視網膜血管是人體唯一可以在無創條件下觀察到的循環系統，通過觀察視網膜血管形態改變，可以間接反映血液循環的改變，發現不同疾病的發生、發展及演變規律。隨著檢測技術的發展，特別是眼底照相和OCT血管成像的廣泛應用，為視網膜血管測量帶來更加直觀、無創化的量化指標。了解視網膜血管測量方法的研究進展，對相關血管性疾病的診斷、指導治療以及隨訪具有重要意義。
引用本文： 婁煒, 王相寧, 吳強. 視網膜血管直徑測量方法的研究進展與臨床應用. 中華眼底病雜志, 2020, 36(11): 902-905. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20190801-00248 復制
眼球作為一個重要視覺器官，通過透明屈光間質可對視網膜血管進行非侵入性檢查，該解剖特征使得眼球成為觀察全身疾病的重要窗口之一。既往已有大量基于大規模人群的臨床研究探索視網膜血管直徑與糖尿病視網膜病變（DR）、高血壓、糖尿病和心力衰竭等疾病的關系。其依賴于視網膜血管直徑測量方法的更新以及測量技術的進步。現就視網膜血管直徑測量方法以及臨床應用進展作一綜述。
1 檢眼鏡
1889年蘇格蘭醫生Robert通過檢眼鏡首次觀察到腦血管、腎臟疾病伴高血壓病患者眼底小動脈棉絨斑、視網膜出血、視網膜水腫以及視盤水腫等病變，并認為這些改變可作為全身性疾病早期識別的標志[1]。其后，Wagener等[2]依據檢眼鏡所見對視網膜血管直徑進行定性分析，并提出Wagener-Clay-Gipner分級法；該分級方法通過對局灶性動脈收縮程度進行評估后，進而對小動脈硬化程度進行分級。Keith等[3]在此基礎上進一步驗證了高血壓眼底病變分級與高血壓患者生存率的關系。但是在實際臨床運用過程中，因該標準基于形態判斷，主觀性較強且可靠性差。尤其是對于廣泛視網膜動脈縮窄這一最早改變，難以進行量化，不利于統計學分析和研究。
2 眼底照相
1974年，Parr和Spears[4]首先應用眼底照相技術評估小動脈狹窄，通過測量距離視盤邊界0.5~1.0 DD之間血管血柱直徑，帶入公式得出視網膜中央動脈管徑當量（CRAE）。此項對視網膜血管直徑定量化的研究具有開拓性意義。1999年，Hubbard等[5]在上述研究基礎上進一步設計出半自動化測量系統，實現對視網膜中央靜脈管徑當量（CRVE）的測量；通過CRAE和CRVE測量獲得視網膜動脈、靜脈比值（AVR），并分析了AVR與相關疾病的關系。Knudtson等[6]對此進行了改良，通過測量視網膜6條最大的小動脈、靜脈獲得視網膜血管測量的代數值；此方法不受圖像尺寸的影響。以眼底照相為基礎的視網膜血管直徑分析目前已被大規模流行病學研究所采用。相較于檢眼鏡，眼底照相除具有良好的可重復性之外，還可以獲取視網膜血管的定量分析，此點在統計學中至關重要。
隨著計算機的廣泛應用，視網膜血管直徑的測量方法也隨之改變。Eaton和Hatchell[7]開創性地運用計算機對血管直徑進行分析，表明通過計算機的輔助所測結果不但具有良好的重復性，同時還具有快速及簡便的特點。此后，Suzuki[8]進一步設計出基于線性圖像傳感器的視網膜圖像以識別血管，并具有實時和自動化分析的特點，拍攝同時即可得出直徑。隨著圖像數字化處理技術的進步以及大規模臨床研究的需要、理論計算機技術的飛速發展，適用于視網膜血管直徑測量的算法不斷更新，并被應用于軟件中，其中比較有代表性的軟件有RA、IVAN和SIVA三種[9-11]。
眼底照相與自動化軟件結合在目前研究中應用最為廣泛。早期研究著眼于高血壓、糖尿病等全身性疾病中視網膜血管形態改變與疾病嚴重性的關系[9, 12]。近年則增加了其他疾病的研究，如心理疾病與運動的研究中，運動使單項抑郁和偏頭痛癥狀緩解的同時提升了AVR，前者是由于小動脈的擴張，而后者則是小靜脈的收縮[13-14]；另外，高壓力水平的兒童有較大的小靜脈直徑，而經歷更多負面生活事件的兒童則有較小的小動脈[15]。上述研究雖然證實了視網膜血管的改變，但在作用機制上仍需要未來研究進一步證實。在腦功能方面，與足月兒比較，早產兒擁有更小的CRAE、CRVE、AVR、智商及頭圍，更易產生不準確的判斷結果；另一項對認知障礙的研究發現，與健康對照組比較，認知障礙患者CRAE縮小幅度多1.8%，說明視網膜血管可間接反映腦血管的發育及衰老水平[16-17]。此外，血管直徑亦可提示藥物作用機制，奈帕芬胺、地塞米松眼內植入物、貝伐單抗均可減輕患者黃斑水腫，但視網膜血管對三者的反應不同，表明三者可能通過不同作用機制消退水腫[18-20]。DR患者應用神經保護藥物溴莫尼定和生長抑素會出現CRAE和CRVE增大，推測可能是因為該類藥物可增加視網膜血管微循環進而營養周邊視網膜組織[21]。血管直徑也可作為疾病轉歸和發展的指標之一，對于雙眼可疑青光眼患者，最終確診為青光眼的患眼CRAE基線水平明顯低于未轉換為青光眼的對側眼，該現象在青光眼患者與正常人群的比較中同樣存在[22-23]。研究表明，在DR進展中，CRAE伴隨疾病改善而減少；而對于糖尿病黃斑水腫，較小的基線CRVE與接受雷珠單抗治療后視力預后更佳相關[24-25]。
3 FFA
早期研究者選擇FFA作為血管直徑測量的原因是由于造影劑可以填充血管管腔。由于檢查時需應用眼底照相機，故在測量方法上其與眼底照相并無差異。其后的研究結果也證實在觀察視盤周圍血管時，FFA與眼底照相測得的血管直徑結果一致[26]。Unlu等[27]發現，高血壓、糖尿病和老年性黃斑變性患者行FFA檢查后，視網膜動脈直徑無顯著改變。隨著超廣角FFA的問世，將來可進一步研究周邊部的血管直徑[28]。但在臨床應用中，諸多原因限制了FFA在血管直徑測量上的應用。首先FFA為有創性檢查，造影劑會導致可能的系列并發癥，其次臨床研究中難以應用該方法進行對照觀察[29]。
4 激光多普勒血流儀和掃描激光
激光多普勒血流儀是一種測量流體中懸浮顆粒速度的儀器，其原理基于多普勒效應。Michelson等[30]將激光多普勒血流儀與掃描激光相結合，首次同時獲得血管血流速度和視網膜血管形態，但仍不能直接獲得視網膜血管直徑。掃描激光多普勒血流儀版本3.6面世之后，借助該軟件便可以分析血管腔的直徑和血管壁的厚度[31]。Harazny等[32]研究發現，1、2級高血壓患者血管管腔大小存在差異；與其他兩組患者比較，治療抵抗的高血壓患者血管直徑以及血管管腔大小存在差異。同時動態分析發現，動脈舒張和收縮時小動脈管壁厚度可發生變化，但在治療抵抗患者中則未觀察到該變化。雖然該儀器帶來了新的可量化分析指標，但由于儀器最大分辨率為10 μm×10 μm，不能進行更精確的觀察；此外，該方法需要檢查者對血管進行選定，不利于大規模人群分析。該方法最早被應用于高血壓患者眼底血管的研究，目前也僅應用于小范圍眼部疾病的研究。
5 OCT
OCT作為一種無創非侵入性檢查，使得對于視網膜層間結構改變的常規觀察成為可能。目前被運用于血管直徑研究的主要是頻域OCT（SD-OCT），其軸向分辨率可達1～5 μm，能對視網膜疾病進行更為精細地觀察。
Goldenberg等[33]應用OCT格柵樣掃描模式對視盤周圍血管進行多個測量點的測量，在所有測量點，AVR均為0.9。但是該測量結果是基于OCT格柵樣掃描模式所獲得，與基于眼底照相的血管分析軟件測量結果存在差異，前者的測量值較大[34]。Schuster等[35]、Muraoka等[36]則選擇OCT內置的環形掃描模式進行血管直徑測量，前者提出基于OCT的視網膜中央動脈、靜脈的等效值定義；測量結果與既往基于眼底照相的結果相似，高血壓患者AVR下降。2016年，Shao等[37]亦采用環形掃描模式對不同分期DR患者的血管直徑進行觀察，結果顯示疾病的嚴重程度與小動脈直徑無關，而與靜脈直徑相關，且呈現出顯著的相關性。此外，該方法還被應用于帕金森病和假性囊膜剝脫綜合征的研究，前者視網膜動靜脈的改變無統計學意義，后者則可見明顯的動脈縮窄[38-39]。與眼底照相比較，OCT的優勢在于可進行血管管壁厚度的測量，并且具有良好的重復性和一致性[36]。此外，由于OCT的B掃描可以根據檢查要求選擇掃描切面，因此理論上可以對任意一條血管進行掃描。基于此原理，有研究者對動靜脈交叉處的靜脈與年齡進行了相關性研究[40]。除外上述兩種方法，Abdelhak等[41]、Yabana等[42]分別提出兩種利用OCT圖像測量血管的方法，但均需其他計算機軟件輔助測量。其中Abdelhak等[41]的方法可行性在肌萎縮性側索硬化癥患者中進一步得到驗證。雖然目前應用SD-OCT測量血管有其獨特優勢，但其價格昂貴且測量耗時較長，需要受檢者配合，并且目前多數測量方法需要檢查者對所采集的圖像進行手動分析，不具有實時性；此外，目前的研究樣本量均較少，也是其不足之處。
6 OCT血管成像（OCTA）
OCTA成像機制是利用運動顆粒（如紅細胞）引起OCT信號變化，進而生成視網膜微循環的三維高分辨率血管圖[43]。基于此原理，在進行血管直徑測量時，OCTA測量的是血管內徑。目前已有研究者利用OCTA測量血管直徑，并顯示其具有良好的檢查者間一致性[44]。Ghasemi等[44]利用OCTA測量血管直徑，選取以視盤為中心6 mm×6 mm模式，在視神經纖維層面上比較同一名受檢者以視盤為中心和3.4 mm為直徑圓的切線上血管大小，每個象限只選取直徑最大的動脈和靜脈進行血管直徑比較；兩名觀察者分別選擇合適的圖像亮度和對比度后再根據邊界探測技術得出血管直徑。在與眼底照相獲得結果的比較中，該方法的測量值大于眼底照相的測量值。目前僅有這一項研究應用OCTA測量血管直徑，且該研究使用的設備為同一型號。因此，能否在其他型號設備中應用以及各種設備測量結果的一致性有待進一步研究。還需要注意的是，由于OCTA具有分層觀察不同層面的視網膜脈絡膜微血管結構及形態的能力，因此在未來進行血管直徑測量的研究中需要指出觀察的層面。
雖然目前測量視網膜血管直徑的設備越來越多，但相關研究主要指標仍沿用CRAE、CRVE以及AVR。同時應注意的是，影響血管直徑測量結果的還有其他很多因素，如OCT掃描模式、自動分析軟件、圖像獲取和分析、屈光、眼軸、圖片壓縮和圖像空間分辨率等[45-47]。因此，分析血管直徑時，也應考慮這些相關因素的影響。
7 總結與展望
視網膜血管參數可作為探索、闡明眼部疾病及全身疾病可靠的非侵入性生物標志物。隨著視網膜成像技術的進步，已證明運用視網膜血管直徑作為視網膜血管定量指標的可行性。幾項大型臨床研究結果已表明，視網膜血管直徑的應用可為眼底疾病診斷、干預提供有效信息。隨著視網膜成像技術的不斷發展和進步，視網膜血管直徑作為心血管疾病、糖尿病等涉及血管疾病的非侵入性生物標志物，一定會更為精確、便捷。
眼球作為一個重要視覺器官，通過透明屈光間質可對視網膜血管進行非侵入性檢查，該解剖特征使得眼球成為觀察全身疾病的重要窗口之一。既往已有大量基于大規模人群的臨床研究探索視網膜血管直徑與糖尿病視網膜病變（DR）、高血壓、糖尿病和心力衰竭等疾病的關系。其依賴于視網膜血管直徑測量方法的更新以及測量技術的進步。現就視網膜血管直徑測量方法以及臨床應用進展作一綜述。
1 檢眼鏡
1889年蘇格蘭醫生Robert通過檢眼鏡首次觀察到腦血管、腎臟疾病伴高血壓病患者眼底小動脈棉絨斑、視網膜出血、視網膜水腫以及視盤水腫等病變，并認為這些改變可作為全身性疾病早期識別的標志[1]。其后，Wagener等[2]依據檢眼鏡所見對視網膜血管直徑進行定性分析，并提出Wagener-Clay-Gipner分級法；該分級方法通過對局灶性動脈收縮程度進行評估后，進而對小動脈硬化程度進行分級。Keith等[3]在此基礎上進一步驗證了高血壓眼底病變分級與高血壓患者生存率的關系。但是在實際臨床運用過程中，因該標準基于形態判斷，主觀性較強且可靠性差。尤其是對于廣泛視網膜動脈縮窄這一最早改變，難以進行量化，不利于統計學分析和研究。
2 眼底照相
1974年，Parr和Spears[4]首先應用眼底照相技術評估小動脈狹窄，通過測量距離視盤邊界0.5~1.0 DD之間血管血柱直徑，帶入公式得出視網膜中央動脈管徑當量（CRAE）。此項對視網膜血管直徑定量化的研究具有開拓性意義。1999年，Hubbard等[5]在上述研究基礎上進一步設計出半自動化測量系統，實現對視網膜中央靜脈管徑當量（CRVE）的測量；通過CRAE和CRVE測量獲得視網膜動脈、靜脈比值（AVR），并分析了AVR與相關疾病的關系。Knudtson等[6]對此進行了改良，通過測量視網膜6條最大的小動脈、靜脈獲得視網膜血管測量的代數值；此方法不受圖像尺寸的影響。以眼底照相為基礎的視網膜血管直徑分析目前已被大規模流行病學研究所采用。相較于檢眼鏡，眼底照相除具有良好的可重復性之外，還可以獲取視網膜血管的定量分析，此點在統計學中至關重要。
隨著計算機的廣泛應用，視網膜血管直徑的測量方法也隨之改變。Eaton和Hatchell[7]開創性地運用計算機對血管直徑進行分析，表明通過計算機的輔助所測結果不但具有良好的重復性，同時還具有快速及簡便的特點。此后，Suzuki[8]進一步設計出基于線性圖像傳感器的視網膜圖像以識別血管，并具有實時和自動化分析的特點，拍攝同時即可得出直徑。隨著圖像數字化處理技術的進步以及大規模臨床研究的需要、理論計算機技術的飛速發展，適用于視網膜血管直徑測量的算法不斷更新，并被應用于軟件中，其中比較有代表性的軟件有RA、IVAN和SIVA三種[9-11]。
眼底照相與自動化軟件結合在目前研究中應用最為廣泛。早期研究著眼于高血壓、糖尿病等全身性疾病中視網膜血管形態改變與疾病嚴重性的關系[9, 12]。近年則增加了其他疾病的研究，如心理疾病與運動的研究中，運動使單項抑郁和偏頭痛癥狀緩解的同時提升了AVR，前者是由于小動脈的擴張，而后者則是小靜脈的收縮[13-14]；另外，高壓力水平的兒童有較大的小靜脈直徑，而經歷更多負面生活事件的兒童則有較小的小動脈[15]。上述研究雖然證實了視網膜血管的改變，但在作用機制上仍需要未來研究進一步證實。在腦功能方面，與足月兒比較，早產兒擁有更小的CRAE、CRVE、AVR、智商及頭圍，更易產生不準確的判斷結果；另一項對認知障礙的研究發現，與健康對照組比較，認知障礙患者CRAE縮小幅度多1.8%，說明視網膜血管可間接反映腦血管的發育及衰老水平[16-17]。此外，血管直徑亦可提示藥物作用機制，奈帕芬胺、地塞米松眼內植入物、貝伐單抗均可減輕患者黃斑水腫，但視網膜血管對三者的反應不同，表明三者可能通過不同作用機制消退水腫[18-20]。DR患者應用神經保護藥物溴莫尼定和生長抑素會出現CRAE和CRVE增大，推測可能是因為該類藥物可增加視網膜血管微循環進而營養周邊視網膜組織[21]。血管直徑也可作為疾病轉歸和發展的指標之一，對于雙眼可疑青光眼患者，最終確診為青光眼的患眼CRAE基線水平明顯低于未轉換為青光眼的對側眼，該現象在青光眼患者與正常人群的比較中同樣存在[22-23]。研究表明，在DR進展中，CRAE伴隨疾病改善而減少；而對于糖尿病黃斑水腫，較小的基線CRVE與接受雷珠單抗治療后視力預后更佳相關[24-25]。
3 FFA
早期研究者選擇FFA作為血管直徑測量的原因是由于造影劑可以填充血管管腔。由于檢查時需應用眼底照相機，故在測量方法上其與眼底照相并無差異。其后的研究結果也證實在觀察視盤周圍血管時，FFA與眼底照相測得的血管直徑結果一致[26]。Unlu等[27]發現，高血壓、糖尿病和老年性黃斑變性患者行FFA檢查后，視網膜動脈直徑無顯著改變。隨著超廣角FFA的問世，將來可進一步研究周邊部的血管直徑[28]。但在臨床應用中，諸多原因限制了FFA在血管直徑測量上的應用。首先FFA為有創性檢查，造影劑會導致可能的系列并發癥，其次臨床研究中難以應用該方法進行對照觀察[29]。
4 激光多普勒血流儀和掃描激光
激光多普勒血流儀是一種測量流體中懸浮顆粒速度的儀器，其原理基于多普勒效應。Michelson等[30]將激光多普勒血流儀與掃描激光相結合，首次同時獲得血管血流速度和視網膜血管形態，但仍不能直接獲得視網膜血管直徑。掃描激光多普勒血流儀版本3.6面世之后，借助該軟件便可以分析血管腔的直徑和血管壁的厚度[31]。Harazny等[32]研究發現，1、2級高血壓患者血管管腔大小存在差異；與其他兩組患者比較，治療抵抗的高血壓患者血管直徑以及血管管腔大小存在差異。同時動態分析發現，動脈舒張和收縮時小動脈管壁厚度可發生變化，但在治療抵抗患者中則未觀察到該變化。雖然該儀器帶來了新的可量化分析指標，但由于儀器最大分辨率為10 μm×10 μm，不能進行更精確的觀察；此外，該方法需要檢查者對血管進行選定，不利于大規模人群分析。該方法最早被應用于高血壓患者眼底血管的研究，目前也僅應用于小范圍眼部疾病的研究。
5 OCT
OCT作為一種無創非侵入性檢查，使得對于視網膜層間結構改變的常規觀察成為可能。目前被運用于血管直徑研究的主要是頻域OCT（SD-OCT），其軸向分辨率可達1～5 μm，能對視網膜疾病進行更為精細地觀察。
Goldenberg等[33]應用OCT格柵樣掃描模式對視盤周圍血管進行多個測量點的測量，在所有測量點，AVR均為0.9。但是該測量結果是基于OCT格柵樣掃描模式所獲得，與基于眼底照相的血管分析軟件測量結果存在差異，前者的測量值較大[34]。Schuster等[35]、Muraoka等[36]則選擇OCT內置的環形掃描模式進行血管直徑測量，前者提出基于OCT的視網膜中央動脈、靜脈的等效值定義；測量結果與既往基于眼底照相的結果相似，高血壓患者AVR下降。2016年，Shao等[37]亦采用環形掃描模式對不同分期DR患者的血管直徑進行觀察，結果顯示疾病的嚴重程度與小動脈直徑無關，而與靜脈直徑相關，且呈現出顯著的相關性。此外，該方法還被應用于帕金森病和假性囊膜剝脫綜合征的研究，前者視網膜動靜脈的改變無統計學意義，后者則可見明顯的動脈縮窄[38-39]。與眼底照相比較，OCT的優勢在于可進行血管管壁厚度的測量，并且具有良好的重復性和一致性[36]。此外，由于OCT的B掃描可以根據檢查要求選擇掃描切面，因此理論上可以對任意一條血管進行掃描。基于此原理，有研究者對動靜脈交叉處的靜脈與年齡進行了相關性研究[40]。除外上述兩種方法，Abdelhak等[41]、Yabana等[42]分別提出兩種利用OCT圖像測量血管的方法，但均需其他計算機軟件輔助測量。其中Abdelhak等[41]的方法可行性在肌萎縮性側索硬化癥患者中進一步得到驗證。雖然目前應用SD-OCT測量血管有其獨特優勢，但其價格昂貴且測量耗時較長，需要受檢者配合，并且目前多數測量方法需要檢查者對所采集的圖像進行手動分析，不具有實時性；此外，目前的研究樣本量均較少，也是其不足之處。
6 OCT血管成像（OCTA）
OCTA成像機制是利用運動顆粒（如紅細胞）引起OCT信號變化，進而生成視網膜微循環的三維高分辨率血管圖[43]。基于此原理，在進行血管直徑測量時，OCTA測量的是血管內徑。目前已有研究者利用OCTA測量血管直徑，并顯示其具有良好的檢查者間一致性[44]。Ghasemi等[44]利用OCTA測量血管直徑，選取以視盤為中心6 mm×6 mm模式，在視神經纖維層面上比較同一名受檢者以視盤為中心和3.4 mm為直徑圓的切線上血管大小，每個象限只選取直徑最大的動脈和靜脈進行血管直徑比較；兩名觀察者分別選擇合適的圖像亮度和對比度后再根據邊界探測技術得出血管直徑。在與眼底照相獲得結果的比較中，該方法的測量值大于眼底照相的測量值。目前僅有這一項研究應用OCTA測量血管直徑，且該研究使用的設備為同一型號。因此，能否在其他型號設備中應用以及各種設備測量結果的一致性有待進一步研究。還需要注意的是，由于OCTA具有分層觀察不同層面的視網膜脈絡膜微血管結構及形態的能力，因此在未來進行血管直徑測量的研究中需要指出觀察的層面。
雖然目前測量視網膜血管直徑的設備越來越多，但相關研究主要指標仍沿用CRAE、CRVE以及AVR。同時應注意的是，影響血管直徑測量結果的還有其他很多因素，如OCT掃描模式、自動分析軟件、圖像獲取和分析、屈光、眼軸、圖片壓縮和圖像空間分辨率等[45-47]。因此，分析血管直徑時，也應考慮這些相關因素的影響。
7 總結與展望
視網膜血管參數可作為探索、闡明眼部疾病及全身疾病可靠的非侵入性生物標志物。隨著視網膜成像技術的進步，已證明運用視網膜血管直徑作為視網膜血管定量指標的可行性。幾項大型臨床研究結果已表明，視網膜血管直徑的應用可為眼底疾病診斷、干預提供有效信息。隨著視網膜成像技術的不斷發展和進步，視網膜血管直徑作為心血管疾病、糖尿病等涉及血管疾病的非侵入性生物標志物，一定會更為精確、便捷。