Сканирующая лазерная поляриметрия — метод измерения толщины слоя нервных волокон сетчатки при тестировании глаукомы. При реализации метода используется эффект поляризованного света.
Принцип действия и применение Одним из приборов, применяемых для измерения толщины слоя нервных волокон сетчатки, является сканирующий лазерный поляриметр GDx-VCC. Прибор использует метод сканирующей лазерной поляриметрии, основанный на измерении изменения состояния поляризации света при его прохождении через двулучепреломляющие ткани глаза.
Первые разработки прибора относятся к концу XX века. Первоначальная версия была выпущена компанией Laser Diagnostic Technologies под названием GDx Nerve Fiber Analyzer. В дальнейшем была разработана модель второго поколения — GDx Access. Поле зрения прибора составляет около 15°, а проведение исследования не требует медикаментозного расширения зрачка.
В качестве источника излучения в системе используются лазерные диоды, генерирующие поляризованный свет. В ранних версиях применялись также источники на основе гелий-неонового лазера с длиной волны 632,8 нм и аргонового лазера с длиной волны 514 нм. Поляризационный модулятор изменяет состояние поляризации излучения, после чего линейно поляризованный пучок проходит через вращающийся четвертьволновой ретардер.
Сканирующий блок обеспечивает перемещение лазерного пучка по горизонтали и вертикали относительно поверхности сетчатки. Диаметр сфокусированного пучка составляет около 35 мкм. Отражённое от глазного дна излучение регистрируется детектором поляризации, который позволяет определять изменения его состояния поляризации. Детекторный блок включает второй четвертьволновой ретардер, синхронно вращающийся с первым, и линейный поляризатор, расположенный перед фотодетектором. Полученные сигналы оцифровываются и обрабатываются с помощью компьютера.
Принцип работы GDx-VCC основан на измерении задержки (ретардации) поляризованного света, возникающей при его прохождении через двулучепреломляющие структуры глаза, прежде всего роговицу и слой нервных волокон сетчатки. На основании величины зарегистрированной ретардации рассчитывается толщина слоя нервных волокон сетчатки.
Двулучепреломление роговицы способно влиять на результаты измерений. Для его компенсации в системе используется так называемый компенсатор роговицы (Variable Corneal Compensator, VCC), позволяющий учитывать влияние поляризационных свойств роговицы на результаты исследования. В последующих версиях прибора производителем были внесены аппаратные и программные изменения, направленные на совершенствование компенсации двулучепреломления роговицы.
Исследования диагностической ценности GDx-VCC давали неоднозначные результаты. В частности, исследование Н. Дж. Ройса и Х. Г. Лемия (Nicolaas J. Reus, Hans G. Lemij), проведённое в Роттердамской глазной больнице, показало наличие корреляции между результатами стандартной автоматизированной периметрии и измерениями GDx-VCC у пациентов с глаукомой. Это свидетельствовало о соответствии структурных изменений, выявляемых методом сканирующей лазерной поляриметрии, функциональным нарушениям поля зрения при глаукоме. Вместе с тем у здоровых обследуемых существенной корреляции между результатами периметрии и измерениями GDx-VCC выявлено не было. Авторы отмечали, что полученные результаты необходимо учитывать при оценке прогностической ценности метода.
Таким образом, GDx-VCC предназначен прежде всего для количественной оценки состояния слоя нервных волокон сетчатки. Результаты исследования могут использоваться в комплексной диагностике и мониторинге глаукомы наряду с другими методами, включая исследование поля зрения.
Концепция прибора Анализатор нервных волокон GDx предназначен для измерения толщины слоя нервных волокон сетчатки (RNFL) методом сканирующей лазерной поляриметрии (SLP). Принцип работы прибора основан на измерении двулучепреломления RNFL. Исследование выполняется посредством сканирования глазного дна поляризованным лазерным излучением с последующей обработкой изменений состояния поляризации отражённого света.
Прибор формирует поляризованный световой пучок, направляемый в глаз. При прохождении через двулучепреломляющие структуры, в частности роговицу и слой нервных волокон сетчатки, свет испытывает фазовое запаздывание (ретардацию), величина которого связана с толщиной двулучепреломляющей ткани. Отражённое от глазного дна излучение регистрируется детекторами, после чего полученные данные преобразуются в показатели толщины RNFL и представляются в графическом виде.
Сканирование выполняется по концентрическим траекториям вокруг диска зрительного нерва; анализируемая область начинается примерно на расстоянии 1,75 диаметра диска от его центра. Поле зрения прибора составляет около 15°. Исследование не требует медикаментозного расширения зрачка. Результатом сканирования является монохроматическое изображение глазного дна и количественная оценка параметров слоя нервных волокон.
Поскольку роговица также обладает двулучепреломляющими свойствами, её влияние на результаты измерения компенсируется с помощью специального компенсатора роговицы. После коррекции величина ретардации отражённого света используется для оценки толщины RNFL.
В рамках метода SLP роговица, хрусталик и сетчатка рассматриваются как линейные ретардеры — оптические элементы, изменяющие состояние поляризации проходящего через них света. Линейный ретардер характеризуется быстрой и медленной оптическими осями, расположенными ортогонально друг к другу. При совпадении вектора электрического поля поляризованного света с быстрой осью распространение соответствующей компоненты происходит с большей скоростью, тогда как при совпадении с медленной осью — с меньшей.
Разность скоростей распространения компонентов поляризованного света приводит к возникновению фазового сдвига (ретардации). При сканирующей лазерной поляриметрии величина этого сдвига регистрируется и используется для количественной оценки толщины слоя нервных волокон сетчатки.
Оптическая система В этой модели, измерительный луч проходит через три линейных ретардера: компенсатор роговицы (CC), роговицу (С), и равномерный радиальный ретардер (R), которые представляли собой участки двойного лучепреломления в сетчатке (например, околососковый RNFL или макулы) и сохраняющий поляризацию отражатель (PPR).
Ретардеры В основе метода лежит зависимость величины ретардации поляризованного света от толщины слоя нервных волокон сетчатки (RNFL): величина фазового сдвига, возникающего при прохождении света через двулучепреломляющую ткань, пропорциональна её толщине.
В оптической модели прибора учитываются четыре ретардирующих элемента, через которые проходит измерительный пучок: первые два линейных ретардера с эквивалентной величиной ретардации, образующие переменный компенсатор роговицы (VCC); третий линейный ретардер, соответствующий совокупному двулучепреломлению роговицы и переднего сегмента хрусталика; четвёртый линейный ретардер, оптические оси которого ориентированы радиально и который представляет двулучепреломляющие структуры сетчатки, прежде всего околососочковый слой нервных волокон (RNFL) и волокна Генле.
При прохождении поляризованного света через двулучепреломляющую среду его электрическое поле может быть представлено в виде двух взаимно перпендикулярных компонентов, распространяющихся с различными фазовыми скоростями. Различие скоростей приводит к возникновению фазового сдвига между компонентами, называемого ретардацией. Величина ретардации зависит от оптических свойств и толщины двулучепреломляющей ткани. Для RNFL она используется как показатель толщины слоя нервных волокон.
Помимо RNFL, двулучепреломлением обладают и другие структуры глаза, в том числе роговица и структуры переднего сегмента. Их оптический вклад может влиять на результаты измерения RNFL. Для компенсации этого влияния в приборе используется переменный компенсатор роговицы (VCC).
Компенсатор состоит из двух оптических ретардеров, взаимная ориентация которых может изменяться. Это позволяет устанавливать величину компенсируемой ретардации в диапазоне от 0 до 120 нм и корректировать влияние двулучепреломления переднего сегмента независимо от его ориентации.
В модели измерения медленная ось ретардера, соответствующего двулучепреломляющим структурам сетчатки, ориентирована радиально относительно диска зрительного нерва. Положение точки измерения вокруг диска определяется углом β, отсчитываемым от горизонтального носового меридиана. Быстрая ось ретардера при этом располагается перпендикулярно медленной и имеет угловую координату β + 90°. Радиальная ориентация осей ретардера не влияет на результаты анализа, поскольку учитывается при обработке поляризационных данных.
После прохождения через двулучепреломляющие структуры измерительный пучок отражается от более глубоких слоёв глазного дна и возвращается к детектору через те же оптические элементы. Таким образом, каждый из ретардирующих компонентов оптической системы подвергается двойному прохождению измерительным пучком.
Отражение от глазного дна в используемой модели рассматривается как отражение с сохранением состояния поляризации. В качестве модели отражателя используется сохраняющий поляризацию отражатель (PPR), который сохраняет состояние поляризации падающего излучения, за исключением фазового сдвига на 180°, связанного с изменением направления распространения света при обратном прохождении.
Что значит двулучепреломляющий?
Двулучепреломляющей является среда, имеющая отношение или характеризующаяся как среда двойного лучепреломления. На этой картине мы видим кристалл кальцита положенный на бумагу с текстом, показывающий двойную рефракцию.
Инструмент Компоненты: 1. SLP 2. VCC, состоящий из двух одинаковых ретардеров 3. Передний сегмент глаза (А) 4. Двоякопреломляющую структуру сетчатки (RE), такую как RNFL или волокнистый слой Генле, и глазного дна в качестве PPR.
Клиническая интерпретация Клиническая интерпретация результатов исследования с помощью анализатора нервных волокон GDx компании Carl Zeiss Meditec основана на оценке толщины слоя нервных волокон сетчатки (RNFL).
Помимо количественной оценки толщины RNFL, прибор формирует монохроматическое изображение исследуемого участка глазного дна. Полученные данные обрабатываются программным обеспечением, которое отображает различные значения толщины слоя нервных волокон с использованием цветовой шкалы.
На изображении более толстые участки RNFL отображаются красным и жёлтым цветами, а более тонкие — зелёным и синим. В норме наиболее выраженная толщина слоя нервных волокон наблюдается в верхнем и нижнем секторах вокруг диска зрительного нерва, которые на изображении представлены преимущественно красными и жёлтыми оттенками.
При глаукоме происходит истончение RNFL, наиболее выраженное в верхнем и нижнем секторах. Это сопровождается уменьшением или исчезновением участков красного и жёлтого цвета и увеличением площади участков, представленных зелёным и синим цветами. Выраженное истончение RNFL в верхнем и нижнем секторах может соответствовать значительному глаукоматозному повреждению зрительного нерва и наблюдаться на поздних стадиях заболевания.
Карта девиации
Карта девиации показывает расположение и величину RNFL сужения по отношению к нормальному значению. Это нормальное значение сформировалось как среднестатистическое значение представителей различных культур. Дефекты имеют цветовую маркировку на основе вероятности нормальности (например жёлтый означает, что вероятность не превышает 5 % для этого RNFL такое положение нормально). Здоровый глаз имеет чёткую карту девиации.
Дополнительное представление даёт TSNIT график. TSNIT строится по принципу височный-верхний — носовой — нижний-височный. Этот график отображает значения толщины по расчётным кругом от Т до S, N и обратно на Т. Площадь нормальных значений заштрихована. Измерения для левого глаза помечены «ОS», а для правого глаза «OD». Дефект указывается, если измеренное значение падает ниже затенённой области.
Сравнительная база данных GDX