Введение
Глаукома — необратимое хроническое нейродегенеративное заболевание, итогом прогрессирования которого является необратимая слепота. В настоящее время статическая периметрия является «золотым стандартом» в диагностике глаукомы. До 70-х годов XX века функциональное обследование с целью выявления глаукомы заключалось в оценке состояния только периферического поля зрения. Впервые исследование периферического зрения проведено Гиппократом в V веке до н.э. [1]. В дальнейшем база знаний о поле зрения человека расширялась, усовершенствовались методы его обследования. В течение XIX века и первой половины XX века метод исследования поля зрения прошел путь от кампиметра (1856) до полусферического периметра Гольдмана (1945). Основным принципом кинетической периметрии, проводимой с помощью этих приборов, является предъявление перемещаемых стимулов определенного размера и яркости. При проведении кинетической периметрии определяются границы периферического поля зрения и границы скотом, но не устанавливается глубина выявленного дефекта. Ограниченность метода и недостаточная чувствительность приборов в 60-х годах XX века послужили поводом для изучения возможностей автоматизации периметров.
В 1975 г. Франц Фанкхаузер (Franz Fankhauser) с коллегами представил первый статический периметр Octopus 201. Вскоре появилось множество других оригинальных автоматизированных периметров, среди которых особое место занимает компьютерный периметр Humphrey Field Analyzer (HFA). Принципом статической периметрии является предъявление светового стимула переменной яркости в фиксированной точке поля зрения. Стандартное исследование проводят путем предъявления неподвижных белых стимулов стандартного размера и изменяемой яркости на освещенном фоне.
В течение следующих десятилетий развитие периметрии шло по пути совершенствования приборов с учетом новых технологий. Разработано большое количество тестов для выявления функциональных изменений при глаукоме. Созданы алгоритмы ускорения процедуры тестирования и компьютерные программы для анализа результатов, выявления патологии и признаков прогрессирования глаукомы. Развитие методов визуализации диска зрительного нерва и волокон сетчатки привело к созданию периметрических программ, выявляющих дефекты светочувствительности на самых ранних этапах развития глаукомы.
На сегодняшний день периметры Octopus (Haag-Streit Diagnostics, Швейцария) и Humphrey Field Analyzer (Carl Zeiss Meditec, Германия) считаются эталонами в функциональной диагностике глаукомы и применяются во всем мире.
Тестирование дифференциальной светочувствительности сетчатки: программы и расположение стимулов
Способность глаза различать свет и фиксировать объекты различной яркости при определенной фоновой освещенности называется дифференциальной световой чувствительностью. Именно благодаря этой способности глаз осуществляет зрительный акт в пределах поля зрения. Поле зрения — это видимое пространство, воспринимаемое глазом при неподвижном взоре. Оно имеет границы, средняя норма которых на плоскости ограниченна: наружная (темпоральная) граница — 90°, верхняя граница — 55—60°, внутренняя (назальная) граница — 60—65°, нижняя граница — 70—75°.
В пределах поля зрения различают три основные зоны: макулярную — в пределах 8° от точки фиксации, центральную — в пределах 30° от точки фиксации, периферическую — от 30° от точки фиксации.
Статическая периметрия исследует дифференциальную световую чувствительность глаза в различных точках в пределах поля зрения. Ранее считалось, что при глаукоме первые дефекты светочувствительности возникают только в периферическом поле зрения [2, 3]. С появлением оптической когерентной томографии (ОКТ) и развитием статической периметрии стало понятно, что ранние изменения чаще возникают в центральной зоне поля зрения [4]. Это обусловлено неравномерным распределением ганглиозных клеток в сетчатке. Центральная зона отражает функцию примерно 66% ганглиозных клеток, и на нее приходится 83% всей информации, поступающей в зрительную зону головного мозга. В свою очередь, в макулярной зоне содержится до 30% от общего числа ганглиозных клеток сетчатки [5]. В назальной части сетчатки плотность ганглиозных клеток в среднем на 42% больше, чем в темпоральной [6].
В исследовании центральной зоны поля зрения основными являются программы 30-2 и 24-2 для периметров HFA, 32 и G program для периметров Octopus. В программе 30-2 периметров HFA и 32 периметров Octopus исследуют 76 точек и 74 точки соответственно в пределах центральных 30°. В исследуемой зоне локусы исследования распределены математически равномерно и относительно средней линии с промежутком в 6°. В пределах центральных 8° расположено 4 точки, а в пределах 10° — 12 точек. Исследование 24-2 включает 54 точки, которые расположены аналогично 76 точкам теста 30-2, за исключением наиболее периферических во всех меридианах, кроме носового. В сравнении с программой 30-2 в программе 24-2 минимизируется влияние корригирующего стекла или верхнего века на итоговый результат. Исследование по этой программе занимает меньше времени, чем по программе 30-2 [7].
Основными недостатками описанных выше программ являются малое число исследуемых точек в пределах центральных 8° (лишь 4) и математическое распределение точек в исследуемой зоне. Известно, что плотность ганглиозных клеток в сетчатке вокруг центральной ямки в 10 раз выше, чем в точках, соответствующих внешней зоне исследования центрального поля зрения (20—30° от точки фиксации) [8].
Для устранения первого недостатка программ 24-2 и 30-2 рекомендуют использовать программу 10-2. В этой программе в пределах центральных 10° равномерно распределено 68 точек с шагом в 2°. Опубликованы исследования, показывающие бóльшую чувствительность теста 10-2 в выявлении дефектов в перифовеолярной зоне по сравнению с 24-2 [9—11]. Так как программа 10-2 не исследует светочувствительность сетчатки за пределами 10°, требуется последовательное проведение периметрии по программам 24-2 и 10-2, а это занимает много времени.
Для устранения второго недостатка программ 30-2 и 24-2 в периметрах Octopus используют G1 program [12]. Эта программа имеет анатомическое расположение локусов исследования (в соответствии с ходом нервных волокон) и дает результаты, упрощающие проведение структурно-функциональной корреляции. В G1 program тестируется 59 точек в пределах центральных 26°, что позволяет минимизировать влияние корригирующего стекла. Плотность тестируемых точек в носовой части поля зрения больше, чем в височной. В перифовеолярной зоне тестируется 5 точек с расстоянием 2,8° между ними, а в макулярной зоне — 17 точек. Это позволяет фиксировать парацентральные скотомы, не выявляемые другими тестами [13]. В периметрах Humphrey Field Analyzer 3-го поколения есть программа, сходная с G program, которая называется 24-2С. При классическом математическом распределении точек на периферии центрального поля зрения в пределах 10° исследуют 22 точки, расположенные в соответствии с ходом нервных волокон.
В настоящее время исследование по программе 24-2 является наиболее часто используемым в диагностике глаукомы. Следует помнить, что у этой программы имеются определенные недостатки (малое число исследуемых точек в пределах центральных 8° и их равномерное распределение). Выбор программы тестирования зависит от клинической ситуации и выраженности дефектов светочувствительности у конкретного пациента.
Параметры нормальной статической периметрии: яркость фона, свойства стимулов
Стандартное исследование проводится путем предъявления неподвижных белых стимулов изменяемой яркости на освещенном фоне. Физической единицей яркости фонового освещения или предъявляемых стимулов в периметрах является апостильб (асб).
В настоящее время стандартом яркости фона компьютерного периметра считают значение 31,5 асб [14]. При такой фоновой освещенности:
— не требуется полной темноты в помещении и предварительной световой или темновой адаптации пациента;
— обеспечивается минимальное фотопическое (дневное) зрение пациента, для которого важна контрастность изображения, а не его абсолютная яркость [15];
— обеспечивается оптимальный диаметр зрачка (3,5 мм) и минимизируется влияние прозрачности оптических сред [16].
Для определения светочувствительности сетчатки и описания яркости стимулов принято переводить физические единицы в физиологические — децибелы (дБ), которые находятся на обратной логарифмической шкале. Яркость подаваемых стимулов в компьютерном периметре Humphrey Field Analyzer (HFA) находится в пределах значений от 0 (10 000 асб) до 51 дБ (0,08 асб). При стандартном тестировании стимулом размера III по Гольдману максимальная светочувствительность сетчатки в зоне центральной ямки (fovea centralis) у молодого человека составляет 40 дБ.
Стандартная длительность предъявления стимула колеблется в пределах 0,1—0,2 с. Она рассчитана с учетом времени нормальной сенсомоторной реакции, скорости распознавания объекта и скрытого времени произвольного движения глаз [17]. Принято, что при длительности стимула более 0,1 с для периферии сетчатки и 0,4 с для центральных ее отделов распознавание определяется только яркостью и уже не зависит от времени предъявления стимула.
При проведении статической периметрии возможна подача стимулов различных размеров. Стандартом считается стимул диаметром 0,43° (площадью 4 мм2), эквивалентный объекту размера III по Гольдману (для кинетической периметрии). Стимулы такого размера позволяют получить меньшую изменчивость пороговых значений по сравнению с меньшими стимулами [18, 19]. Кроме того, результат тестирования менее зависим от рефракции [20].
Следует учитывать, что вся нормативная база периметра HFA, стратегия SITA Standard и автоматический анализ прогрессии в приборе рассчитаны с учетом стандартного размера стимула. Это замечание не касается приборов Octopus, в которых предусмотрены специальные программы для пациентов с далеко зашедшей стадией глаукомы или с низкой остротой зрения (менее 0,1). В данной программе (Low Vision) используется стимул размера V по Гольдману, предъявляемый на экране в течение 0,2 с. Использование стимула такого размера (больше стандартного в 16 раз) связано с тем, что малое количество интактных ганглиозных клеток не реагирует на стимулы стандартного размера [21]. В случаях с выраженными дефектами светочувствительности изменчивость пороговых значений при использовании стимула размера V оказалась меньше стандартной [22, 23].
Яркость фона, размер стимулов и длительность их предъявления в периметрах HFA и Octopus в большинстве программ являются стандартными. Помимо выбора зоны тестирования исследователю следует выбрать правильную стратегию тестирования.
Стратегии тестирования в статической периметрии
Первой разработанной стратегией исследования светочувствительности сетчатки была стратегия Full Threshold (FT) [24]. В каждую исследуемую точку поля зрения пациента последовательно подаются стимулы различной яркости до определения пороговых значений светочувствительности. Если пациент увидел поданный стимул, то яркость следующего стимула в эту точку уменьшается на 4 дБ. Предъявление все менее ярких стимулов продолжается до отсутствия реакции пациента на стимул (первая пороговая реакция). Затем яркость подаваемых стимулов последовательно повышают с шагом в 2 дБ. Следующий видимый стимул (вторая пороговая реакция) расценивается как пороговый для данной точки поля зрения пациента. В данном алгоритме пороговое значение каждой точки рассчитывается только при достижении двух пороговых реакций пациента на стимул. Важно, что световые стимулы проецируются в случайной последовательности, это не позволяет пациенту заранее угадать место их появления.
Основным недостатком данной стратегии тестирования является ее длительность. В среднем обследование одного глаза пациента с выраженными дефектами светочувствительности занимает примерно 15 мин [25]. К концу тестирования пациенты часто жалуются на усталость и невозможность постоянной концентрации внимания. Это приводит к значительному снижению достоверности результатов как у здоровых, так и у пациентов с глаукомой [26, 27].
Предпринимались попытки уменьшить длительность исследования за счет изменения ширины шагов яркости и принципов определения порога светочувствительности. При использовании алгоритма FASTPAC стимулы подаются с шагом в 3 дБ до первой пороговой реакции пациента [28]. Это значение и считается порогом светочувствительности данной точки. Длительность исследования при использовании этого алгоритма сокращается на 30—43%. Однако данный алгоритм оказался неприменим для диагностики глаукомы из-за значительной изменчивости пороговых значений светочувствительности [29—31]. Основное требование к новому алгоритму тестирования — сходный с FT уровень достоверности при меньшей длительности исследования. В настоящее время «золотым стандартом» является алгоритм SITA.
В 1997 г. B. Bengtsson и соавторы предложили новую стратегию исследования светочувствительности — Swedish Interactive Threshold Algorithms (SITA Standard — SS) [32]. Данная стратегия тестирования основана на байесовских статистических методах [33]. Исследователями предложен новый принцип яркости подачи сигналов в исследуемые точки поля зрения. Использованы модели распределения светочувствительности в здоровых и глаукомных глазах [34]. До, в процессе и после тестирования рассчитывается модель светочувствительности сетчатки данного пациента. При построении модели учитывают данные о значениях светочувствительности сетчатки в каждой точке поля зрения в соответствии с возрастными нормами по данным FT; данные о кривых частоты наблюдения светочувствительности — вероятности положительного ответа на стимулы различной яркости в каждой точке; данные о более высокой корреляции между значениями светочувствительности в соседних группах точек по сравнению с далеко расположенными точками.
Перед проведением исследования составляется модель распределения светочувствительности сетчатки здорового пациента данной возрастной категории. В алгоритм заложены уровень вероятности ошибки (ERF) и уровень погрешности измерений.
В начале исследования стандартным методом (до достижения двух пороговых реакций) исследуется светочувствительность четырех точек в четырех квадрантах в 12,7° от точки фиксации. Яркость подаваемых стимулов начинается с 25 дБ. Каждое из полученных значений корректирует модель распределения светочувствительности для данного пациента. Это позволяет прогнозировать дальнейшее распределение данных в соседних точках. Их тестирование начинается с надпороговых значений уже исследованных точек. При тестировании оставшихся точек возможно завершение подачи стимулов после первой пороговой реакции при условии, что вероятность ошибки измерения меньше заданного уровня точности. В противном случае тестирование данной точки проводится стандартным способом (до второй пороговой реакции). Каждое из полученных значений корректирует модель распределения данных и прогнозирует уровень светочувствительности в оставшихся точках. После окончания тестирования происходит последняя коррекция модели распределения светочувствительности сетчатки данного пациента. Итоговая модель рассчитывается с учетом скорости реакции на подаваемые стимулы и количества ошибок в тестировании.
Стимулы в этом алгоритме, как и в FT, подаются в случайной последовательности, и пациент не может предугадать появление нового стимула. Принцип подачи ложноотрицательных стимулов не отличается от стратегии FT [35]. Подача ложноположительных стимулов проводится в короткий промежуток после подачи обычного стимула. Это позволяет дополнительно сократить время тестирования. Длительность тестирования по алгоритму SS оказалась меньше, чем при использовании FT, как у здоровых [36], так и у пациентов с глаукомой [37]. Количество ложноотрицательных ошибок при исследовании SS в среднем в 2 раз меньше, чем при FT [38]. SITA Standard действительно позволяет проводить качественное периметрическое тестирование при меньшей длительности, как показали многочисленные исследования в последующие годы.
В исследование Y. Aoki и соавторов включены 53 пациента (105 глаз) с подозрением на глаукому или с ранней стадией заболевания, предварительно обследованных с помощью алгоритма FT. По результатам тестирования SS выявлено 48 глаз с обусловленными глаукомой дефектами светочувствительности, по результатам тестирования FT — 35 глаз. Кумулятивная светочувствительность в дефектных зонах была выше при тестировании SS (206,2±103,3 дБ), чем при тестировании FT (162,1±87,5 дБ) (p=0,02). Размер дефектов при SS больше (11,2±5,6 точки), чем при FT (9,7±5,1 точки) (p<0,05) [39]. В работе R. Bourne и соавт. при сравнении периметрических индексов между алгоритмами выявлены различия в тесте полуполей (сравнение светочувствительности в десяти секторах, расположенных в верхней и нижней половине поля зрения, GHT) (k=0,67). В алгоритме SS тест полуполей чаще был вне пределов нормальных значений при нормальных значениях в алгоритме FT. В остальных периметрических индексах не выявлено статистически значимой разницы [40]. Сходные результаты получены в работе D. Musch и соавт. [41]. В работе A. Sharma и соавторов показана сходная чувствительность алгоритмов FT и SS в выявлении дефектов светочувствительности. В среднем длительность исследования по алгоритму SS оказалась на 48,8% меньше, чем по алгоритму FT. Из 70 пациентов, проходивших анкетирование, 65 (92,9%) человек предпочли бы в дальнейшем проходить тестирование по алгоритму SS [42]. При исследовании по обоим алгоритмам эффект обучения меньше влиял на индекс MD (значение среднего отклонения светочувствительности от возрастной нормы) в группе SS, чем в группе FT [43].
Алгоритм SS позволяет проводить углубленное исследование пациентов с выраженными дефектами светочувствительности. Однако он все равно занимает достаточно много времени (6—9 мин). Появилась необходимость в более быстром алгоритме для исследования большого количества пациентов с условно нормальными полями зрения. B. Bengtsson и A. Heijl предложили новый алгоритм статической периметрии, похожий на алгоритм FASTPAC, и назвали его SITA Fast (SF). Алгоритм SF отличается от алгоритма SS тем, что завершение тестирования во всех точках (кроме первых четырех) проводится при получении хотя бы одного положительного ответа на подаваемый стимул. Это возможно при условии, что вероятность ошибки измерения меньше заданного уровня точности [44]. В случаях, когда отклонение от ожидаемых значений превышает 12 дБ, а также при большой вероятности ошибки измерения тестирование проводится до второй пороговой реакции. Данный способ подачи стимулов позволяет значительно снижать время тестирования по сравнению с FT и FASTPAC при качестве исследования, близком к SS [44]. Ошибочно считать, что SF — это более простой тест, занимающий меньше времени для пациентов, которым сложно выполнить SS. Алгоритм SF требует большего внимания и опыта, поэтому подходит для повторных исследований и молодых пациентов.
Проводились многочисленные исследования качества и длительности тестирования по описанным выше алгоритмам. В работе J. Wild на 50 здоровых пациентах сравнивали алгоритмы SS, SF, FT и FASTPAC. В группах SS и SF средний индекс MD оказался соответственно на 0,8 дБ и 1,3 дБ выше, чем в группе FT (p<0,001). Изменчивость пороговых значений оказалась меньше в группах SITA. Длительность тестирования в группах SS и SF была примерно в 2 раза меньше, чем в группах FT и FASTPAC. В свою очередь, длительность тестирования по SF оказалась на 41% меньше, чем по SS (p<0,001) [45]. В работах D. Budenz и соавторов в группах ST и SF значения MD в среднем оказались выше, чем в группах FT. Исследование по алгоритму SF, по данным этих исследований, обладает сходной чувствительностью и специфичностью при выявлении глаукомных дефектов [46, 47]. По данным P. Artes и соавторов, SF показывает сходные с SS данные. Однако при уровне пороговых значений менее 25 дБ в группе SF изменчивость данных оказалась выше, чем в группе SS [48]. Сходные данные получены в работе G. Sekhar и соавт. [37].
В периметрах Humphrey Field Analyzer 3-го поколения появилась еще более быстрая стратегия тестирования, чем SF. Длительность тестирования по этой стратегии на 30,4% меньше, чем по SF, и на 53,5% меньше, чем по SS. Снижение количества подаваемых стимулов на 21% произошло за счет внесения некоторых модификаций в стратегию SF [49]. Теперь подача стимулов в первые 4 точки начинается с пороговой яркости для данной возрастной нормы, а определение значения светочувствительности осуществляется после первой пороговой реакции. Модели распределения светочувствительности составлены на основе обследований по стратегии SF. Контроль фиксации осуществляется автоматически, без подачи стимулов в область слепого пятна. Не производится контроль ложноотрицательных ошибок. Сокращено время между подачей стимулов. Данная стратегия разработана для программы 24-2.
В периметрах Octopus исследование дифференциальной светочувствительности сетчатки проводят по другим оригинальным алгоритмам. Основными стратегиями исследования являются Normal, Dynamic, Tendency-Oriented Perimetry (TOP) и Low Vision Strategy. Наиболее подробной стратегией, имеющей сходный принцип подачи стимулов с FT у HFA, является Normal Strategy [50]. Единственное различие заключается в том, что выполняется определение усредненного значения светочувствительности между двумя пороговыми реакциями. Средняя длительность исследования по данной стратегии при использовании G program составляет 10—12 мин [51].
В стратегии Dynamic длина шага изменяется во время тестирования в зависимости от ожидаемого порогового значения. В точках с нормальными значениями шаг минимален и составляет 2 дБ, в точках со сниженными значениями он может доходить до 10 дБ. Учитывая возникновение бо́льших флуктуаций пороговых значений в точках с выраженными дефектами светочувствительности, тестирование проводят с использованием размера шага, адаптированного к выраженности флуктуаций [52, 53]. Пороговым значением при данной стратегии считается усредненное значение между яркостью последнего увиденного стимула и уровнем первой пороговой реакции. Точность составляет ±1 дБ в точках с нормальными значениями и ±5 дБ в точках с выраженными дефектами. Исследование по стратегии Dynamic и G program в среднем длится 6—8 мин [54].
В периметрах Octopus наиболее быстрой стратегией тестирования является TOP, она занимает в среднем 2—4 мин [51]. В этой стратегии подробно исследуется лишь четверть точек, в остальные точки подается значительно меньше стимулов, порог светочувствительности в этих точках рассчитывается математически [55]. Стратегия TOP достоверно выявляет крупные дефекты светочувствительности [56], однако она сглаживает края глубоких скотом и недостаточно чувствительна к скотомам малого размера по сравнению с нормальной стратегией [57, 58]. Данная стратегия, как и стратегия SF, подходит для повторных исследований и молодых пациентов.
В работе A. King и соавторов показана высокая корреляция периметрических индексов между стратегиями SF и TOP [59]. Показана сходная чувствительность и специфичность двух стратегий в выявлении дефектов светочувствительности. Сравнение методов показало, что в среднем стратегия TOP оценивала глубину диффузного дефекта (значение MD) больше на 1,24 дБ, а глубину локальных дефектов (значение LV) — меньше на 9,08 дБ, чем SF. Таким образом, стратегия TOP переоценивает глобальную потерю чувствительности и недооценивает глубину локальных дефектов по сравнению со стратегией SF.
Заключение
Исследование зрительных функций является одним из важнейших методов в диагностике и оценке эффективности проводимого лечения при глаукоме. В настоящее время не существует универсального теста, который мог бы отвечать основным критериям, претендующим на объективность, таким как специфичность, высокая чувствительность к выявлению ранних изменений, простота (для пациентов) выполнения и т.п.
На сегодняшний день статическая периметрия является «золотым стандартом» в диагностике глаукомы. Основной зоной интереса статической периметрии является центральное поле зрения. Существует большое количество программ тестирования центрального поля зрения. Каждая из них обладает своими преимуществами и недостатками. Известны различные типы расположения стимулов, основанные на математическом расчете или структурно-функциональной корреляции. Доступные стратегии тестирования имеют разные принципы определения пороговой светочувствительности в конкретной точке, что отражается на длительности исследования.
Знание основных принципов статической периметрии поможет исследователю выбрать подходящий конкретному пациенту периметрический тест и правильно интерпретировать полученные результаты. В данном обзоре систематизированы данные литературы об основных принципах статической периметрии.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.