پوپیلوگرافی (Pupillography) روشی برای ثبت و اندازهگیری واکنش مردمک است. با ترکیب دوربین ویدئوی مادون قرمز و نرمافزار کامپیوتری، واکنش مردمک به صورت پویا و کمی ارزیابی میشود.
اصطلاح «Pupillography» توسط Lowenstein و Loewenfeld ابداع شد و به عنوان فناوری ویدئوی مادون قرمز پویا برای ثبت مسیرهای وابران و آوران چشم توسعه یافت. با معرفی فناوری الکترونیکی، دقت، ثبات و سرعت نسبت به اندازهگیریهای دستی سنتی بهبود یافت و امروزه اصطلاح «Pupillometry» نیز رایج است.
در سی و دومین کنفرانس بینالمللی مردمک (IPC، مورژ سوئیس)، متخصصان گرد هم آمدند و اولین نسخه استانداردهای بینالمللی برای جمعآوری، پردازش و گزارش دادهها را تدوین کردند. در سالهای اخیر، پوپیلومترهای رومیزی و قابل حمل تجاری شدهاند و ترکیب با هوش مصنوعی نیز بهبود عملکرد را نوید میدهد.
حوزههای کاربرد شامل چشمپزشکی، عصبشناسی، علوم اعصاب، روانشناسی و زیستشناسی زمانی است.
در ابتدا Lowenstein و Loewenfeld فناوری ویدئوی مادون قرمز پویا را «Pupillography» نامیدند. پس از آن، با پیشرفت فناوری الکترونیکی، اصطلاح «Pupillometry» نیز رایج شد و امروزه این دو اغلب به صورت مترادف استفاده میشوند.
در زیر پارامترهای نمایندهای که در یک اندازهگیری به دست میآیند، آورده شده است.
فاز انقباض
زمان نهفته (T₁): زمان از تحریک نوری تا شروع انقباض. با یک محرک به اندازه کافی روشن، حدود 200 میلیثانیه.
سرعت انقباض (VC): سرعت تنگ شدن مردمک. در اختلال ورودی بینایی، T₁ طولانی و VC کاهش مییابد.
حداکثر میزان انقباض (D₃): قطر در حداکثر انقباض. در اختلال ورودی بینایی، D₃ کاهش مییابد.
نسبت انقباض (CR): میزان انقباض / قطر پایه. در اختلال ورودی بینایی، CR کاهش مییابد.
فاز اتساع
سرعت اتساع (VD): سرعت گشاد شدن مردمک پس از حذف نور. عملکرد سیستم عصبی سمپاتیک را منعکس میکند.
زمان تاخیر در گشاد شدن مردمک (T₅): زمان شروع گشاد شدن مردمک. در سندرم هورنر، افزایش قابل توجه T₅ یک یافته مشخص است.
PIPR (پاسخ پایدار مردمک پس از نور): انقباض پایدار مردمک پس از تحریک با نور پر شدت و طول موج کوتاه. نشاندهنده فعال شدن ipRGC و ملانوپسین است.
مردمک هرگز کاملاً ثابت نیست و همواره نوسانات پیوستهای در حدود 0.5± میلیمتر (هیپوس) دارد. همچنین، فاز انقباض عمدتاً عملکرد سیستم پاراسمپاتیک و فاز گشاد شدن عمدتاً عملکرد سیستم سمپاتیک را منعکس میکند.
سلولهای گیرنده نوری شبکیه → سلولهای گانگلیونی شبکیه → عصب بینایی → کیاسمای بینایی → مجرای بینایی → انشعاب از مسیر بینایی قبل از جسم زانویی جانبی → ناحیه پرهتکتال → هسته ادینگر-وستفال (EW) همان سمت و از طریق کمیسور خلفی به هسته EW طرف مقابل میرسد.
در انسان، نسبت فیبرهای متقاطع و غیرمتقاطع تقریباً 1:1 است و شدت رفلکس مستقیم و غیرمستقیم نوری تقریباً برابر است.
هسته EW → عصب حرکتی چشمی → سینوس کاورنوس → شکاف فوقانی کاسه چشم → حدقه → شاخه تحتانی عصب حرکتی چشمی → سیناپس در گانگلیون مژگانی → اعصاب مژگانی کوتاه → داخل کره چشم.
95% از فیبرهای پاراسمپاتیک هسته EW به عضله مژگانی (تطابق) و 5% به عضله اسفنکتر مردمک میروند. این نسبت با مکانیسم تفکیک رفلکس نوری-نزدیک مرتبط است.
سلولهای گانگلیونی شبکیه با حساسیت به نور درونی (ipRGC) حاوی ملانوپسین هستند و مسیر آوران اصلی رفلکس نوری مردمک را تشکیل میدهند. تحریک با نور آبی پر شدت با طول موج کوتاه (نزدیک 470 نانومتر) باعث انقباض آهسته و پایدار مردمک (PIPR) میشود.
عملکرد ملانوپسین در طول زندگی نسبتاً پایدار است و پس از دهه ۸۰ سالگی کاهش مییابد، اما این کاهش دیرتر از تغییرات وابسته به سن در سلولهای استوانهای و مخروطی رخ میدهد.
بله، تغییر میکند. تنش روانی، شوک و محرک دردناک از طریق سیستم سمپاتیک باعث گشاد شدن مردمک میشوند، در حالی که خستگی و خوابآلودگی از طریق سیستم عصبی مرکزی باعث تنگ شدن مردمک میشوند. در هیجانات، ترس با گشادی و احساس راحتی با تنگی مردمک مرتبط است. داروها (کافئین، نیکوتین، آنتیهیستامینها) نیز بر قطر مردمک تأثیر میگذارند.
در محیطی با نور محیطی کم انجام شود تا تأثیرات خارجی بر قطر مردمک به حداقل برسد. بیمار در مقابل دستگاه مخصوص مینشیند و دوربین و هر دو چشم در یک خط قرار میگیرند. پس از ثبت قطر پایه مردمک، محرکهای مختلف (نور، الگوهای بینایی) ارائه شده و واکنش مردمک ثبت میشود.
زمان اندازهگیری با در نظر گرفتن تغییرات روزانه، باید بین ساعت 10 صبح تا 2 بعد از ظهر شروع و پایان یابد (از اندازهگیری تا یک ساعت بعد از ناهار خودداری شود). در نوع بسته، قطر مردمک نسبت به نوع باز بزرگتر است و دید تکچشمی در مقایسه با دید دوچشمی در محیط روشن حدود 1.0 میلیمتر و در محیط تاریک حدود 0.2 میلیمتر بزرگتر است، بنابراین یکسانسازی شرایط ضروری است.
برای ردیابی اندازه مردمک از الگوریتم قطعهبندی استفاده میشود. سادهترین روش تبدیل هاف (Hough Transform) در صورتی که مردمک دایرهای باشد مؤثر است، اما در صورت جابجایی یا شکل غیرعادی، دقت کافی ندارد. با استفاده از مدل تشخیص الگوی با دقت بالا، میتوان مردمکهای با شکل غیرعادی را نیز با دقت بالا تشخیص داد.
روش ثبت مردمک با ثبت استاندارد شده امکان اندازهگیری دقیق را فراهم میکند و پارامترهای اضافی مانند زمان نهفته، درصد انقباض و سرعت اتساع را که با چراغ قلمی قابل ارزیابی نیستند، به صورت کمی اندازهگیری میکند. همچنین مستندسازی نتایج و مقایسه در طول زمان امکانپذیر است و سوگیری معاینهگر حذف میشود.
در مقایسه با آزمایش سنتی رفلکس نوری متناوب (Swinging flashlight test)، اندازهگیری استاندارد، کمی و با تکرارپذیری امکانپذیر است. RAPD در طیف وسیعی از رتینوپاتیها، نوروپاتیهای بینایی، ضایعات مجرای بینایی و ضایعات پیشتگمنتال ظاهر میشود.
مراحل آزمایش رفلکس نوری متناوب به این صورت است که در یک اتاق نیمه تاریک، به طور متناوب به هر چشم حدود 2 ثانیه تحریک نوری داده میشود. در نوروپاتی بینایی یک طرفه، هنگامی که چشم سالم تحریک میشود، هر دو چشم منقبض میشوند، اما با جابجایی به چشم مبتلا، میزان انقباض کاهش مییابد (به صورت «تغییر به سمت گشاد شدن» مشاهده میشود). در موارد کدورت محیطهای شفاف مانند آب مروارید، اختلال عملکرد بینایی دوطرفه، یا ضایعات پس از کیاسم، RAPD مثبت نمیشود.
در بیماران ضربه به سر، ممکن است تنها نشانه آسیب عصب بینایی تروماتیک باشد و در ارزیابی بیماران ترومایی در کما مفید است.
تأخیر اتساع (Dilation lag) به تأخیر در شل شدن و گشاد شدن مردمک پس از قطع نور گفته میشود. در سندرم هورنر، اتساع حداکثر 15 تا 20 ثانیه (طبیعی حدود 5 ثانیه) طول میکشد. افزایش قابل توجه T₅ یک یافته مشخص است. در سندرم هورنر دوطرفه (که آنیزوکوری نسبی نامشخص است)، اندازهگیری تأخیر اتساع ممکن است تنها روش تشخیصی قابل اعتماد باشد.
در ارزیابی آنیزوکوری، اندازهگیری در هر دو شرایط روشن و تاریک ضروری است. میوز (انقباض) در سمت مبتلا در اتاق تاریک واضحتر میشود و میدریاز (گشاد شدن) در سمت مبتلا در اتاق روشن واضحتر میشود. حدود 20٪ از افراد طبیعی آنیزوکوری فیزیولوژیک دارند (تفاوت 1 میلیمتر یا کمتر، بدون تفاوت در روشنایی-تاریکی، رفلکس نوری طبیعی). با این حال، باید در نظر داشت که در اختلالات ورودی (بیماریهای عصب بینایی) رفلکس نوری غیرطبیعی است اما اصولاً آنیزوکوری رخ نمیدهد.
اندازهگیری قطر مردمک در شرایط نوری کم به تعیین قطر بهینه برش در LASIK و غیره کمک میکند. اگر قطر برش از قطر مردمک در حالت گشاد شده کوچکتر باشد، خطر هاله شبانه ایجاد میشود. همچنین برای تعیین اندیکاسیون لنزهای چندکانونی و جراحی انکساری استفاده میشود.
با استفاده از رفلکس نوری مردمک (PLR) میتوان مسیرهای استوانهای، مخروطی و ملانوپسین را به طور جداگانه ارزیابی کرد. در یک خانواده با سندرم جلیلی (جهش CNNM4)، با وجود اینکه الکترورتینوگرام روشن قابل تشخیص نبود، PLR با واسطه مخروط قابل ثبت بود1). در شرایط تاریکی، PLR بزرگی در بیماران CNNM4 مشاهده شد و در شرایط روشنایی نزدیک حد پایین نرمال یا کمی کاهش یافته بود1).
کاربردهای اصلی شامل افتراق نوروپاتی بینایی و رتینوپاتی با ارزیابی RAPD، تشخیص سندرم هورنر با اندازهگیری تأخیر در گشاد شدن مردمک، و ارزیابی سندرم آدی با ترکیب تست قطره پیلوکارپین رقیق شده است. همچنین برای ارزیابی عینی بیماریهای نورودژنراتیو و اختلالات اتونومیک استفاده میشود.
رفلکس نوری مردمک توسط سه مسیر زیر به صورت یکپارچه کنترل میشود.
| مسیر | گیرنده نوری | ویژگی |
|---|---|---|
| مسیر استوانهای | رودوپسین | حساسیت بالا در شرایط کمنور و تاریکی |
| مسیر مخروطی | اوپسین | شرایط پرنور و روشن. تأخیر کوتاه و سرعت انقباض سریع |
| مسیر ipRGC | ملانوپسین | تأخیر طولانی و سرعت آهسته. پس از تحریک نیز ادامه مییابد (PIPR) |
ورودی مخروطی انقباض پایدار در برابر تغییرات کنتراست تحریک را کنترل میکند و ورودی ملانوپسین قطر مردمک تطبیقیافته با نور را در هنگام قرارگیری طولانی مدت در معرض نور تنظیم میکند. این یکپارچگی سیگنالهای شبکیه خارجی و داخلی تنظیم دقیق پاسخ مردمک را ممکن میسازد.
کنترل بهره مسیر کنترل مردمک در سطح هسته Edinger-Westphal وجود دارد. در مورد ورودی قشر مغز، حتی اگر انفارکتوس ایسکمیک موضعی در اینسولا و میدان چشم پیشانی رخ دهد، قطر مردمک و سرعت انقباض در محدوده فیزیولوژیک طبیعی باقی میماند، بنابراین فقدان ورودی قشر مغز مستقیماً بر قطر مردمک و سرعت انقباض تأثیر نمیگذارد.
تغییرات مردمک ناشی از رویدادهای شناختی و عاطفی کوچکتر از رفلکس نوری هستند (معمولاً کمتر از 0.5 میلیمتر) و همبستگی نزدیکی با فعالیت لوکوس سرولئوس دارند.
این روش با هدف جداسازی پاسخهای شبکیه خارجی (واسطهگری شده توسط میلهها و مخروطها) و شبکیه داخلی (واسطهگری شده توسط ملانوپسین) در یک اندازهگیری غیرتهاجمی واحد طراحی شده است. با بهینهسازی فنی، انتظار میرود که به عنوان یک نشانگر زیستی بالینی با حساسیت و دقت بالا توسعه یابد.
Hyde و همکاران (2022) سه خواهر مبتلا به سندرم جلیلی (جهش CNNM4) در سنین ۵، ۱۴ و ۱۵ سال را با ۱۰ فرد سالم مقایسه کردند. اندازهگیری مسیر میلهای پس از تطابق با تاریکی (۴۶۵ نانومتر، ۱ ثانیه) و مسیر مخروطی پس از تطابق با روشنایی (۶۴۲ نانومتر، ۱ ثانیه، میدان سرکوبکننده میلهای آبی با شدت ۶ cd/m²) انجام شد و Pmax (حداکثر پاسخ PLR اشباع) و s (ثابت نیمهاشباع PLR) با استفاده از تابع Naka-Rushton محاسبه گردید 1). با وجود غیرقابل تشخیص بودن الکترورتینوگرافی روشنایی، PLR مخروطی قابل ثبت بود که نشان میدهد PLR میتواند ابزار مفیدی برای ارزیابی عملکرد مخروطی باشد 1).
نسخه اول استاندارد بینالمللی که در سی و دومین کنفرانس بینالمللی مردمک تدوین شد، شامل توصیههایی در مورد حداقل مجموعه متغیرهای لازم برای جمعآوری، پردازش و گزارش دادهها است. هدف آن بهبود قابلیت مقایسه بین مطالعات است و انتظار میرود که پایهای برای تحقیقات بالینی و مطالعات چندمرکزی آینده باشد.
انتظار میرود که ادغام هوش مصنوعی و دستگاهها منجر به بهبود عملکرد و کمیسازی عینی بهتر شود. کاربرد در تشخیص و پایش پیشرفت بیماریهای عصبی-تخریبی (بیماری آلزایمر و پارکینسون)، ارزیابی عینی فعالیت سیستم عصبی خودمختار در کارآزماییهای بالینی، و ارزیابی عملکرد سلولهای گانگلیونی شبکیه حاوی ملانوپسین در بیماران مبتلا به اختلالات خواب و ریتم شبانهروزی از موضوعات اصلی تحقیقاتی است.
