การบันทึกภาพปฏิกิริยารูม่านตา (Pupillography) เป็นวิธีการบันทึกและวัดปฏิกิริยาของรูม่านตา โดยใช้กล้องวิดีโออินฟราเรดร่วมกับซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์เพื่อประเมินปฏิกิริยาของรูม่านตาแบบไดนามิกและเชิงปริมาณ
คำว่า “Pupillography” ถูกบัญญัติโดย Lowenstein และ Loewenfeld และพัฒนาเป็นเทคโนโลยีวิดีโออินฟราเรดแบบไดนามิกเพื่อบันทึกวิถีประสาทนำออกและนำเข้าของดวงตา การนำเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์มาใช้ช่วยเพิ่มความแม่นยำ ความสม่ำเสมอ และความเร็วเมื่อเทียบกับการวัดด้วยมือแบบดั้งเดิม และปัจจุบันคำว่า “Pupillometry” ก็ถูกใช้โดยทั่วไปเช่นกัน
ในการประชุม International Pupil Colloquium ครั้งที่ 32 (IPC, Morges, สวิตเซอร์แลนด์) ผู้เชี่ยวชาญได้ร่วมกันจัดทำมาตรฐานสากลฉบับแรกสำหรับการเก็บรวบรวม ประมวลผล และรายงานข้อมูล ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การจำหน่ายเครื่องวัดรูม่านตาแบบตั้งโต๊ะและแบบพกพาได้ก้าวหน้าไป และคาดว่าจะมีการปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยการผสมผสานกับ AI
สาขาการประยุกต์ใช้ครอบคลุม จักษุวิทยา ประสาทวิทยา ประสาทวิทยาศาสตร์ จิตวิทยา และชีววิทยาตามเวลา
เดิมที Lowenstein และ Loewenfeld ตั้งชื่อเทคโนโลยีวิดีโออินฟราเรดแบบไดนามิกว่า “Pupillography” ต่อมาเมื่อเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์พัฒนา คำว่า “Pupillometry” ก็แพร่หลาย และปัจจุบันทั้งสองคำมักใช้แทนกันได้
ต่อไปนี้เป็นพารามิเตอร์ทั่วไปที่ได้จากการวัดครั้งเดียว
ระยะหดตัว
ระยะแฝง (T₁): เวลาจากการกระตุ้นด้วยแสงจนถึงเริ่มหดตัวของรูม่านตา ด้วยการกระตุ้นที่สว่างเพียงพอ ประมาณ 200 มิลลิวินาที
ความเร็วในการหดตัว (VC): ความเร็วในการหดตัวของรูม่านตา ในความผิดปกติของการรับรู้ทางสายตา จะมี T₁ ยาวขึ้นและ VC ลดลง
การหดตัวสูงสุด (D₃): เส้นผ่านศูนย์กลางเมื่อหดตัวสูงสุด ในความผิดปกติของการรับรู้ทางสายตา จะมี D₃ ลดลง
อัตราการหดตัว (CR): ปริมาณการหดตัว / เส้นผ่านศูนย์กลางฐาน ในความผิดปกติของการรับรู้ทางสายตา จะมี CR ลดลง
ระยะขยาย
ความเร็วในการขยาย (VD): ความเร็วในการขยายของรูม่านตาหลังจากนำแสงออก สะท้อนการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติก
ระยะเวลาขยายรูม่านตาล่าช้า (T₅): เวลาจนกระทั่งเริ่มขยายรูม่านตา ในกลุ่มอาการฮอร์เนอร์ การยืดออกของ T₅ อย่างเด่นชัดเป็นลักษณะเฉพาะ
PIPR (การตอบสนองของรูม่านตาที่ยังคงอยู่หลังการส่องแสง): การหดตัวของรูม่านตาที่ยังคงอยู่หลังการกระตุ้นด้วยแสงความเข้มสูงและความยาวคลื่นสั้น สะท้อนการทำงานของ ipRGC และเมลาโนปซิน
รูม่านตาไม่เคยหยุดนิ่งสนิท มักมีการสั่นไหวต่อเนื่องประมาณ ±0.5 มม. (hippus) นอกจากนี้ ระยะหดตัวของรูม่านตาสะท้อนการทำงานของระบบประสาทพาราซิมพาเทติกเป็นหลัก ในขณะที่ระยะขยายตัวสะท้อนการทำงานของระบบประสาทซิมพาเทติก
เซลล์รับแสงจอประสาทตา → เซลล์ปมประสาทจอประสาทตา → เส้นประสาทตา → ออปติกไคแอสมา → แทรกตัสออปติกัส → แยกจากทางเดินสายตาก่อน lateral geniculate body → บริเวณ pretectal → นิวเคลียส Edinger-Westphal (EW) ด้านเดียวกัน และผ่าน posterior commissure ไปยังนิวเคลียส EW ด้านตรงข้าม
ในมนุษย์ อัตราส่วนของเส้นใยที่ข้ามและไม่ข้ามประมาณ 1:1 ดังนั้นความแรงของรีเฟล็กซ์แสงตรงและรีเฟล็กซ์แสงอ้อมจึงเกือบเท่ากัน
นิวเคลียส EW → เส้นประสาทกล้ามเนื้อตา → โพรงเลือดดำคาเวอร์นัส → รอยแยกเบ้าตาส่วนบน → เบ้าตา → แขนงล่างของเส้นประสาทกล้ามเนื้อตา → ซินแนปส์ที่ปมประสาทซิลิอารี → เส้นประสาทซิลิอารีสั้น → เข้าสู่ลูกตา
95% ของเส้นใยประสาทพาราซิมพาเทติกจากนิวเคลียส EW ไปยังกล้ามเนื้อซิลิอารี (การปรับตา) และ 5% ไปยังกล้ามเนื้อหดรูม่านตา อัตราส่วนนี้เกี่ยวข้องกับกลไกการแยกการตอบสนองของรูม่านตาต่อแสงและการมองใกล้
เซลล์ปมประสาทจอประสาทตาที่ไวต่อแสงภายใน (ipRGC) มีเมลาโนปซินและสร้างเส้นทางนำเข้าหลักของรีเฟล็กซ์รูม่านตาต่อแสง การกระตุ้นด้วยแสงสีน้ำเงินความเข้มสูงความยาวคลื่นสั้น (ประมาณ 470 นาโนเมตร) ทำให้เกิดการหดตัวของรูม่านตาช้าและต่อเนื่อง (PIPR)
การทำงานของเมลาโนปซินค่อนข้างคงที่ตลอดชีวิต ลดลงหลังจากอายุ 80 ปี แต่ช้ากว่าการเปลี่ยนแปลงตามอายุในเซลล์รูปแท่งและรูปกรวย
ใช่ เปลี่ยนแปลง ความตึงเครียดทางจิต การตกใจ และการกระตุ้นความเจ็บปวดทำให้รูม่านตาขยายผ่านระบบประสาทซิมพาเทติก ในขณะที่ความเหนื่อยล้าและง่วงนอนกระตุ้นให้รูม่านตาหดตัวผ่านระบบประสาทส่วนกลาง อารมณ์: ความกลัวเกี่ยวข้องกับการขยาย ความสบายเกี่ยวข้องกับการหดตัว ยา (คาเฟอีน นิโคติน ยาแก้แพ้) ก็มีผลต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาเช่นกัน
การวัดดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่มีแสงโดยรอบน้อยเพื่อลดผลกระทบภายนอกต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตา ผู้ป่วยนั่งหน้าอุปกรณ์เฉพาะ โดยจัดกล้องและตาทั้งสองข้างให้อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน หลังจากบันทึกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาพื้นฐานแล้ว จะนำเสนอสิ่งกระตุ้นต่างๆ (แสง รูปแบบภาพ) เพื่อบันทึกปฏิกิริยาของรูม่านตา
ช่วงเวลาการวัดควรเริ่มต้นและสิ้นสุดระหว่าง 10.00 น. ถึง 14.00 น. โดยคำนึงถึงความผันแปรในแต่ละวัน (หลีกเลี่ยงภายใน 1 ชั่วโมงหลังอาหารกลางวัน) ในแบบปิด เส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาจะใหญ่กว่าแบบเปิด และการมองเห็นด้วยตาข้างเดียวจะใหญ่กว่าประมาณ 1.0 มม. ในที่สว่าง และ 0.2 มม. ในที่มืด เมื่อเทียบกับการมองเห็นด้วยสองตา ดังนั้นการทำให้สภาวะเป็นมาตรฐานจึงเป็นสิ่งจำเป็น
ใช้อัลกอริทึมการแบ่งส่วนเพื่อติดตามขนาดรูม่านตา วิธี Hough Transform ที่ง่ายที่สุดมีประสิทธิภาพเมื่อรูม่านตาเป็นวงกลม แต่ขาดความแม่นยำในกรณีที่ตำแหน่งเคลื่อนหรือรูปร่างผิดปกติ การใช้แบบจำลองการรู้จำรูปแบบที่มีความแม่นยำสูงสามารถตรวจจับรูม่านตาที่มีรูปร่างผิดปกติได้อย่างแม่นยำสูง
วิธีการบันทึกรูม่านตาช่วยให้การวัดแม่นยำผ่านการบันทึกที่ได้มาตรฐาน และสามารถวัดพารามิเตอร์เพิ่มเติมในเชิงปริมาณ เช่น ระยะแฝง (latency) อัตราการหดตัว และความเร็วการขยาย ซึ่งไม่สามารถประเมินได้ด้วยปากกาไฟ นอกจากนี้ยังสามารถบันทึกผลและเปรียบเทียบตามเวลา และขจัดอคติของผู้ตรวจได้
เมื่อเปรียบเทียบกับการทดสอบไฟสวิงแบบดั้งเดิม ช่วยให้การวัดได้มาตรฐาน เชิงปริมาณ และทำซ้ำได้ RAPD ปรากฏในโรคจอประสาทตา โรคประสาทตา รอยโรคที่ออปติกไคแอสมา และรอยโรคบริเวณพรีเทกตัม (pretectum) หลายชนิด
ขั้นตอนการทดสอบไฟสวิง: ในห้องกึ่งมืด ให้กระตุ้นด้วยแสงประมาณ 2 วินาทีสลับกันที่ตาทั้งสองข้าง ในกรณีที่เส้นประสาทตาข้างใดข้างหนึ่งเสียหาย เมื่อส่องตาข้างปกติ รูม่านตาทั้งสองข้างจะหดตัว และเมื่อย้ายไปยังตาข้างที่เสียหาย ปริมาณการหดตัวจะลดลง (สังเกตเป็น ‘การเปลี่ยนแปลงไปทางการขยาย’) RAPD จะไม่เป็นบวกในกรณีที่สื่อกลางขุ่น เช่น ต้อกระจก ความผิดปกติทางการมองเห็นทั้งสองข้าง หรือรอยโรคหลังไคแอสมา
ในผู้ป่วยบาดเจ็บที่ศีรษะ อาจเป็นสัญญาณเดียวของการบาดเจ็บของเส้นประสาทตาจากอุบัติเหตุ และมีประโยชน์ในการประเมินผู้ป่วยบาดเจ็บที่อยู่ในภาวะโคม่า
ความล่าช้าในการขยาย (dilation lag) คือความล่าช้าในการคลายตัวและขยายของรูม่านตาหลังจากเอาแสงออก และในกลุ่มอาการฮอร์เนอร์ การขยายใช้เวลาสูงสุด 15-20 วินาที (ปกติประมาณ 5 วินาที) การยืดออกอย่างเด่นชัดของ T₅ เป็นลักษณะเฉพาะ ในกลุ่มอาการฮอร์เนอร์ทั้งสองข้าง (ซึ่งความต่างของรูม่านตาสัมพัทธ์ไม่ชัดเจน) การวัดความล่าช้าในการขยายอาจเป็นวิธีการวินิจฉัยที่เชื่อถือได้เพียงวิธีเดียว
ในการประเมินความต่างของรูม่านตา การวัดทั้งในสภาพสว่างและมืดเป็นสิ่งจำเป็น การหดของรูม่านตาข้างที่ผิดปกติจะชัดเจนขึ้นในห้องมืด และการขยายของรูม่านตาข้างที่ผิดปกติจะชัดเจนขึ้นในห้องสว่าง ประมาณ 20% ของคนปกติมีความต่างของรูม่านตาทางสรีรวิทยา (ความต่าง 1 มม. หรือน้อยกว่า ไม่มีความแตกต่างระหว่างสว่าง-มืด รีเฟล็กซ์รูม่านตาปกติ) แต่ควรจำไว้ว่าความผิดปกติทางนำเข้า (โรคเส้นประสาทตา) ทำให้เกิดความผิดปกติของรีเฟล็กซ์รูม่านตา แต่โดยหลักการแล้วไม่ทำให้เกิดความต่างของรูม่านตา
วัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาในสภาพแสงน้อยเพื่อกำหนดขนาดการตัดที่เหมาะสมที่สุดในการทำ LASIK หากขนาดการตัดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางรูม่านตาเมื่อขยาย จะเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดรัศมีในเวลากลางคืน นอกจากนี้ยังใช้ประเมินข้อบ่งชี้ของเลนส์แก้วตาเทียมหลายระยะและการผ่าตัดแก้ไขสายตา
สามารถประเมินวิถีของเซลล์รูปแท่ง เซลล์รูปกรวย และ melanopsin แยกกันได้โดยใช้รีเฟล็กซ์รูม่านตาต่อแสง (PLR) ในครอบครัวที่เป็นโรค Jalili syndrome (การกลายพันธุ์ CNNM4) แม้ว่าคลื่นไฟฟ้าจอประสาทตาในที่สว่างจะตรวจไม่พบ แต่ PLR ที่อาศัยเซลล์รูปกรวยสามารถบันทึกได้ 1) ในสภาพมืด ผู้ป่วย CNNM4 มี PLR ขนาดใหญ่ ในขณะที่สภาพสว่างมีค่าใกล้เคียงขีดจำกัดล่างปกติหรือลดลงเล็กน้อย 1)
การใช้ทั่วไป ได้แก่ การแยกโรคเส้นประสาทตาและโรคจอประสาทตาด้วยการประเมิน RAPD การวินิจฉัยกลุ่มอาการฮอร์เนอร์โดยการวัดความล่าช้าของการขยายรูม่านตา และการประเมินกลุ่มอาการเอดีร่วมกับการทดสอบหยอดพิโลคาร์พีนเจือจาง นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการประเมินแบบปรนัยของโรคระบบประสาทเสื่อมและความผิดปกติของระบบประสาทอัตโนมัติ
รีเฟล็กซ์รูม่านตาต่อแสงถูกควบคุมโดยการรวมกันของสามวิถีทางดังต่อไปนี้:
| วิถีทาง | ตัวรับแสง | ลักษณะ |
|---|---|---|
| วิถีเซลล์รูปแท่ง | โรดอปซิน | ความไวสูงในสภาพแสงน้อยและมืด |
| วิถีเซลล์รูปกรวย | ออปซิน | สภาพแสงจ้าและสว่าง ระยะแฝงสั้นและความเร็วการหดตัวเร็ว |
| วิถี ipRGC | เมลาโนพซิน | ระยะแฝงนานและความเร็วช้า คงอยู่หลังการกระตุ้น (PIPR) |
ข้อมูลนำเข้าจากเซลล์โคนควบคุมการหดตัวอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงความเปรียบต่างของสิ่งเร้า ในขณะที่ข้อมูลนำเข้าจากเมลาโนพซินกำหนดขนาดรูม่านตาที่ปรับตามแสงสว่างระหว่างการรับแสงเป็นเวลานาน การรวมสัญญาณจอประสาทตาชั้นนอกและชั้นในนี้ช่วยให้สามารถปรับการตอบสนองของรูม่านตาได้อย่างแม่นยำ
การควบคุมเกนของวิถีควบคุมรูม่านตาอยู่ที่ระดับนิวเคลียสอีดิงเงอร์-เวสต์ฟาล สำหรับข้อมูลนำเข้าจากคอร์เทกซ์สมอง แม้จะมีภาวะกล้ามเนื้อหัวใจตายจากการขาดเลือดเฉพาะที่ในคอร์เทกซ์อินซูลาและคอร์เทกซ์ตาส่วนหน้า ขนาดรูม่านตาและความเร็วการหดตัวยังคงอยู่ในช่วงสรีรวิทยาปกติ ซึ่งบ่งชี้ว่าการขาดข้อมูลนำเข้าจากคอร์เทกซ์สมองไม่ส่งผลโดยตรงต่อขนาดรูม่านตาและความเร็วการหดตัว
การเปลี่ยนแปลงของรูม่านตาที่เกิดจากเหตุการณ์ทางความคิดและอารมณ์มีขนาดเล็กกว่าปฏิกิริยาต่อแสง (โดยทั่วไปน้อยกว่า 0.5 มม.) และเป็นที่ทราบกันว่ามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับกิจกรรมของโลคัส coeruleus
เป็นวิธีการที่มุ่งแยกการตอบสนองของจอประสาทตาชั้นนอก (ผ่านเซลล์รูปแท่งและเซลล์รูปกรวย) และจอประสาทตาชั้นใน (ผ่านเมลาโนปซิน) ในการวัดแบบไม่รุกรานเพียงครั้งเดียว การปรับปรุงทางเทคนิคคาดว่าจะพัฒนาให้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพทางคลินิกที่มีความไวและความแม่นยำสูง
Hyde และคณะ (2022) เปรียบเทียบพี่น้องหญิงสามคนที่เป็นกลุ่มอาการจาลิลี (การกลายพันธุ์ CNNM4) อายุ 5, 14 และ 15 ปี กับกลุ่มควบคุมปกติ 10 คน ทำการวัดวิถีเซลล์รูปแท่งหลังการปรับตัวในที่มืด (465 นาโนเมตร 1 วินาที) และวิถีเซลล์รูปกรวยหลังการปรับตัวในที่สว่าง (642 นาโนเมตร 1 วินาที สนามกดสีน้ำเงิน 6 cd/m²) และคำนวณ Pmax (การตอบสนอง PLR อิ่มตัวสูงสุด) และ s (ค่าคงที่ครึ่งอิ่มตัวของ PLR) โดยใช้ฟังก์ชัน Naka-Rushton 1) แม้ว่าคลื่นไฟฟ้าจอประสาทตาในที่สว่างจะตรวจไม่พบ แต่ PLR ที่ผ่านเซลล์รูปกรวยสามารถบันทึกได้ แสดงให้เห็นว่า PLR อาจเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการประเมินการทำงานของเซลล์รูปกรวย 1)
มาตรฐานสากลฉบับแรกที่กำหนดขึ้นในการประชุมนานาชาติว่าด้วยรูม่านตาครั้งที่ 32 รวมถึงข้อแนะนำเกี่ยวกับชุดตัวแปรขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการรวบรวม ประมวลผล และรายงานข้อมูล มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงความสามารถในการเปรียบเทียบระหว่างการศึกษา และคาดว่าจะเป็นพื้นฐานสำหรับการศึกษาทางคลินิกและการศึกษาหลายศูนย์ในอนาคต
การบูรณาการ AI กับอุปกรณ์คาดว่าจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและการวัดเชิงปริมาณอย่างเป็นกลาง ประเด็นการวิจัยหลักรวมถึงการประยุกต์ใช้ในการตรวจจับและติดตามความก้าวหน้าของโรคระบบประสาทเสื่อม (โรคอัลไซเมอร์และพาร์กินสัน) การประเมินกิจกรรมของระบบประสาทอัตโนมัติอย่างเป็นกลางในการทดลองทางคลินิก และการประเมินการทำงานของเซลล์ปมประสาทจอประสาทตาที่มีเมลาโนปซินในผู้ป่วยที่มีความผิดปกติของการนอนหลับและจังหวะชีวภาพ
