Пупиллография — это метод регистрации и измерения реакции зрачка. Она использует инфракрасную видеокамеру и компьютерное программное обеспечение для динамической и количественной оценки реакции зрачка.
Термин «пупиллография» был введен Ловенштейном и Ловенфельдом и развился как динамическая инфракрасная видеотехника для регистрации эфферентных и афферентных путей глаза. Внедрение электронных технологий повысило точность, согласованность и скорость по сравнению с ручными измерениями, и сегодня также широко используется термин «пупиллометрия».
На 32-м Международном коллоквиуме по зрачку (IPC, Морж, Швейцария) эксперты собрались для разработки первой версии международных стандартов сбора, обработки и отчетности данных. В последние годы были коммерциализированы настольные и портативные пупиллометры, и ожидается повышение производительности за счет сочетания с ИИ.
Области применения включают офтальмологию, неврологию, нейронауку, психологию и хронобиологию.
Изначально Ловенштейн и Ловенфельд назвали динамическую инфракрасную видеотехнику «пупиллографией». Позже, с развитием электронных технологий, термин «пупиллометрия» также стал популярным, и сегодня оба термина часто используются как синонимы.
Ниже приведены типичные параметры, получаемые при однократном измерении.
Фаза сужения
Латентность (T₁): время от светового стимула до начала сужения. При достаточно ярком стимуле около 200 миллисекунд.
Скорость сужения (VC): быстрота сужения. При нарушении зрительного входа наблюдается удлинение T₁ и снижение VC.
Максимальное сужение (D₃): диаметр при максимальном сужении. При нарушении зрительного входа D₃ снижен.
Коэффициент сужения (CR): величина сужения/базальный диаметр. При нарушении зрительного входа CR снижен.
Фаза расширения
Скорость расширения (VD): быстрота расширения зрачка после удаления света. Отражает функцию симпатической нервной системы.
Время задержки расширения зрачка (T₅) : время до начала расширения зрачка. При синдроме Горнера характерно значительное удлинение T₅.
PIPR (постиллюминационная устойчивая реакция зрачка) : устойчивый миоз после стимуляции высокой яркости и короткой длины волны. Отражает активацию ipRGC и меланопсина.
Зрачок никогда не бывает полностью неподвижным; он постоянно совершает колебания около ±0,5 мм (гиппус). Кроме того, фаза миоза в основном отражает функцию парасимпатической нервной системы, а фаза мидриаза — в основном функцию симпатической нервной системы.
Фоторецепторы сетчатки → ганглиозные клетки сетчатки → зрительный нерв → зрительный перекрест → зрительный тракт → ответвление перед латеральным коленчатым телом → претектальная область → ипсилатеральное ядро Эдингера-Вестфаля (EW) и через заднюю спайку к контралатеральному ядру EW.
У человека соотношение перекрещенных и неперекрещенных волокон составляет примерно 1:1, и интенсивность прямого и содружественного зрачковых рефлексов почти одинакова.
Ядро EW → глазодвигательный нерв → пещеристый синус → верхняя глазничная щель → глазница → нижняя ветвь глазодвигательного нерва → синапс в ресничном ганглии → короткие ресничные нервы → вход в глазное яблоко.
95% парасимпатических волокон из ядра EW проецируются к ресничной мышце (аккомодация) и 5% к сфинктеру зрачка. Это соотношение связано с механизмом диссоциации свет-близкая реакция.
Внутренне светочувствительные ганглиозные клетки сетчатки (ipRGC) содержат меланопсин и образуют основной афферентный путь зрачкового светового рефлекса. Коротковолновый интенсивный синий свет (около 470 нм) вызывает медленный, устойчивый миоз (PIPR).
Функция меланопсина остается относительно стабильной на протяжении жизни, снижаясь после 80 лет, но медленнее, чем возрастные изменения палочек и колбочек.
Да, меняется. Психическое напряжение, испуг и болевые стимулы вызывают расширение через симпатическую нервную систему, тогда как усталость и сонливость вызывают сужение через центральную нервную систему. Эмоционально страх связан с расширением, а комфорт – с сужением. Лекарства (кофеин, никотин, антигистаминные) также влияют на диаметр зрачка.
Проводить в условиях низкого окружающего освещения, чтобы минимизировать внешнее влияние на диаметр зрачка. Пациент сидит перед специальным устройством, камера и оба глаза выровнены по прямой линии. После записи базового диаметра зрачка предъявляются различные стимулы (свет, зрительные паттерны) и регистрируется зрачковая реакция.
Время измерения должно учитывать суточные колебания: начинать и заканчивать с 10:00 до 14:00 (избегать в течение часа после обеда). При закрытом типе диаметр зрачка больше, чем при открытом, а при монокулярном зрении он примерно на 1,0 мм больше на свету и на 0,2 мм больше в темноте по сравнению с бинокулярным зрением. Поэтому стандартизация условий обязательна.
Для отслеживания размера зрачка используются алгоритмы сегментации. Самый простой метод – преобразование Хафа – эффективен для круглых зрачков, но при смещении или аномальной форме точность снижается. Использование высокоточных моделей распознавания образов позволяет с высокой точностью обнаруживать даже зрачки аномальной формы.
Пуппилография позволяет проводить точные измерения благодаря стандартизированной записи и может количественно оценивать дополнительные параметры (латентность, скорость сужения, скорость расширения), которые невозможно оценить с помощью ручного фонарика. Она также позволяет документировать результаты, сравнивать их во времени и устраняет предвзятость исследователя.
По сравнению с традиционным тестом качающегося фонарика (Swinging flashlight test), пупиллография обеспечивает стандартизированное, количественное и воспроизводимое измерение. ОАЗД возникает при обширных ретинопатиях, оптических нейропатиях, поражениях зрительного тракта и претектальных поражениях.
Процедура теста качающегося фонарика заключается в поочередной стимуляции каждого глаза светом длительностью около 2 секунд в полутемной комнате. При односторонней оптической нейропатии стимуляция здорового глаза вызывает двустороннее сужение зрачков, но при переходе на пораженный глаз степень сужения уменьшается (наблюдается как «расширение»). Помутнения оптических сред (катаракта), двусторонние нарушения зрения и поражения после хиазмы не вызывают ОАЗД.
У пациентов с черепно-мозговой травмой это может быть единственным признаком травматического повреждения зрительного нерва и полезно для оценки пациентов в коме.
Задержка расширения (dilation lag) — это замедление расслабления и расширения зрачка после выключения света. При синдроме Горнера расширение может занимать до 15–20 секунд (в норме около 5 секунд). Характерным признаком является выраженное удлинение T₅. При двустороннем синдроме Горнера (когда относительный анизокория нечеткий) измерение задержки расширения может быть единственным надежным методом диагностики.
Оценка анизокории требует измерений как в условиях яркого света, так и в темноте. Миоз на пораженной стороне становится более заметным в темноте, а мидриаз на пораженной стороне — при ярком свете. Примерно у 20% здоровых людей наблюдается физиологическая анизокория (разница ≤1 мм, отсутствие разницы при разном освещении, нормальный зрачковый рефлекс). Следует помнить, что афферентные нарушения (оптические нейропатии) вызывают нарушения зрачкового рефлекса, но в принципе не приводят к анизокории.
Измерение диаметра зрачка в условиях низкой освещенности помогает определить оптимальную зону абляции для LASIK. Если зона абляции меньше диаметра зрачка при мидриазе, возникает риск ночных ореолов. Это измерение также используется для оценки пригодности мультифокальных интраокулярных линз и рефракционной хирургии.
Зрачковый световой рефлекс (PLR) позволяет раздельно оценивать палочковый, колбочковый и меланопсиновый пути. В семье с синдромом Джалили (мутация CNNM4) колбочковый PLR был регистрируем, несмотря на недетектируемую фототическую электроретинограмму 1). В скотопических условиях у пациентов с CNNM4 наблюдался большой PLR, тогда как в фотопических условиях он был на нижней границе нормы или слегка снижен 1).
Типичные применения включают дифференциацию оптической нейропатии и ретинопатии с помощью оценки RAPD, диагностику синдрома Горнера по измерению задержки расширения, оценку синдрома Ади в сочетании с тестом с разведенным пилокарпином. Также используется для объективной оценки нейродегенеративных заболеваний и вегетативных нарушений.
Зрачковый световой рефлекс контролируется интеграцией следующих трех путей.
| Путь | Фоторецептор | Характеристика |
|---|---|---|
| Палочковый путь | Родопсин | Высокая чувствительность в условиях низкой освещенности и темноты |
| Колбочковый путь | Опсин | Высокая освещенность и фотопические условия. Короткая латентность и быстрая скорость сужения |
| Путь ipRGC | Меланопсин | Длинный латентный период и медленная скорость. Сохраняется после стимула (PIPR) |
Вход от колбочек контролирует устойчивое сужение при изменениях контраста стимула, тогда как вход от меланопсина устанавливает фотопический диаметр зрачка при длительном световом воздействии. Эта интеграция сигналов внешней и внутренней сетчатки обеспечивает точную настройку зрачкового ответа.
Контроль усиления пути регуляции зрачка осуществляется на уровне ядра Эдингера-Вестфаля. Что касается кортикальных входов, даже при локальных ишемических инфарктах островковой коры или лобного глазного поля диаметр зрачка и скорость сужения остаются в пределах нормального физиологического диапазона, что позволяет предположить, что отсутствие кортикального входа напрямую не влияет на диаметр зрачка или скорость сужения.
Изменения зрачка, вызванные когнитивными или эмоциональными событиями, имеют меньший масштаб, чем световой рефлекс (обычно менее 0,5 мм), и тесно коррелируют с активностью голубого пятна.
Это метод, направленный на разделение ответов наружной сетчатки (опосредованной палочками и колбочками) и внутренней сетчатки (опосредованной меланопсином) в одном неинвазивном измерении. Ожидается, что техническая оптимизация позволит развить его в высокочувствительный и высокоточный клинический биомаркер.
Hyde и соавт. (2022) сравнили трех сестер с синдромом Джалили (мутация CNNM4, возраст 5, 14 и 15 лет) с 10 здоровыми контрольными. Они провели измерения палочкового пути после темновой адаптации (465 нм, 1 с) и колбочкового пути после световой адаптации (642 нм, 1 с, синее поле подавления палочек 6 кд/м²) и рассчитали Pmax (максимальный насыщенный ЗР ответ) и s (константа полунасыщения ЗР) с помощью функции Нака-Раштона 1). Несмотря на необнаруживаемую фототическую электроретинограмму, колбочковый ЗР был регистрируем, что позволяет предположить, что ЗР может быть полезным инструментом для оценки функции колбочек 1).
Первая версия международного стандарта, разработанная на 32-м Международном коллоквиуме по зрачку, содержит рекомендации по минимальному набору переменных, необходимых для сбора, обработки и отчетности данных. Она направлена на улучшение сопоставимости между исследованиями и, как ожидается, станет основой для будущих клинических и многоцентровых исследований.
Ожидается, что интеграция ИИ и устройств приведет к повышению производительности и улучшению объективной количественной оценки. Основными исследовательскими задачами являются выявление и мониторинг прогрессирования нейродегенеративных заболеваний (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), объективная оценка активности вегетативной нервной системы в клинических испытаниях и оценка функции меланопсин-содержащих ганглиозных клеток сетчатки у пациентов с нарушениями сна и циркадного ритма.
