丁雲鶴1，2 嚴棽棽3 王璐1，2陳燕雲3
宋婷婷4張璐1，2李哲清4楊智1，2田蓓1，2，3
中華眼科醫學雜誌（電子版）2021年2月第1卷 第1期 Chin J OPhthalmol Med（Electronic Edition），February 2021，Vol。11，No。1
【摘要】
目的 探討增殖性糖尿病視網膜病變（PDR）伴虹膜新生血管患者行虹膜血管造影影象的特徵。
方法
選取2017年9月至2018年12月就診於首都醫科大學附屬北京同仁醫院眼科中心及首都醫科大學教學醫院石景山醫院眼科確診為增殖性糖尿病視網膜病變患者32例（64隻眼）的臨床資料進行研究。檢查並記錄患者的年齡、糖尿病病程、眼壓及視力，並同時對全部患者行熒光素虹膜血管造影（IFA）和吲哚菁綠虹膜血管造影（IICGA）檢查，由兩名臨床經驗豐富的醫師判讀檢查結果是否存在虹膜新生血管（NVI）；記錄其血管形態和分佈範圍，並總結兩種虹膜血管造影影象的特點。透過活動輪廓模型（snake演算法）對虹膜區域的造影影象進行提取，並利用大津閾值演算法（Otsu演算法）對提取後的虹膜造影區域進行分割，計算NVI所佔總虹膜面積的比例。年齡、糖尿病病程、眼壓、視力及虹膜新生血管面積的比例，以均數±標準差進行描述。虹膜新生血管面積的佔比與糖尿病病程、眼壓及視力的相關性，採用Spearman法進行相關分析。
結果
NVI在IFA檢查中表現為滲漏的血管叢，在虹膜色素較深或血管滲漏嚴重時，表現為背景高熒光，無法顯示血管形態。在IICGA檢查中可以很好地顯示NVI的形態及細節，基本不會出現造影劑滲漏的現象。兩種NVI造影檢出率與臨床醫師判讀的符合率為100%。在IFA及IICGA中確診為NVI的22例（38隻眼）患者中，虹膜有粘連者6例（10隻眼），佔26。3%；虹膜形態不規則者7例（12隻眼），佔31。6%；新生血管多出現在瞳孔緣附近9例（17隻眼），佔45%。在IICGA中顯示有NVI虹膜的的22例（38隻眼）患者中，NVI顯示在瞳孔緣者10例（17隻眼）；其範圍為1個象限者4例（5隻眼），2個象限者2例（2隻眼），3個象限者1例（1隻眼），4個象限者8例（13隻眼）。NVI患者的NVI面積佔比與眼壓呈正相關，檢驗結果具有統計學意義（r=0。567，P0。05）；與視力的相關性檢驗結果亦無統計學意義（r=0。15，P>0。05）。結論在本研究病例中，IICGA及IFA檢查均可發現PDR合併NVI患者的NVI，兩種檢查結果的診斷一致。其中，IICGA檢查可以清晰地顯示NVI的形態細節、分佈範圍，且能對其面積進行定量分析，故對於NVI的早期診斷更有優勢。此外，本研究結果還提示患者NVIR面積的佔比與眼壓呈正相關。
【關鍵詞】增殖性糖尿病視網膜病變；虹膜新生血管；吲哚菁綠虹膜血管造影；熒光素虹膜血管造影
Multimodal characteristics of iris neovascularization in patients with proliferative diabetic retinopathy
Ding Yunhe1，2， Yan Shenshen3，Wang Lu1，2，Chen Yanyun3， Song Tingting4，Zhang Lul1，2， Li Zheqing4， Yang Zhi1，2，Tian Pei1，2，3。1School of Biomedical Engineering，Capital Medical University ， Beijing 100069，China；2Beijing Key Laboratory of Fundamental Research on Biomechanics in Clinical Application，Capital Medical University，Beijing 100069，China；3Department of Ophthalmology，Beijing Shijingshan Hospital，Shijingshan Teaching Hospital of Capital Medical University，Beijing 100043，China；4Beijing Tongren Eye Center，Beijing Tongren Hospital，Capital Medical University， Beijing Ophthalmology& Visual Science Key Lab。 ，Beijing 100730，China
Corresponding author： Yang Zhi，Email： zhiyang@ccmu。edu。cn
【Abstract】
Objective
To investigate the characteristics of iris angiography in patients with proliferative diabetic retinopathy（PDR） and iris neovascularization。
Methods
32 patients （64 eyes ） diagnosed as PDR in the Ophthalmology Center of Beijing Tongren Hospital and Beijing Shijingshan Hospital，
affiliated to Capital Medical University from September 2017 to December 2018 were collected。 The age，course of diabetes，intraocular pressure and visual acuity of patients were examined and recorded。 All patients were underwent both iris fluorescein angiography （ lFA） and indocyanine green angiography（ IICGA ）。 Two experienced ophthalmologists analyszed the imaging of IFA and ICGA for iris neovascularization（NVI），recorded the vascular morphology and distribution of NVI，and summarized the characteristics of two kinds of iris angiography images。 The iris region was extracted by the Snake algorithm，then angiography region was segmented by Otsu algorithm，and the proportion of NVI in the total iris area wascalculated。 The age，course of diabetes，intraocular pressure，visual acuity and the proportion of NVl areawere described by mean±standard deviation。Spearman correlation analysis was used to analyze the correlationbetween NVI area，diabetes duration，intraocular pressure and visual acuity。
Results
In IFA images，NVI manifested as leaking vascular plexus。 The morphology of NVl in IFA for some severe cases was invisible because of rapid leak fluorescence and deep iris pigmentation。 While for iICCA images ， these were not found。The detection rate of two kinds of NVl angiograply was about 100% in accordance with the clinician‘s interpretation。 Among of 22 patients （38 eyes） diagnosed with NVI by IFA and IICGA， 6 cases （ 10 eyes） had iris synechia，accounting for 26。3%； 7 cases （12 eyes） had iegulaur iris morphology，accounting for 31。6%and 9 cases （17eyes） had neovascularization near the pupil margin，accounting for 45%。 IICGA showed the distribution of NVI in 22 patients （38 eyes ）： 10 cases （17 eyes） with pupil margin involvement ， 4 cases（5eyes） with 1 quadrant ， 2 cases （2eyes） with 2 quadrants，1 case （1 eye） with 3 quadrants and 8 cases（13 eyes） with 4 quadrants。 The proportion of NVI area in NVl patients was positively correlated with intraocular pressure，and there was statistically significant differences between them （r=0。567，P0。05） and visual acuity（r =0。115， P>0。05）。
Conclusions
NVl could be found in both IICCA and IFA in patients with PDR，and there was non-significant difference between two angiographic methods in detecting NVIL。 IlCGA could clearly show the morphology and distribution of NVl， which has more advantages in the early diagnosis of NVl， and issuggested to be used for quantitative analysis for neovascularization。 In adlition，pioportion of NVl area was positively correlated with intraocular pressure significantly。
虹膜新生血管（iris neovascularization，NVI），是導致新生血管性青光眼的常見原因，通常繼發於多種眼病和全身性疾病［1-2］。增殖性糖尿病視網膜病變（proliferative diabetic retinopathy，PDR）常合併虹膜新生血管，其發病機制複雜多樣。其中，主要原因在於血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在糖尿病性視網膜病變後期表達增強，濃度升高彌散進入前房，促使NVI形成［3-5］。當新生血管的毛細血管增生伸展到前房角時可引起繼發性開角型青光眼；虹膜前表面收縮後可引起虹膜周邊粘連，導致閉角性青光眼；此期會引發頑固性眼壓升高、反覆前房出血及繼發性葡萄膜炎［6］。虹膜血管造影檢查主要包括熒光素虹膜血管造影（iris fluorescence angiography，IFA）和吲哚菁綠虹膜血管造影（iris indocyanine green angiography，ICGA）兩種方式［7］。虹膜血管造影對於研究虹膜病變具有重要意義。本研究旨在透過行IFA和IICGA探討PDR繼發NVI的分佈特徵及兩種造影方式的影象特徵，並分析NVI所佔虹膜面積與糖尿病病程、眼壓及視力的相關性。
資料與方法
一、一般資料
收集2017年9月至2018年12月就診於北京同仁醫院眼科中心及首都醫科大學教學醫院石景山醫院眼科，並診斷為PDR繼發NVI32例（64隻眼）患者的臨床資料進行研究。其中，男性2例（4隻眼），女性10例（20隻眼）；年齡32~79歲，平均年齡（55±13）歲。本研究經首都醫科大學附屬石景山醫院倫理審查委員會批准，患者和家屬均簽署知情同意書。
二、納入與排除標準
1。納入標準：（1）年齡32~79歲；（2）可耐受IFA和ICGA造影；（3）診斷為PDR可能伴有NVI者。
2。排除標準：（1）對IFA和（或）ICGA造影劑過敏者；（2）患有嚴重心血管疾病者；（3）不能配合檢查者；（4）有嚴重認知障礙者。
三、檢查專案與方法
1。視力與眼壓的檢查：採用國際標準對數視力表（日本Topcon株式會社生產）檢查患者的視力；採用TX-20型非接觸眼壓計（日本Canon株式會社生產）檢查患者的眼壓。
2。造影劑的注射：所有患者均經過過敏預實驗對藥物無過敏現象，血壓和脈搏均在參考範圍內。透過肘靜脈注射熒光素鈉和吲哚菁綠各2。5ml的混合溶液（丹東醫藥創藥業有限公司生產）。
3。虹膜造影檢查：採用Spectralis型鐳射共聚焦檢眼儀（德國海德堡公司生產）對患者行IFA和ICGA檢查，採集患者虹膜血管造影影象資訊。
四、造影影象的處理方法
1。影象的預處理：原始造影影象為RGB格式。採用Matlab 2016a影象處理軟體（美國Math Works公司出品），首先將影象轉換為灰度影象，然後將同時採集的兩種不同造影影象作為一組對照進行後續虹膜區域提取及虹膜造影分割。見圖1。
2。造影影象中虹膜區域的提取：由於影象中存在眼瞼等其他結構，首先需要對虹膜區域進行提取。採用活動輪廓模型（Snake模型）對虹膜區域進行分割。以此法首先將影象的分割問題轉化為求解能量函式最小值的問題，然後透過不斷修正人機互動選取的初始虹膜輪廓曲線，計算曲線的能量函式，在曲線能量函式達到最小時得到最終分割結果［8］。
3。造影區域的分割：熒光造影劑與虹膜背景具有良好的區分度，在已分割的虹膜影象中，使用大津閾值演算法（Otsu演算法），將影象分成造影區和背景兩個部分，進而計算造影面積所佔虹膜面積的比值［9］。為了防止計算面積比例可能存在較大誤差，均取同一時段採集的3張造影影象計算均值。
4。造影影象特徵的採集及佔比的計算：經肘靜脈注射造影劑之後，開始採集造影前期不同時段的影象。記錄隨著時間延續虹膜造影早期造影劑在虹膜內顯影的影象特徵。採用Prism5軟體（美國Graph Pad Software公司出品）計算並繪製不同時刻造影劑在虹膜內的佔比圖。
五、統計學分析方法
採用SPS22。0統計學軟體處理資料。年齡、糖尿病病程、眼壓、視力及虹膜新生血管面積的比例，以均數±標準差進行描述。虹膜新生血管面積的佔比與糖尿病病程、眼壓及視力的相關性採用Spearman法進行相關分析。以P
結果
一、納入研究患者的檢查結果
共納入32例（64隻眼）患者，視力範圍0。2~3。0，平均視力（1。5±1。2）；眼壓範圍14~75mmHg（1mmHg=0。133kPa）；平均眼壓（45±18）mmHg；糖尿病病程為5~30年，平均病程（17±7）年。IFA與IICGA同時診斷有NVI患者2例（38隻眼）。其中，患者雙眼出現NVI者有16例（32隻眼）；患者單眼NVI者有6例（6隻眼），無NVI的患者10例（20隻眼）。兩種造影法診斷結果的符合率為100%。在IFA及IICGA中確診為NVI的2例（38隻眼）患者中，虹膜有粘連者6例（10隻眼），佔26。3%；虹膜形態不規則者7例（12隻眼），佔31。6%；新生血管多出現在瞳孔緣附近9例（17隻眼），佔45%。IFA顯示NVI主要表現為虹膜表面新生血管熒光素滲漏，IICGA可顯示瞳孔緣細小的新生血管芽或新生血管網。新生血管網，呈環形、團狀、樹枝狀或網狀的形態特徵。其中，NVI顯示在瞳孔緣者10例（17隻眼）；其範圍為1個象限者4例（5隻眼），2個象限者2例（2隻眼），3個象限者1例（1隻眼），4個象限者8例（13隻眼）。
二、造影影象分割及定量分析的結果
IFA造影影象分割及定量分析的結果，為NVI面積佔比為41。7%；IICGA造影影象分割及定量分析的結果，為虹膜新生血管面積佔比為22。6%。從此結果可以看出，兩種造影法求出的虹膜新生血管面積佔比相差近一倍。此外，IFA的造影影象中，熒光素滲漏較為嚴重，因此，分割及定量分析得到的NVI面積存在較大的假陽性面積；而IICGA，因造影劑基本不出現滲漏，則可以清晰地顯示新生血管，故可更準確地獲取NVI的面積。見圖2。
三、虹膜造影影象的特徵
虹膜血管造影早期，造影劑隨著時間的延續在虹膜內顯影中可見。在造影前期影象採集5s時，IFA的造影劑開始在虹膜區域滲漏，見圖3A；此時，IICGA造影劑尚未進入虹膜顯影。10s時，IFA造影劑滲漏已完全瀰漫整個虹膜區域，見圖3B；此時，IICGA造影劑開始部分進入虹膜血管。15s時，IFA造影劑迅速滲漏，整個虹膜背景可見均勻的高熒光，在瞳孔緣附近熒光顯示的更為強烈，無法正常顯示虹膜的血管形態，見圖3C；此時，ICGA開始在瞳孔緣及前房角附近顯現虹膜的一些血管形態。20s時，IFA造影劑仍在虹膜血管中繼續滲漏瀰漫，顯示出更強的熒光訊號，瞳孔緣附近強熒光的面積也在擴大，見圖3D；此時，IICGA造影劑在虹膜血管中已完全充盈，可以清晰地顯示血管的形態細節。隨著時間推移。25s時，IFA造影劑滲漏形成的虹膜背景熒光開始逐漸被迴圈代謝掉，只在瞳孔緣附近還保持著異常的高熒光訊號區域，見圖3E；此時，IICGA的熒光訊號也開始降低，依舊可以清晰地顯示新生血管區域的血管形態及瞳孔緣。相比於25s的影象特點，30s採集的影象，基本沒有發生較大的改變，熒光訊號趨於穩定，緩慢降低，見圖3F。上述幾個時間段內熒光區域的面積佔比顯示，IFA的熒光面積開始就因造影劑滲漏出現較大的面積佔比，此後隨著造影劑的代謝，造影面積趨於穩定；IICGA的熒光面積始終保持著一個較為平穩的水平。尤其在25s和30s時採集影象熒光訊號更加趨於穩定。見圖3和圖4。
四、NVI面積佔比與糖尿病病程、眼壓及視力相關分析的結果
NVI患者的NVI面積佔比與眼壓呈正相關，檢驗結果具有統計學意義（r=0。567，P0。05）；NVI面積佔比與視力相關分析的檢驗結果亦無統計學意義（r=0。15，P>0。05）。見圖5。
討論
NVI由於可以發展為或合併形成纖維血管膜，導致前房角關閉從而引發新生血管性青光眼。在美國的糖尿病患者中，僅有2。3%~2。5%的PDR患者發生NVI，而缺血型視網膜中央靜脈阻塞，NVI的發病率高達45%~80%［10］。在中國，每年也有大量患者由於NVI引起新生血管性青光眼，因眼壓難以控制導致患者失明甚至須行眼球摘除［11-13］。
一、NVI的病因及發病機制
NVI病因複雜多樣，多繼發於糖尿病性視網膜病變、視網膜中央靜脈阻塞及眼缺血綜合徵等缺血性疾病［14-16］。其原因在於缺血缺氧誘導多種血管源性生長因子的產生和釋放，尤其是VEGF的上調。VEGF是具有促新生血管發生作用的多肽類生長因子。它可誘導血管內皮細胞增殖和遷移，改變血管內皮細胞表面黏附分子的表達促進活性氧的產生，促使新生血管形成，導致血管的通透性增加［17］。大量動物實驗和臨床標本檢測證實，VEGF在新生血管性眼病的發生發展過程中起著重要作用［18-20］。NVI未能控制，可誘發新生血管性青光眼［21］。
二、NVI的檢查方法
在常規臨床檢查中，生長活躍的NVI很容易被發現，然而早期的虹膜血管病變，尤其是在顏色較深的虹膜背景下不易被發現［22-24］。Rosario等［25］和何志勇等［26］均發現虹膜血管造影檢查可以比裂隙燈檢查更早期的發現NVI。虹膜血管造影檢查方法包括IFA和IICGA。NVI在IFA檢查中常表現為滲漏的血管叢，但在虹膜色素豐富或血管滲漏明顯時，往往無法顯示虹膜血管的形態［27-29］；而在ICGA檢查中不僅可以顯示虹膜血管的形態，還可以很好地展現新生血管的細節。還有資料表明，吲哚菁綠的高蛋白結合率可減少滲漏的發生，有助於對虹膜新生血管面積的定量分析［30-32］。
三、NVI定量研究的意義及可行性
目前，臨床上尚缺乏對NVI定量分析的研究手段，加之新生血管受諸多因素影響，因此無法確切分析NVI的嚴重程度與哪些具體影響因素相關以及其病理相關關係。NVI的定量研究結果，可以幫助醫師更加直觀的瞭解疾病的發展程度與受相關因素影響的具體變化關係，指導臨床進行個性化的治療，有助於阻止NVI繼續惡化向新生血管性青光眼方向發展，對於改善或保持患者視功能，降低患者的致盲率具有重要意義。本研究中引入活動輪廓模型作為影象處理演算法，利用連續閉合的曲線表示要提取的目標形態，將影象的分割問題轉化為求解能量函式的最小值，能夠有效地對虹膜區域進行形態學提取。此外，因造影劑充盈區域與虹膜背景存在明顯的灰度差異，利用大津閾值演算法對新生血管造影影象可進行分割，又因該分割方法不受影象的亮度和對比度的影響，使NVI的定量分析成為可能。分割結果由臨床醫師評估得到認可，顯示出較好的魯棒性和客觀性。本研究的結果表明，透過對前期虹膜造影影象的分析，根據影象質量的熒光訊號佔比顯示，在前期影象採集25~30s的造影影象訊號趨於穩定，此時採集的影象適宜於NVI的定量，訊號干擾較小。
四、本研究的發現及侷限性
已有文獻報道糖尿病性視網膜病變、視網膜中央靜脈阻塞等缺血缺氧性疾病產生VEGF彌散進入前房，誘導虹膜表面出現新生血管，造成房水外流受阻導致眼內壓升高［33-34］。本研究利用虹膜新生血管面積佔比與糖尿病病程、眼壓及視力之間的相關性分析，發現NVI的嚴重程度與眼壓呈正相關，理論上這符合預期，也與上述報道相符。此外，本研究中新生血管面積佔比與糖尿病病程未展現相關性，推測其原因有二。其一，現有病例的病程為患者自述，且存在糖尿病確診延遲的可能；其二，本研究樣本量尚少，結果和結論存在一定的侷限性，需要進行更大樣本的研究驗證。由於本研究病例均為PDR患者，其視力受糖尿病性黃斑水腫、牽拉性視網膜脫離、高眼壓等多重因素影響，NVI與視力相關的規律有待大樣本研究的進一步證實［35］。
綜上所述，IFA及IICGA均能發現PDR患者中的NVI，兩種造影方式診斷結果符合率一致，且ICGA對於顯示新生血管細節及定量優於IFA。NVI面積佔比與患眼眼壓呈正相關。IICGA對於NVI早期診斷及定量研究具有重要價值，可能為PDR患者的臨床治療決策提供支援。
