilární oblast vč. nazální poloviny a celkový pokles pRNFL je výraznější (v průměru o 31 um) [23]. Proto by u pacientů s nálezem rozsáhlé peripapilární atrofie RNFL měla být důsledně a opakovaně provedena vyšetření k vyloučení NMO.

Snížení objemu sítnice v oblasti makuly (TMV) následkem ON bylo pozorováno již ve studiích používajících TD-OCT [17]. Použití segmentačních algoritmů u SD-OCT přístrojů ukázalo, že ztenčení TMV nastává primárně ve vrstvě gangliových buněk a je pozorovatelné 1– 3 měsíce od počátku rozvoje ON [20,24,25] (obr. 6).

Základní představa, že poškození očního nervu zánětem vede k retrográdní degeneraci vláken s následným ztenčením vrstvy RNFL a gangliových buněk, přetrvává [26]. Saidha et al však v roce 2011 demonstrovali, že existují pacienti s RS, u nichž je přítomna významná atrofie vnitřní a vnější nukleární vrstvy s relativním ušetřením gangliové vrstvy a RNFL. Tento patologický nález nelze vysvětlit retrográdní degenerací a je mu přisuzována možná primární patologie sítnice u části pacientů s RS [27].

Neurodegenerativní změny oka u pacientů s RS

Atrofie sítnice je pozorována u pacientů s RS i v očích bez anamnézy ON [28,29]. Podrobnou metaanalýzu na toto téma publikovali Petzold et al [17]. Ztenčení vrstvy RNFL v časných stadiích RS, u primárně progresivní RS i u sekundárně progresivní RS [30– 32] nasvědčuje tomu, že se nejedná jen o následek zánětlivých epizod, ale o neurodegenerativní proces. Snížení TMV a RNFL koreluje s mírou mozkové atrofie a mírou postižení kognice [33]. Přední část zrakové dráhy se tak stává modelem neurodegenerace u pacientů s RS a je využívána k testování efektu neuroprotektivních léčiv [34].

Závěr

OCT je široce dostupné, rychlé a neinvazivní vyšetření, které detailně zobrazuje patologické změny sítnice v souvislosti s RS. Hodnota OCT jako diagnostického i výzkumného nástroje je nesporná, avšak při jeho aplikaci je nutno pamatovat na jeho omezení. OCT zobrazuje anatomické změny sítnice, nikoliv její funkční stav. Nehraje tedy zásadní roli v procesu diagnózy akutní ON. VEP dosud zůstávají nejdůležitější vyšetřovací metodou pro detekci klinické a subklinické ON [4]. Analýza změn v jednotlivých vrstvách sítnice umožňuje lepší pochopení procesu neurodegenerace a hodnocení neuroprotektivního účinku léků [35]. Jednoznačná kritéria, která by definovala roli OCT v péči o pacienty s RS, nejsou zatím stanovena.

Podpořeno grantem IGA MZ ČR NT13239-4/ 2012 a projektem PRVOUK-P26/ LF1/ 4.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Přijato k recenzi: 9. 7. 2015

Přijato do tisku: 19. 11. 2015

MUDr. Veronika Matušková, Ph.D., FEBO

Oční klinika

LF MU a FN Brno

Jihlavská 20

625 00 Brno

e-mail: v.matuskova@email.cz