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多焦视网膜电图与多焦视诱发电位检测的原理和临床应用
一、多焦视网膜电图（multi-focal ERG, mERG）的产生 1877年Dewar首先记录了人眼对视刺激的电反应。1941年，Rigges把接触镜电极引入到记录视网膜电图中（electroretinogram,ERG）；Karp应用这种方法首次记录了视网膜色素变性中独特的ERG反应。Sutter和Tran［1］在1992年发明了一种多焦ERG系统，同时刺激视网膜的多个部位，独立采集每一处的反应情况［2］，用地形图的方式直观显示视网膜各部位的反应情况。mERG同时记录大量局部视网膜的反应，可以在短时间内发现细微的视网膜异常。 Sutter［2］观察到用光照射局部视网膜，对其进行漂白，局部反应的振幅变小；当患者由于视网膜异常而出现视物的暗点时，mERG的局部反应也变小，这两个现象均证明mERG反应与视网膜部位之间存在对应性。这种mERG系统是观察视网膜功能丧失的一种立体直观的工具［3］，可以对视网膜进行快速客观的评价。 二、多焦视网膜电生理的原理 mERG和多焦视诱发电位（multi-focal visual evoked potential，mVEP）也称为多刺激野ERG和VEP，通过多焦输入刺激技术［1］同时刺激视网膜的多个部位，并且通过应用多焦输入系统分析技术，以一个通道常规电极，记录多个不同部位的混合反应信号，再经过计算机程序处理，将对应于各部位的波形分离出来，这些局部的ERG反应可以重新组成视网膜功能地形图。这种系统可分别分析视觉系统的线性成分和非线性成分，从而反应视觉系统不同层次的功能。 该分析建立在Wiener 核心程序(kernel)扩展的基础上［4,5］，这可以使视觉系统中非线性相互作用的相关关系计算机化［1］。 1.mERG的测定系统：Sutter和Tran［1］描述了用来记录mERG的系统。刺激器由展示在CRT彩色或黑白屏幕上不同数量的六边形组成，这些六边形呈离心分布，使所有部位引出的信号振幅大致相同。六边形的面积随着离心距离而增加，因此，可以记录周边微小的反应，与接受刺激的视网膜锥细胞密度或视诱发电位（visual evoked potential,VEP）记录的皮质放大作用（m-scale）相对应［6］。每个六边形以二进制m序列的伪随机序列的脉冲信号作输入信号［1,2］，控制刺激图形的黑白翻转。m序列脉冲信号的产生十分简单和快速，可以在一般显示器两个图像出现之间的时间产生。通过计算机化的m序列和反应周期之间的相关技术处理，得到局部反应情况［2］。视网膜反应的密度（每平方度微伏值）以三维立体视功能地形图的方式表示，信号强处在中心凹［6］。 一阶反应（first-order kernel），是对单个输入信号的完全独立响应，即一种平均亮度反应，用脉冲响应的特性描述。脉冲响应可以用输入信号和响应信号的互相关函数计算。用m序列的脉冲信号作输入信号，将便于分析非线性系统［2,7］。非线性系统对应前后输入信号的响应可相互影响，这将在互相关函数上反应出来，如果采用m序列的脉冲信号，可以在一阶反应上尽量减少上述影响，使其主要反映线性部分特征。振幅密度（单位面积视网膜的振幅）在中心凹处有一突出的峰，该处光感受器的密度高，振幅低处位于传统视野检查的生理盲点。一阶反应主要起源于外层视网膜，将mERG的局部反应进行平均，A、B波的振幅和潜伏期与全视野ERG相似［8］。一阶反应的波形较简单，潜伏期随刺激亮度增加而缩短，振幅略增加。一阶反应为ERG的主要成分，只有在散瞳和用高照度进行检测时才能分析以二阶（second-order kernel）为主的反应［1］。 mERG的二阶反应也含有外层视网膜的成分，但可能主要起源于内层视网膜和视神经。二阶反应是对视系统的时间非线性测定，其代表连续闪光以15 ms、30 ms、45 ms等不同时间间隔刺激，观察到的神经元反应的非线性情况，即前后两次刺激象相互作用的反应。人类视觉系统显示出时间的高度非线性特点，二阶反应可分析神经元的恢复时间，这就增加了一个前所未有的时间检测功能，可以检验反应的非线性时程［6］。 2.mVEP的测定：mVEP是用多焦闪光刺激记录的VEP反应。mVEP使用常规银-氯化银皮肤电极，可以进行单极记录，作用电极位于枕部，参考电极位于前额，地电极位于耳垂［9,10］；也可以进行双极记录，正极、地极和负极在枕部皮肤沿中线分布［11］。视网膜反应信号的采样与显示器的场扫描同步，受试者需固视刺激图形的中心，整个记录过程分成若干段，每段之间让受试者休息［1］。为消除瞬目和眼球运动的影响，可以用伪迹剔除程序剔除或重新记录该段［2］。 VEP有大细胞旁路（M细胞的粗大纤维传导很快）和小细胞旁路（P细胞具有慢传导的细纤维）两种起源［6］。两种不同的机制均作用于一阶VEP反应，一种机制主要是在低照度下起作用，另一种在高照度下起作用。而在中照度时，两种机制的作用部分中和。二阶反应与一阶反应不同，刺激对比度增加时各种成分的波形保持它们的形状和潜伏期。通过对比证明第一种机制（饱和性）通过M细胞旁路起作用，而第二种机制（非饱和性）则通过P细胞旁路引起的皮质兴奋［6］。 3. mERG的变异性：生理解剖因素是mERG变异的主要原因。Kondo和Miyake［3］在15个受试者的两个相同部位的视网膜区域进行mERG的测定，发现受测试者之间存在变异。生理盲点处振幅较小，在距中心10°～15°处振幅相对较大［1］。因为鼻侧视野近中央处的反应密度较高，光反应的ERG地形图表现出鼻侧和颞侧视网膜具有一定程度的不对称性，中央峰明显向鼻侧加宽［1］。视敏度随离心度的增加下降得较快［12,13］，而暗适应敏感度和明视闪光敏感度随离心度的增加而提高［14］。 电生理的表现与外层视网膜解剖特点相对应。Oesterberg［15］、Curcio等［16］曾观察人眼的锥细胞密度，发现中央1°以外锥细胞的密度接近r-2/3（r为离心距离）；受试者之间大的变异是在中心1°以内的范围；20°以外鼻侧视网膜锥细胞密度明显高于颞侧。Sutter 和Tran［1］指出在光照条件下一阶反应随离心距离增加而下降，与视网膜锥细胞的密度分布大致相同［17］，提示电生理反应的强度主要由感受器的密度决定，锥细胞的大小和感受器的其他组织学特点对信号强度的影响很小［1］。 视网膜各层之间解剖和支持组织的不同在视网膜的局部变异中也起作用，视网膜的一定区域对某些疾病有高度易感性，成为疾病产生的重要原因。视网膜的功能地形图对于临床医生非常重要［1］。由于存在变异性，不能将从一个受试者那里得来的振幅参数用于另一个受试者，也不能将从不同受试者身上得到的参数予以平均，用来进行局部反应的低噪音测定。因为反应波型中大的变异是离心距离的不同［1］，所以临床应确立区别局部视网膜的异常反应与正常变异之间的标准，建立视网膜电生理反应的局部正常值范围［1］。 三、多焦视觉电生理检测的临床意义 1. 视野改变的mERG表现及两者对比：因mERG系统分别从刺激和未刺激区积累反应，所以抑制一定区域的刺激不影响电生理的记录过程［18］。文献报道用103单元进行mERG的检测，旁中心暗点在3°以内时，mERG地形图的反应密度无异常；暗点超过5°时，可以观察到相应部位反应降低，周围是一个不规则的反应密度轻度增高区［19］。累及的视网膜面积超过2个六边形刺激单元时，如果暗点的每一部分在刺激单元范围内，小到不足以产生一个低反应密度区，那么反应密度的降低在地形图上表现不出来。mERG不能发现视角<5°，且位于中心凹旁的暗点，因此观察小暗点必须建立更小的刺激单元［19］。 中心暗点在ERG地形图上表现为一中央凹陷的山谷，暗点扩大时ERG地形图中央受抑制的区域也扩大。在中央刺激被阻断时，周围的ERG振幅增大。如果中央阻断的区域过小，则记录不到增大的反应［20］。然而临床上视网膜色素变性［20］或黄斑变性［17］的患者，观察不到有功能视网膜的反应增加，可能无视野改变部位的视网膜功能未必完全正常［13］。视野收缩时可以观察到更宽的正波，有时可出现双峰［20］。 作为一种地形图技术，mERG与视野检查有许多相似之处，也有很重要的区别［1］。静态视野取点有限；ERG地形图能检测许多小区域。视野检查的时间取决于检查点的数量；而ERG的时程一般只取决于刺激单元的大小。可同时检查双眼的mERG，用强光或散瞳的方法可以得到较好的信噪比，明显缩短记录的时间。视野测试得出的是阈值；而电生理检测的结果是通过一种或一系列波型来反应，从这些波型中可以得到更多的信息。 在对青光眼、缺血性视神经病变和单眼视神经炎的研究中发现，mVEP检测结果与Humphrey视野计的符合性很好，说明单眼的神经节细胞和视神经的局部损伤，可以通过对比双眼的mVEP检测结果进行定量判断。 2. 青光眼：ERG大部分是在视网膜外层产生，发生青光眼时不会有显著改变。光反应ERG（flash electroretinograms，FERG）仅在青光眼的晚期才会出现轻度的改变，因此在目前阶段临床无法应用。mERG二阶反应的非线性反应起源于视网膜内层［21］，选择性地受到视神经萎缩和早期青光眼的影响［22］。因此mERG、mVEP比FERG更能反应局部神经节细胞的损伤［23］。 多焦技术通过检查序列刺激的效应，可以分析时程，能更多地研究视觉系统的非线性特点和疾病的改变［23］。多焦记录的范围越广，就越适合于发现青光眼的Bjerrum暗点［23］。mPERG二阶反应含有突出的能够重复的波形，记录与青光眼的视野损伤相符合，可用于青光眼的观察。分析时应将视网膜地形图与相应的视野阈值进行对比以确定这种关联的可靠性［23］。 mVEP以与皮质解剖相应的排列方式刺激中心20°～25°范围的视网膜，双极电极（在枕骨隆突上下2 cm）与传统的单极电极不同，可以记录上下半侧视野相似大小的反应。M细胞旁路在青光眼中更易受到损害，可引起mFVEP大细胞成分的丧失，但对此看法尚未统一［24］。 3. 糖尿病视网膜病变：在糖尿病视网膜病变的进程中无灌注区的出现标志着“不可逆”病损的开始［25］。为了明确开始糖尿病治疗的时间，需要发现亚临床的视网膜改变。如果电生理测试中使用大范围的刺激，在大部分视网膜正常时，小范围的视网膜异常不会影响整个视网膜的反应，因而常被忽视［21］。 mERG可以发现糖尿病患者早期视网膜功能的异常，甚至在出现临床病变之前即发现异常。病变的早期主要是二阶反应的波形和适应机制出现异常，定位在内层视网膜。在非增殖型糖尿病视网膜病变和个别无糖尿病视网膜病变的患者中一阶反应潜伏期延长和振幅降低说明累及了外层视网膜［21］。 在有临床表现的非增殖型糖尿病视网膜病变中，mERG第一负波潜伏期明显延长，一阶反应的振幅明显降低。在无视网膜病变的糖尿病患者中第一正波和平均振幅与对照组无明显差别［21］。无论视网膜病变是否存在，糖尿病患者mERG二阶反应的振幅均明显降低［21］，提示在糖尿病患者中以快速闪光刺激获得的反应随视网膜病变的进展而下降。 4. 视网膜脱离：视网膜脱离的ERG反应振幅降低，与脱离的面积有关［26］。手术成功后电生理反应增大［27］。mERG可以同时检测脱离和在位的视网膜电生理反应［28］。尽管mERG的敏感度和反应密度在术后均有所恢复，但恢复程度比视野要小得多。所有患者术前不仅脱离的视网膜反应密度明显降低，在位视网膜反应也很低［28］。随着术后视网膜功能的恢复，反应密度逐渐增高，手术前后反应密度有明显差别。但术后ERG振幅的提高从未超过63%，不如视野的改善程度。 术后视力和视野恢复良好的患者常有色觉异常。脱离的视网膜和在位的视网膜敏感性均降低（尤其是对蓝色的敏感性降低）。这些表现与mERG的结果相同，但与视野的检查结果不同。mERG比常规检查能提供更多视网膜功能方面的全面细致的信息。复位的视网膜电生理功能的恢复比敏感性差。在位的视网膜光敏感度几乎正常，电生理反应很低，甚至在手术复位以后也不能恢复正常。电生理与视野检查之间差别的原因尚不清楚，一种解释是刺激和记录的条件不同［3,29］。另一种解释是巩膜扣带术后引起视网膜血流降低，导致内层视网膜的功能异常。 视网膜脱离眼电生理反应的异常与视网膜受损的程度相对应。mERG系统将回答许多传统ERG系统解释不清的问题［28］。 5. 中心性浆液性脉络膜视网膜病变：中心性浆液性脉络膜视网膜病变（central serous chorioretinopathy CSC）中视网膜色素上皮（retinal pigment epithelial，RPE）转运系统存在广泛的功能缺陷。很多研究对CSC脱离的视网膜进行了功能的检查，发现视力相当好的时候，对比敏感度、颜色辨别、暗适应、局部ERG已发生了改变［30,31］。 mERG检测出了包括后极部在内的视网膜功能地形图，可以显示出全视野ERG测试中并不明显的局部视网膜病变［32］。一般认为CSC的对侧眼是正常的，mERG检查发现对侧眼中心部的反应降低了，然而患者的双眼全视野ERG仍然正常。视网膜脱离区mERG B波的波峰潜伏期比对侧眼和正常眼明显延长。患眼中心区A、B波反应均严重降低，活动性视网膜脱离眼B波比另一眼中心区延长更明显［32］。
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就多焦视网膜电图检查结果问题与"弱视患者多焦视网膜电图的研究"一文作者商榷
在中华眼科杂志2004年第10期(655～662页)发表的"弱视患者多焦视网膜电图的研究"(以下简称"弱视多焦研究")一文中,作者检测了屈光参差性弱视(28例)、斜视性弱视(25例)、屈光不正性弱视患者(14例)多焦视网膜电图(multifocal electroretinogram,mfERG)的一阶、二阶反应振幅密度和潜伏期,并与正常儿童(30例,包括6例单眼眼外伤患者的健眼)进行比较[1].其结论为"弱视患者mfERG有明显改变,提示弱视眼视网膜神经节细胞受损,但神经信息的传递无延长[1]".在该研究中,各类弱视患者的mfERG不仅二阶反应的振幅密度减低,而且一阶反应的振幅密度也低于正常.
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多焦视觉电生理临床应用及基础研究
多焦视网膜电图和多焦视诱发电位是视觉电生理学一项重要新进展,它应用先进的电子计算机和数字信号处理技术,可在较短时间内同时测量几十度视野范围内几十到几百个区域的局部视网膜电图或局部视诱发电位,并计算各局部反应的一阶和二阶反应,根据各反应参数分别了解视网膜内外层、视路对应于视野各部位的功能,是近年应用于眼科临床的新理论和新技术.本研究率先在国内将多焦视觉电生理技术应用于眼科临床,取得下列成果:
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mfERG二阶Kernel反应对开角型青光眼的诊断价值
目的观察并评估多焦视网膜电图(mfERG)二阶Kernel反应(SOK)在原发性开角型青光眼(POAG)中的诊断价值.方法POAG患者45例(78眼),分为早期、进展期、晚期.正常对照24例(48眼).对所有对象行mfERG检查,记录各环、象限的SOK的P1波反应密度和潜伏期,进行统计分析.结果正常对照随着离心率的增加,5个环的SOK的P1波反应密度明显下降,潜伏期无明显变化;4个象限的SOK的P1波反应密度及潜伏期无明显变化.POAG早期1环、2环及4个象限SOK的P1波反应密度均比正常对照降低;进展期和晚期各环和各象限的SOK的P1波反应密度均比正常对照组降低;POAG各期之间的各环及各象限的SOK的P1波反应密度的差异具有显著性意义,潜伏期的差异均无显著性意义;POAG各期的各环及各象限的SOK的P1波潜伏期与正常对照相比差异均无显著性意义.SOK在POAG早期、进展期、晚期的敏感性依次为74.19%、88.00%、100.00%,差异具有显著性意义.总体敏感性为85.90%,特异性为79.17%.结论mfERG的SOK的P1波反应密度可以较敏感地检测出POAG各期视功能的损害,对POAG的诊断尤其是早期诊断具有重要的临床意义.
