干眼患者基于泪膜动态变化的图像特征分析

丁婧娟，韩 雪，蒋 沁，薛劲松

0 引言

干眼是一种由多种因素导致的眼表疾病，其主要特征是泪膜的稳定性失衡，同时合并眼部多种症状(如干涩感、异物感等)。泪膜(tear film，TF)不稳定、泪液渗透压升高、眼表炎症与损伤以及神经异常是干眼的主要发病机制[1]。由于泪膜的不稳定与泪膜各层结构之间相互作用的动态失衡密切相关，观察泪膜在瞬目过程中各层成分变化对干眼的诊断具有重要的价值。目前，临床上应用多种方法评估泪膜各种成分的变化，常见有非侵入性泪膜破裂时间(non-invasive tear film break-up time，NIBUT)[2]、泪液分泌试验(Schirmer’s test，SⅠt)以及LipiView脂质层图像观察技术[3]等，然而这些检测方法仍存在一定的局限性，如未评估眼表解剖结构变化对泪膜稳定性的影响及瞬目运动时泪膜的动态变化过程。因此，需要寻求一种评价泪膜动态变化的直观方法判断泪膜的稳态失衡，目前相关临床研究甚少。本研究使用眼表综合分析仪观察并评价瞬目后泪膜脂质层(tear film lipid layer，TFLL)的动态变化及瞬目后荧光素染色下泪膜破裂的形态(tear film break-up pattern，BUP)和动态变化过程，结合两种动态视频结果，综合评价泪膜稳态失衡的临床表现，以期对干眼亚型的诊断起到辅助作用。

1 对象和方法

1.1对象前瞻性研究。收集2019-09/2020-12在我院干眼门诊就诊的患者66例132眼，其中男27例，女39例，平均年龄43.86±13.58岁。纳入标准：满足以下条件其中之一者：眼表疾病指数(ocular surface disease index，OSDI)问卷评分≥13分，SⅠt<10mm/5min或泪河高度(tear meniscus height，TMH)≤0.2mm，首次泪膜破裂时间(first non-invasive tear film break-up time，NIBUTf)<10s，平均泪膜破裂时间(average non-invasive tear film break-up time，NIBUTav)<14s[2]。排除标准：有上睑下垂、眼睑内翻、眼睑外翻等过度干扰眼睑和眼表疾病者，有眼科手术史者，非首次确诊的干眼患者，进行过相关药物治疗、物理治疗、光子治疗的患者。本研究遵循《赫尔辛基宣言》的原则进行，经医院伦理委员会审批通过，纳入患者均对本研究知情同意并签署知情同意书。

1.2方法为避免滴眼液对研究结果的影响，要求所有患者在检查前停止使用滴眼液至少1h。眼表检查按照先非侵入性检查后侵入性检查的顺序进行。

1.2.1泪膜的非侵入性检查使用Keratograph 5M眼表综合分析仪检测TMH和NIBUT(NIBUTf和NIBUTav)，嘱患者头部靠紧额托，固视，嘱其“闭眼-睁眼-闭眼-睁眼，保持睁眼”后采集，为了保证数据的可靠性，均测量3次以上，并计算平均值[4]。使用干眼分析仪DED-1L采集TFLL扩散的动态图像，记录脂质层动态视频(4～8s)，并观察脂质层颜色、厚度、扩展的速度、分布是否均匀以及有无睑脂颗粒，并参考既往研究[5-7]将TFLL动态图像分为1～6级。

1.2.2泪膜的侵入性检查角膜荧光素染色(fluorescein staining，FL)后，使用Keratograph 5M眼表综合分析仪拍摄泪膜动态视频，用氯霉素滴眼液润湿荧光素钠试纸条后，轻轻接触患者下眼睑结膜囊，嘱瞬目3次，待荧光素钠在角膜上均匀分布后，嘱平视前方，瞬目3次后保持睁眼状态，采集泪膜动态变化视频(20～30s)，观察并记录泪膜破裂动态变化的特征，包括泪膜破裂后破裂区域(以下简称为“黑斑”)出现的时相(如水液层沉积前/后、脂质层扩散前/后等)、形状、在眼表的位置等。此外，观察角膜荧光素染色(FL)情况并加以记录和评价，FL评分采用美国国家眼科研究所(National Eye Institute，NEI)评价标准[8]，将角膜分为5个部分(角膜上部、下部、鼻侧、颞侧、中央)，无染色记为0分，有染色的分轻、中、重3级，共0～15分。

2 结果

2.1纳入患者基本情况根据荧光素染色后泪膜破裂形态(BUPs)[9]将纳入患者分为片状破裂组(area break-up group，AB)、类圆形破裂组(circle break-up group，CB)、线状破裂组(line break-up group，LB)、点状破裂组(spot break-up group，SB)和不规则破裂组(random break-up group，RB)。五组患者性别构成、年龄比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 各组患者基本资料的比较

2.2各组患者泪膜参数的比较各组患者NIBUTf、NIBUTav、TMH比较差异均有统计学意义(P<0.001)，见表2，图1。各组患者NIBUTf组间两两比较，除点状破裂组和不规则破裂组差异无统计学意义(P=0.881)，其余差异均有统计学意义(P<0.05)；各组患者NIBUTav两两比较，除点状破裂组和不规则破裂组差异无统计学意义(P=0.997)，其余差异均有统计学意义(P<0.05)；各组患者TMH两两比较，除类圆形破裂组和线状破裂组差异无统计学意义(P=0.986)、点状破裂组和不规则破裂组差异无统计学意义(P=0.993)，其余差异均有统计学意义(P<0.05)。各组患者FL评分比较差异有统计学意义(P<0.001)。片状破裂组患者NIBUTf、NIBUTav、TMH均低于其他组，FL评分高于其他组。

图1 各组患者泪膜参数的比较 A：NIBUTf；B：NIBUTav；C：TMH。aP<0.05，bP<0.01 vs 片状破裂组；cP<0.05，dP<0.01 vs 类圆形破裂组；eP<0.05，fP<0.01 vs 线状破裂组。

表2 各组患者泪膜参数的比较

2.2各组患者泪膜动态变化图像分析观察角膜荧光素染色后泪膜破裂的动态图像，结果显示各组患者泪膜破裂的形态、速度、分布位置及与瞬目的关系均不同，见图2。各组患者TFLL分级分别为5(5，6)、4(3，4)、2(1，2)、3(2，3)、3(2，3)级，差异有统计学意义(H=70.855，P<0.001)，见表3。各级TFLL动态变化图像特征见图3。

表3 各组患者泪膜脂质层分级情况 眼(%)

图2 各组患者角膜荧光素染色后泪膜破裂图像 A：片状破裂组，破裂区域呈大片缺损；B：类圆形破裂组，破裂区域呈类圆形，在睑裂区随机出现；C：线状破裂组，破裂区域呈线状，多位于睑裂区下方；D：点状破裂组，破裂区域呈点状，在睑裂区随机出现；E：不规则破裂组，破裂区域形状不规则，在睑裂区随机出现。白色箭头示泪膜破裂区域(即“黑斑”)。

图3 泪膜脂质层分级图像 A：1级，均匀分布、色彩斑斓、扩展速度快的正常脂质层；B：2级，分布均匀、色彩单一、扩展速度稍快的较薄脂质层；C：3级，偶有颗粒、颜色单一、扩展速度较慢的薄脂质层；D：4级，扩展速度快但分布不均、睑脂颗粒较多、色彩斑斓的较厚脂质层；E：5级，分布不均、色彩单一、扩展速度慢的较薄脂质层；F：6级，分布不均、暗淡灰色，几乎不扩展，非常薄甚至暴露角膜的脂质层。

3 讨论

近年来，亚洲干眼协会提出了干眼的新定义，认为泪膜不稳定是引起干眼症状的关键机制之一[1]。泪膜由三层结构组成，最外层是睑板腺分泌的睑脂，充当脂质屏障以防止泪液蒸发和污染[10-11]；中层常被认为是水液层[12]，该层与黏蛋白(mucin，MUC)层之间还有一种黏液-水凝胶(即分泌型黏蛋白)[13]，分泌型黏蛋白不仅能够捕获并去除疏水性杂质(如脂质、灰尘颗粒等)，而且能够保护上皮免受污染，维持黏蛋白层的润湿性[14-15]；最内层为黏蛋白层，其中的角膜上皮多糖萼富含膜相关型黏蛋白和相关亲水分子，起到维持泪膜润湿性的作用[16-17]。由此可见，泪膜各层结构之间的相互协同作用共同维持泪膜的稳定性。而干眼患者由于泪膜各层的质或量受到影响，导致泪液蒸发，泪膜的水液层变薄[14，18]，进而使得泪膜脂质层脂质颗粒扩散到分泌型黏蛋白层，甚至扩散到角膜上皮表面[19]，引起角膜表面局部润湿性下降，最终导致泪膜破裂。因此，观察泪膜形成和破裂的动态过程对干眼的诊断及其分类具有重要意义。

本研究发现当泪膜破裂的形态呈片状破裂时，与其他组相比，其TMH和NIBUT最低，说明片状破裂组患者泪液量极度缺乏。本研究发现，片状破裂组患者黑斑在瞬目后立刻出现，呈大面积出现在整个睑裂区中下部。既往研究显示，在泪膜形成过程中，角膜上下部之间存在表面张力梯度，这种张力梯度不仅使得脂质层向上扩散(即Gibbs-Marangoni效应)，也将沉积于下眼睑的水性泪液拉向角膜上部[20-21]，所以当泪液极度缺乏时，TFLL由于没有水液层支撑而无法充分扩展，继而无法充分发挥对水液层的向上拖曳作用，最终引起了泪膜破裂。此外，有研究表明分泌型黏蛋白会由于泪液的重度缺乏无法被稀释，进而变成黏液斑块和细丝状物质黏附在角膜上，这将影响泪膜的水液层、脂质层和黏蛋白层[14，22]，最后导致大面积泪膜破裂。为了进一步证实上述结论，本研究观察了片状破裂组患者的TFLL，发现暗淡斑驳，扩展速度很慢，甚至无法扩展(5级和6级)，这说明水样性泪液的极度缺乏确实对TFLL产生了很大的影响。此外，泪膜长期出现片状破裂，可导致大面积角膜或结膜上皮干燥，使得眼表更容易受到损害，片状破裂组患者FL评分最高的结果证实了这一点。故推测泪膜的片状破裂主要是由水样性泪液的极重度缺乏引起的。

当泪膜破裂的形态呈类圆形破裂时，黑斑在瞬目后泪膜扩散之前立刻出现，分布位置随瞬目而改变。正常情况下，一旦TFLL开始扩散，水液层会被TFLL牵拉向上移动[20-21]，但类圆形破裂在瞬目后先出现黑斑，随后脂质层才开始扩散，并且扩散的TFLL并没有将黑斑全部覆盖(即出现了角膜局部干燥区域)，研究表明MUC16的缺乏可引起这种角膜局部干燥区域的出现[23]。与健康人相比，干眼患者缺少具有亲水特性的糖萼蛋白[24]，再加上干眼患者角膜上皮细胞在成熟性和未分化性上也有极大的不同[25]，会导致泪膜破裂后黑斑并不扩散。本研究观察类圆形破裂组患者的泪膜破裂动态图像发现，其黑斑面积在泪膜破裂后并不扩大，这说明角膜上皮膜相关型黏蛋白上的糖萼局部受到弥散性损害。值得注意的是，有研究报道，对这种类圆形破裂的干眼患者补充3%地夸磷索钠(一种针对性补充水样性泪液，MUC1、MUC4、MUC16以及分泌型黏蛋白的滴眼液)后，其症状能得到有效缓解[26]，这也进一步证实了上述结论。此外，本研究发现类圆形破裂组患者TFLL分级多分布在4级， TFLL较厚，但其分布却不均匀。研究表明，正常厚度的脂质层能防止泪液蒸发，而当TFLL太厚或分布不均时，睑板腺分泌了过量甚至质量改变的脂质颗粒，这些脂质颗粒容易扩散到分泌型黏蛋白层，甚至扩散到角膜上皮表面，从而破坏泪膜稳定性，引起泪膜破裂[10]。由此可见，睑脂分泌过多或质的改变可能是引起该组患者泪膜不稳定的另一个原因。因此，我们认为角膜出现这种局部干燥区域，即类圆形破裂是由于缺乏MUC16或糖萼受到了脂质等杂质污染导致的。

当泪膜破裂的形态呈线状破裂时，黑斑出现在TFLL扩散结束之前，位于睑裂区下方区域，破裂区域内荧光素强度随时间而下降，直到上眼睑向上运动停止后荧光强度才趋于恒定。线状破裂组患者NIBUTf、NIBUTav和TMH的结果显示泪膜轻度缺水。这与既往研究[14-16]结果一致，下方的水液层由于受到上下两个不同方向的作用力(即下泪河向下的吸引力和脂质层向上的牵拉力)引起角膜下部的泪液量暂时减少。此外，本研究还观察到当睁眼时间延长时，线状的黑斑会快速融合扩大，这是因为当泪液量分泌减少时，会加重上述提到的角膜下方区域泪液量暂时缺乏的情况，增加脂质层向上牵拉水液层时产生的摩擦力，使得脂质层扩散受阻，从而导致泪膜破裂。结合线状破裂组患者TFLL扩散的图像发现该组患者TFLL正常或仅有轻微改变(1级和2级)，这也进一步说明泪液量轻度减少。基于以上推测泪膜出现线状破裂是由轻度水样性泪液缺乏导致的。

本研究发现，点状破裂组和不规则破裂组患者之间TMH和NIBUT比较无差异，甚至部分患者的TMH>0.2mm，即两组患者多数不符合TFOS-DEWS Ⅱ[2]的干眼诊断标准，这说明多数正常眼或轻度干眼患者的泪膜破裂形态多为点状或不规则。两组患者TFLL大多较薄，分布均匀，偶有颗粒(分布在1～3级)，说明泪膜的点状破裂和不规则破裂主要是由TFLL变薄使得泪液蒸发过强导致。通过观察动态图像发现，在瞬目停止数秒后(即TFLL完全扩散后)，点状破裂组和不规则破裂组患者的黑斑才出现在睑裂区随机部位，这也进一步证实了上述结论。不规则破裂偶有NIBUT较短的情况，当出现该情况时，多伴有TFLL质的改变，此时黑斑面积较小，但遍布于整个睑裂区，可见脂质层质的改变和角膜点染对不规则破裂组患者的泪膜稳定性也有一定影响。因此，睑脂分泌不足或脂质颗粒污染导致的泪液蒸发过强是引起泪膜点状破裂和不规则破裂的主要原因之一。

综上，本研究通过分析荧光素染色后泪膜破裂和TFLL的动态图像特征，并结合泪膜静态检查参数，发现不同荧光素染色后泪膜破裂形态可以直观地反映干眼患者泪膜各层结构的病变情况，为干眼的诊断及分类提供了参考和指导。但本研究仍存在许多不足之处，泪膜破裂的动态过程是由多种因素导致的，故需扩大样本量、长期随访，取得更完整、更客观的临床资料，进一步探索泪膜破裂的动态过程及其对干眼的诊疗价值。