视网膜血管是人体唯一可以在无创条件下观察到的循环系统，通过观察视网膜血管形态改变，可以间接反映血液循环的改变，发现不同疾病的发生、发展及演变规律。随着检测技术的发展，特别是眼底照相和OCT血管成像的广泛应用，为视网膜血管测量带来更加直观、无创化的量化指标。了解视网膜血管测量方法的研究进展，对相关血管性疾病的诊断、指导治疗以及随访具有重要意义。
引用本文： 娄炜, 王相宁, 吴强. 视网膜血管直径测量方法的研究进展与临床应用. 中华眼底病杂志, 2020, 36(11): 902-905. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20190801-00248 复制
眼球作为一个重要视觉器官，通过透明屈光间质可对视网膜血管进行非侵入性检查，该解剖特征使得眼球成为观察全身疾病的重要窗口之一。既往已有大量基于大规模人群的临床研究探索视网膜血管直径与糖尿病视网膜病变（DR）、高血压、糖尿病和心力衰竭等疾病的关系。其依赖于视网膜血管直径测量方法的更新以及测量技术的进步。现就视网膜血管直径测量方法以及临床应用进展作一综述。
1 检眼镜
1889年苏格兰医生Robert通过检眼镜首次观察到脑血管、肾脏疾病伴高血压病患者眼底小动脉棉绒斑、视网膜出血、视网膜水肿以及视盘水肿等病变，并认为这些改变可作为全身性疾病早期识别的标志[1]。其后，Wagener等[2]依据检眼镜所见对视网膜血管直径进行定性分析，并提出Wagener-Clay-Gipner分级法；该分级方法通过对局灶性动脉收缩程度进行评估后，进而对小动脉硬化程度进行分级。Keith等[3]在此基础上进一步验证了高血压眼底病变分级与高血压患者生存率的关系。但是在实际临床运用过程中，因该标准基于形态判断，主观性较强且可靠性差。尤其是对于广泛视网膜动脉缩窄这一最早改变，难以进行量化，不利于统计学分析和研究。
2 眼底照相
1974年，Parr和Spears[4]首先应用眼底照相技术评估小动脉狭窄，通过测量距离视盘边界0.5~1.0 DD之间血管血柱直径，带入公式得出视网膜中央动脉管径当量（CRAE）。此项对视网膜血管直径定量化的研究具有开拓性意义。1999年，Hubbard等[5]在上述研究基础上进一步设计出半自动化测量系统，实现对视网膜中央静脉管径当量（CRVE）的测量；通过CRAE和CRVE测量获得视网膜动脉、静脉比值（AVR），并分析了AVR与相关疾病的关系。Knudtson等[6]对此进行了改良，通过测量视网膜6条最大的小动脉、静脉获得视网膜血管测量的代数值；此方法不受图像尺寸的影响。以眼底照相为基础的视网膜血管直径分析目前已被大规模流行病学研究所采用。相较于检眼镜，眼底照相除具有良好的可重复性之外，还可以获取视网膜血管的定量分析，此点在统计学中至关重要。
随着计算机的广泛应用，视网膜血管直径的测量方法也随之改变。Eaton和Hatchell[7]开创性地运用计算机对血管直径进行分析，表明通过计算机的辅助所测结果不但具有良好的重复性，同时还具有快速及简便的特点。此后，Suzuki[8]进一步设计出基于线性图像传感器的视网膜图像以识别血管，并具有实时和自动化分析的特点，拍摄同时即可得出直径。随着图像数字化处理技术的进步以及大规模临床研究的需要、理论计算机技术的飞速发展，适用于视网膜血管直径测量的算法不断更新，并被应用于软件中，其中比较有代表性的软件有RA、IVAN和SIVA三种[9-11]。
眼底照相与自动化软件结合在目前研究中应用最为广泛。早期研究着眼于高血压、糖尿病等全身性疾病中视网膜血管形态改变与疾病严重性的关系[9, 12]。近年则增加了其他疾病的研究，如心理疾病与运动的研究中，运动使单项抑郁和偏头痛症状缓解的同时提升了AVR，前者是由于小动脉的扩张，而后者则是小静脉的收缩[13-14]；另外，高压力水平的儿童有较大的小静脉直径，而经历更多负面生活事件的儿童则有较小的小动脉[15]。上述研究虽然证实了视网膜血管的改变，但在作用机制上仍需要未来研究进一步证实。在脑功能方面，与足月儿比较，早产儿拥有更小的CRAE、CRVE、AVR、智商及头围，更易产生不准确的判断结果；另一项对认知障碍的研究发现，与健康对照组比较，认知障碍患者CRAE缩小幅度多1.8%，说明视网膜血管可间接反映脑血管的发育及衰老水平[16-17]。此外，血管直径亦可提示药物作用机制，奈帕芬胺、地塞米松眼内植入物、贝伐单抗均可减轻患者黄斑水肿，但视网膜血管对三者的反应不同，表明三者可能通过不同作用机制消退水肿[18-20]。DR患者应用神经保护药物溴莫尼定和生长抑素会出现CRAE和CRVE增大，推测可能是因为该类药物可增加视网膜血管微循环进而营养周边视网膜组织[21]。血管直径也可作为疾病转归和发展的指标之一，对于双眼可疑青光眼患者，最终确诊为青光眼的患眼CRAE基线水平明显低于未转换为青光眼的对侧眼，该现象在青光眼患者与正常人群的比较中同样存在[22-23]。研究表明，在DR进展中，CRAE伴随疾病改善而减少；而对于糖尿病黄斑水肿，较小的基线CRVE与接受雷珠单抗治疗后视力预后更佳相关[24-25]。
3 FFA
早期研究者选择FFA作为血管直径测量的原因是由于造影剂可以填充血管管腔。由于检查时需应用眼底照相机，故在测量方法上其与眼底照相并无差异。其后的研究结果也证实在观察视盘周围血管时，FFA与眼底照相测得的血管直径结果一致[26]。Unlu等[27]发现，高血压、糖尿病和老年性黄斑变性患者行FFA检查后，视网膜动脉直径无显著改变。随着超广角FFA的问世，将来可进一步研究周边部的血管直径[28]。但在临床应用中，诸多原因限制了FFA在血管直径测量上的应用。首先FFA为有创性检查，造影剂会导致可能的系列并发症，其次临床研究中难以应用该方法进行对照观察[29]。
4 激光多普勒血流仪和扫描激光
激光多普勒血流仪是一种测量流体中悬浮颗粒速度的仪器，其原理基于多普勒效应。Michelson等[30]将激光多普勒血流仪与扫描激光相结合，首次同时获得血管血流速度和视网膜血管形态，但仍不能直接获得视网膜血管直径。扫描激光多普勒血流仪版本3.6面世之后，借助该软件便可以分析血管腔的直径和血管壁的厚度[31]。Harazny等[32]研究发现，1、2级高血压患者血管管腔大小存在差异；与其他两组患者比较，治疗抵抗的高血压患者血管直径以及血管管腔大小存在差异。同时动态分析发现，动脉舒张和收缩时小动脉管壁厚度可发生变化，但在治疗抵抗患者中则未观察到该变化。虽然该仪器带来了新的可量化分析指标，但由于仪器最大分辨率为10 μm×10 μm，不能进行更精确的观察；此外，该方法需要检查者对血管进行选定，不利于大规模人群分析。该方法最早被应用于高血压患者眼底血管的研究，目前也仅应用于小范围眼部疾病的研究。
5 OCT
OCT作为一种无创非侵入性检查，使得对于视网膜层间结构改变的常规观察成为可能。目前被运用于血管直径研究的主要是频域OCT（SD-OCT），其轴向分辨率可达1～5 μm，能对视网膜疾病进行更为精细地观察。
Goldenberg等[33]应用OCT格栅样扫描模式对视盘周围血管进行多个测量点的测量，在所有测量点，AVR均为0.9。但是该测量结果是基于OCT格栅样扫描模式所获得，与基于眼底照相的血管分析软件测量结果存在差异，前者的测量值较大[34]。Schuster等[35]、Muraoka等[36]则选择OCT内置的环形扫描模式进行血管直径测量，前者提出基于OCT的视网膜中央动脉、静脉的等效值定义；测量结果与既往基于眼底照相的结果相似，高血压患者AVR下降。2016年，Shao等[37]亦采用环形扫描模式对不同分期DR患者的血管直径进行观察，结果显示疾病的严重程度与小动脉直径无关，而与静脉直径相关，且呈现出显著的相关性。此外，该方法还被应用于帕金森病和假性囊膜剥脱综合征的研究，前者视网膜动静脉的改变无统计学意义，后者则可见明显的动脉缩窄[38-39]。与眼底照相比较，OCT的优势在于可进行血管管壁厚度的测量，并且具有良好的重复性和一致性[36]。此外，由于OCT的B扫描可以根据检查要求选择扫描切面，因此理论上可以对任意一条血管进行扫描。基于此原理，有研究者对动静脉交叉处的静脉与年龄进行了相关性研究[40]。除外上述两种方法，Abdelhak等[41]、Yabana等[42]分别提出两种利用OCT图像测量血管的方法，但均需其他计算机软件辅助测量。其中Abdelhak等[41]的方法可行性在肌萎缩性侧索硬化症患者中进一步得到验证。虽然目前应用SD-OCT测量血管有其独特优势，但其价格昂贵且测量耗时较长，需要受检者配合，并且目前多数测量方法需要检查者对所采集的图像进行手动分析，不具有实时性；此外，目前的研究样本量均较少，也是其不足之处。
6 OCT血管成像（OCTA）
OCTA成像机制是利用运动颗粒（如红细胞）引起OCT信号变化，进而生成视网膜微循环的三维高分辨率血管图[43]。基于此原理，在进行血管直径测量时，OCTA测量的是血管内径。目前已有研究者利用OCTA测量血管直径，并显示其具有良好的检查者间一致性[44]。Ghasemi等[44]利用OCTA测量血管直径，选取以视盘为中心6 mm×6 mm模式，在视神经纤维层面上比较同一名受检者以视盘为中心和3.4 mm为直径圆的切线上血管大小，每个象限只选取直径最大的动脉和静脉进行血管直径比较；两名观察者分别选择合适的图像亮度和对比度后再根据边界探测技术得出血管直径。在与眼底照相获得结果的比较中，该方法的测量值大于眼底照相的测量值。目前仅有这一项研究应用OCTA测量血管直径，且该研究使用的设备为同一型号。因此，能否在其他型号设备中应用以及各种设备测量结果的一致性有待进一步研究。还需要注意的是，由于OCTA具有分层观察不同层面的视网膜脉络膜微血管结构及形态的能力，因此在未来进行血管直径测量的研究中需要指出观察的层面。
虽然目前测量视网膜血管直径的设备越来越多，但相关研究主要指标仍沿用CRAE、CRVE以及AVR。同时应注意的是，影响血管直径测量结果的还有其他很多因素，如OCT扫描模式、自动分析软件、图像获取和分析、屈光、眼轴、图片压缩和图像空间分辨率等[45-47]。因此，分析血管直径时，也应考虑这些相关因素的影响。
7 总结与展望
视网膜血管参数可作为探索、阐明眼部疾病及全身疾病可靠的非侵入性生物标志物。随着视网膜成像技术的进步，已证明运用视网膜血管直径作为视网膜血管定量指标的可行性。几项大型临床研究结果已表明，视网膜血管直径的应用可为眼底疾病诊断、干预提供有效信息。随着视网膜成像技术的不断发展和进步，视网膜血管直径作为心血管疾病、糖尿病等涉及血管疾病的非侵入性生物标志物，一定会更为精确、便捷。
眼球作为一个重要视觉器官，通过透明屈光间质可对视网膜血管进行非侵入性检查，该解剖特征使得眼球成为观察全身疾病的重要窗口之一。既往已有大量基于大规模人群的临床研究探索视网膜血管直径与糖尿病视网膜病变（DR）、高血压、糖尿病和心力衰竭等疾病的关系。其依赖于视网膜血管直径测量方法的更新以及测量技术的进步。现就视网膜血管直径测量方法以及临床应用进展作一综述。
1 检眼镜
1889年苏格兰医生Robert通过检眼镜首次观察到脑血管、肾脏疾病伴高血压病患者眼底小动脉棉绒斑、视网膜出血、视网膜水肿以及视盘水肿等病变，并认为这些改变可作为全身性疾病早期识别的标志[1]。其后，Wagener等[2]依据检眼镜所见对视网膜血管直径进行定性分析，并提出Wagener-Clay-Gipner分级法；该分级方法通过对局灶性动脉收缩程度进行评估后，进而对小动脉硬化程度进行分级。Keith等[3]在此基础上进一步验证了高血压眼底病变分级与高血压患者生存率的关系。但是在实际临床运用过程中，因该标准基于形态判断，主观性较强且可靠性差。尤其是对于广泛视网膜动脉缩窄这一最早改变，难以进行量化，不利于统计学分析和研究。
2 眼底照相
1974年，Parr和Spears[4]首先应用眼底照相技术评估小动脉狭窄，通过测量距离视盘边界0.5~1.0 DD之间血管血柱直径，带入公式得出视网膜中央动脉管径当量（CRAE）。此项对视网膜血管直径定量化的研究具有开拓性意义。1999年，Hubbard等[5]在上述研究基础上进一步设计出半自动化测量系统，实现对视网膜中央静脉管径当量（CRVE）的测量；通过CRAE和CRVE测量获得视网膜动脉、静脉比值（AVR），并分析了AVR与相关疾病的关系。Knudtson等[6]对此进行了改良，通过测量视网膜6条最大的小动脉、静脉获得视网膜血管测量的代数值；此方法不受图像尺寸的影响。以眼底照相为基础的视网膜血管直径分析目前已被大规模流行病学研究所采用。相较于检眼镜，眼底照相除具有良好的可重复性之外，还可以获取视网膜血管的定量分析，此点在统计学中至关重要。
随着计算机的广泛应用，视网膜血管直径的测量方法也随之改变。Eaton和Hatchell[7]开创性地运用计算机对血管直径进行分析，表明通过计算机的辅助所测结果不但具有良好的重复性，同时还具有快速及简便的特点。此后，Suzuki[8]进一步设计出基于线性图像传感器的视网膜图像以识别血管，并具有实时和自动化分析的特点，拍摄同时即可得出直径。随着图像数字化处理技术的进步以及大规模临床研究的需要、理论计算机技术的飞速发展，适用于视网膜血管直径测量的算法不断更新，并被应用于软件中，其中比较有代表性的软件有RA、IVAN和SIVA三种[9-11]。
眼底照相与自动化软件结合在目前研究中应用最为广泛。早期研究着眼于高血压、糖尿病等全身性疾病中视网膜血管形态改变与疾病严重性的关系[9, 12]。近年则增加了其他疾病的研究，如心理疾病与运动的研究中，运动使单项抑郁和偏头痛症状缓解的同时提升了AVR，前者是由于小动脉的扩张，而后者则是小静脉的收缩[13-14]；另外，高压力水平的儿童有较大的小静脉直径，而经历更多负面生活事件的儿童则有较小的小动脉[15]。上述研究虽然证实了视网膜血管的改变，但在作用机制上仍需要未来研究进一步证实。在脑功能方面，与足月儿比较，早产儿拥有更小的CRAE、CRVE、AVR、智商及头围，更易产生不准确的判断结果；另一项对认知障碍的研究发现，与健康对照组比较，认知障碍患者CRAE缩小幅度多1.8%，说明视网膜血管可间接反映脑血管的发育及衰老水平[16-17]。此外，血管直径亦可提示药物作用机制，奈帕芬胺、地塞米松眼内植入物、贝伐单抗均可减轻患者黄斑水肿，但视网膜血管对三者的反应不同，表明三者可能通过不同作用机制消退水肿[18-20]。DR患者应用神经保护药物溴莫尼定和生长抑素会出现CRAE和CRVE增大，推测可能是因为该类药物可增加视网膜血管微循环进而营养周边视网膜组织[21]。血管直径也可作为疾病转归和发展的指标之一，对于双眼可疑青光眼患者，最终确诊为青光眼的患眼CRAE基线水平明显低于未转换为青光眼的对侧眼，该现象在青光眼患者与正常人群的比较中同样存在[22-23]。研究表明，在DR进展中，CRAE伴随疾病改善而减少；而对于糖尿病黄斑水肿，较小的基线CRVE与接受雷珠单抗治疗后视力预后更佳相关[24-25]。
3 FFA
早期研究者选择FFA作为血管直径测量的原因是由于造影剂可以填充血管管腔。由于检查时需应用眼底照相机，故在测量方法上其与眼底照相并无差异。其后的研究结果也证实在观察视盘周围血管时，FFA与眼底照相测得的血管直径结果一致[26]。Unlu等[27]发现，高血压、糖尿病和老年性黄斑变性患者行FFA检查后，视网膜动脉直径无显著改变。随着超广角FFA的问世，将来可进一步研究周边部的血管直径[28]。但在临床应用中，诸多原因限制了FFA在血管直径测量上的应用。首先FFA为有创性检查，造影剂会导致可能的系列并发症，其次临床研究中难以应用该方法进行对照观察[29]。
4 激光多普勒血流仪和扫描激光
激光多普勒血流仪是一种测量流体中悬浮颗粒速度的仪器，其原理基于多普勒效应。Michelson等[30]将激光多普勒血流仪与扫描激光相结合，首次同时获得血管血流速度和视网膜血管形态，但仍不能直接获得视网膜血管直径。扫描激光多普勒血流仪版本3.6面世之后，借助该软件便可以分析血管腔的直径和血管壁的厚度[31]。Harazny等[32]研究发现，1、2级高血压患者血管管腔大小存在差异；与其他两组患者比较，治疗抵抗的高血压患者血管直径以及血管管腔大小存在差异。同时动态分析发现，动脉舒张和收缩时小动脉管壁厚度可发生变化，但在治疗抵抗患者中则未观察到该变化。虽然该仪器带来了新的可量化分析指标，但由于仪器最大分辨率为10 μm×10 μm，不能进行更精确的观察；此外，该方法需要检查者对血管进行选定，不利于大规模人群分析。该方法最早被应用于高血压患者眼底血管的研究，目前也仅应用于小范围眼部疾病的研究。
5 OCT
OCT作为一种无创非侵入性检查，使得对于视网膜层间结构改变的常规观察成为可能。目前被运用于血管直径研究的主要是频域OCT（SD-OCT），其轴向分辨率可达1～5 μm，能对视网膜疾病进行更为精细地观察。
Goldenberg等[33]应用OCT格栅样扫描模式对视盘周围血管进行多个测量点的测量，在所有测量点，AVR均为0.9。但是该测量结果是基于OCT格栅样扫描模式所获得，与基于眼底照相的血管分析软件测量结果存在差异，前者的测量值较大[34]。Schuster等[35]、Muraoka等[36]则选择OCT内置的环形扫描模式进行血管直径测量，前者提出基于OCT的视网膜中央动脉、静脉的等效值定义；测量结果与既往基于眼底照相的结果相似，高血压患者AVR下降。2016年，Shao等[37]亦采用环形扫描模式对不同分期DR患者的血管直径进行观察，结果显示疾病的严重程度与小动脉直径无关，而与静脉直径相关，且呈现出显著的相关性。此外，该方法还被应用于帕金森病和假性囊膜剥脱综合征的研究，前者视网膜动静脉的改变无统计学意义，后者则可见明显的动脉缩窄[38-39]。与眼底照相比较，OCT的优势在于可进行血管管壁厚度的测量，并且具有良好的重复性和一致性[36]。此外，由于OCT的B扫描可以根据检查要求选择扫描切面，因此理论上可以对任意一条血管进行扫描。基于此原理，有研究者对动静脉交叉处的静脉与年龄进行了相关性研究[40]。除外上述两种方法，Abdelhak等[41]、Yabana等[42]分别提出两种利用OCT图像测量血管的方法，但均需其他计算机软件辅助测量。其中Abdelhak等[41]的方法可行性在肌萎缩性侧索硬化症患者中进一步得到验证。虽然目前应用SD-OCT测量血管有其独特优势，但其价格昂贵且测量耗时较长，需要受检者配合，并且目前多数测量方法需要检查者对所采集的图像进行手动分析，不具有实时性；此外，目前的研究样本量均较少，也是其不足之处。
6 OCT血管成像（OCTA）
OCTA成像机制是利用运动颗粒（如红细胞）引起OCT信号变化，进而生成视网膜微循环的三维高分辨率血管图[43]。基于此原理，在进行血管直径测量时，OCTA测量的是血管内径。目前已有研究者利用OCTA测量血管直径，并显示其具有良好的检查者间一致性[44]。Ghasemi等[44]利用OCTA测量血管直径，选取以视盘为中心6 mm×6 mm模式，在视神经纤维层面上比较同一名受检者以视盘为中心和3.4 mm为直径圆的切线上血管大小，每个象限只选取直径最大的动脉和静脉进行血管直径比较；两名观察者分别选择合适的图像亮度和对比度后再根据边界探测技术得出血管直径。在与眼底照相获得结果的比较中，该方法的测量值大于眼底照相的测量值。目前仅有这一项研究应用OCTA测量血管直径，且该研究使用的设备为同一型号。因此，能否在其他型号设备中应用以及各种设备测量结果的一致性有待进一步研究。还需要注意的是，由于OCTA具有分层观察不同层面的视网膜脉络膜微血管结构及形态的能力，因此在未来进行血管直径测量的研究中需要指出观察的层面。
虽然目前测量视网膜血管直径的设备越来越多，但相关研究主要指标仍沿用CRAE、CRVE以及AVR。同时应注意的是，影响血管直径测量结果的还有其他很多因素，如OCT扫描模式、自动分析软件、图像获取和分析、屈光、眼轴、图片压缩和图像空间分辨率等[45-47]。因此，分析血管直径时，也应考虑这些相关因素的影响。
7 总结与展望
视网膜血管参数可作为探索、阐明眼部疾病及全身疾病可靠的非侵入性生物标志物。随着视网膜成像技术的进步，已证明运用视网膜血管直径作为视网膜血管定量指标的可行性。几项大型临床研究结果已表明，视网膜血管直径的应用可为眼底疾病诊断、干预提供有效信息。随着视网膜成像技术的不断发展和进步，视网膜血管直径作为心血管疾病、糖尿病等涉及血管疾病的非侵入性生物标志物，一定会更为精确、便捷。