Phép ghi đồng tử (Pupillography) là phương pháp ghi lại và đo lường phản ứng của đồng tử. Sử dụng kết hợp camera video hồng ngoại và phần mềm máy tính để đánh giá phản ứng đồng tử một cách động và định lượng.
Thuật ngữ “Pupillography” do Lowenstein và Loewenfeld đặt ra, và phát triển như một công nghệ video hồng ngoại động để ghi lại các đường dẫn ly tâm và hướng tâm của mắt. Sự ra đời của công nghệ điện tử đã cải thiện độ chính xác, nhất quán và tốc độ so với đo thủ công truyền thống, và hiện nay thuật ngữ “Pupillometry” cũng được sử dụng phổ biến.
Tại Hội thảo Quốc tế về Đồng tử lần thứ 32 (IPC, Morges, Thụy Sĩ), các chuyên gia đã tập hợp để xây dựng phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn quốc tế về thu thập, xử lý và báo cáo dữ liệu. Trong những năm gần đây, việc thương mại hóa các máy đo đồng tử để bàn và di động đã tiến triển, và hiệu suất được kỳ vọng cải thiện nhờ kết hợp với AI.
Các lĩnh vực ứng dụng bao gồm nhãn khoa, thần kinh học, khoa học thần kinh, tâm lý học và sinh học thời gian.
Ban đầu, Lowenstein và Loewenfeld đặt tên cho công nghệ video hồng ngoại động là “Pupillography”. Sau đó, cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử, thuật ngữ “Pupillometry” trở nên phổ biến, và hiện nay cả hai thường được dùng như từ đồng nghĩa.
Dưới đây là các thông số điển hình thu được từ một lần đo.
Pha co đồng tử
Thời gian tiềm tàng (T₁): Thời gian từ kích thích ánh sáng đến khi bắt đầu co đồng tử. Với kích thích đủ sáng, khoảng 200 mili giây.
Tốc độ co (VC): Tốc độ co đồng tử. Trong rối loạn đầu vào thị giác, có sự kéo dài T₁ và giảm VC.
Co tối đa (D₃): Đường kính khi co tối đa. Trong rối loạn đầu vào thị giác, có sự giảm D₃.
Tỷ lệ co (CR): Lượng co / đường kính nền. Trong rối loạn đầu vào thị giác, có sự giảm CR.
Pha giãn đồng tử
Tốc độ giãn (VD): Tốc độ giãn đồng tử sau khi loại bỏ ánh sáng. Phản ánh chức năng hệ thần kinh giao cảm.
Thời gian giãn chậm (T₅): Thời gian cho đến khi bắt đầu giãn đồng tử. Trong hội chứng Horner, kéo dài T₅ rõ rệt là dấu hiệu đặc trưng.
PIPR (Đáp ứng đồng tử kéo dài sau chiếu sáng): Co đồng tử kéo dài sau kích thích cường độ cao, bước sóng ngắn. Phản ánh sự hoạt hóa của ipRGC và melanopsin.
Đồng tử không bao giờ hoàn toàn đứng yên, luôn có dao động liên tục khoảng ±0,5 mm (hippus). Ngoài ra, pha co đồng tử chủ yếu phản ánh chức năng hệ phó giao cảm, trong khi pha giãn đồng tử phản ánh chức năng hệ giao cảm.
Tế bào cảm thụ võng mạc → tế bào hạch võng mạc → thần kinh thị giác → giao thoa thị giác → dải thị giác → tách khỏi đường thị giác trước thể gối bên → vùng trước mái (Pretectal area) → nhân Edinger-Westphal (EW) cùng bên và qua mép sau đến nhân EW đối bên.
Ở người, tỷ lệ sợi bắt chéo và không bắt chéo xấp xỉ 1:1, do đó cường độ phản xạ ánh sáng trực tiếp và gián tiếp gần như bằng nhau.
Nhân EW → thần kinh vận nhãn → xoang hang → khe ổ mắt trên → ổ mắt → nhánh dưới thần kinh vận nhãn → synap tại hạch mi → thần kinh mi ngắn → vào trong nhãn cầu.
95% sợi phó giao cảm từ nhân EW chiếu tới cơ thể mi (điều tiết) và 5% tới cơ thắt đồng tử. Tỷ lệ này liên quan đến cơ chế phân ly phản xạ ánh sáng-nhìn gần.
Tế bào hạch võng mạc nhạy cảm ánh sáng nội tại (ipRGC) chứa melanopsin và tạo thành đường hướng tâm chính của phản xạ đồng tử với ánh sáng. Kích thích bằng ánh sáng xanh mạnh bước sóng ngắn (khoảng 470 nm) gây co đồng tử chậm và kéo dài (PIPR).
Chức năng melanopsin tương đối ổn định trong suốt cuộc đời, giảm sau độ tuổi 80, nhưng chậm hơn so với thay đổi do lão hóa ở tế bào que và nón.
Có, nó thay đổi. Căng thẳng tinh thần, giật mình và kích thích đau gây giãn đồng tử qua hệ thần kinh giao cảm, trong khi mệt mỏi và buồn ngủ gây co đồng tử qua hệ thần kinh trung ương. Cảm xúc: sợ hãi liên quan đến giãn, thoải mái liên quan đến co. Thuốc (caffeine, nicotine, kháng histamine) cũng ảnh hưởng đến đường kính đồng tử.
Việc đo được thực hiện trong môi trường có ánh sáng xung quanh thấp để giảm thiểu ảnh hưởng bên ngoài đến đường kính đồng tử. Bệnh nhân ngồi trước thiết bị chuyên dụng, với máy ảnh và cả hai mắt thẳng hàng trên một đường thẳng. Sau khi ghi lại đường kính đồng tử cơ bản, các kích thích khác nhau (ánh sáng, mẫu thị giác) được trình bày để ghi lại phản ứng đồng tử.
Thời gian đo nên bắt đầu và kết thúc trong khoảng 10 giờ sáng đến 2 giờ chiều có tính đến biến thiên trong ngày (tránh trong vòng 1 giờ sau bữa trưa). Ở loại kín, đường kính đồng tử lớn hơn loại hở, và thị giác một mắt lớn hơn khoảng 1,0 mm ở nơi sáng và 0,2 mm ở nơi tối so với thị giác hai mắt, do đó việc tiêu chuẩn hóa các điều kiện là rất cần thiết.
Thuật toán phân đoạn được sử dụng để theo dõi kích thước đồng tử. Phương pháp Biến đổi Hough đơn giản nhất có hiệu quả khi đồng tử có hình tròn, nhưng thiếu độ chính xác trong trường hợp lệch vị trí hoặc hình dạng bất thường. Bằng cách sử dụng mô hình nhận dạng mẫu có độ chính xác cao, có thể phát hiện đồng tử có hình dạng bất thường với độ chính xác cao.
Phương pháp ghi đồng tử cho phép đo chính xác thông qua ghi chuẩn hóa, và có thể đo định lượng các thông số bổ sung như thời gian tiềm tàng, tỷ lệ co đồng tử và tốc độ giãn, mà đèn pin không thể đánh giá được. Ngoài ra, kết quả có thể được ghi lại và so sánh theo thời gian, đồng thời loại bỏ sai lệch của người kiểm tra.
So với kiểm tra đèn pin dao động thông thường, cho phép đo chuẩn hóa, định lượng và có thể tái lập. RAPD xuất hiện trong nhiều bệnh võng mạc, bệnh thần kinh thị giác, tổn thương giao thoa thị giác và tổn thương vùng trước mái.
Quy trình kiểm tra đèn pin dao động: Trong phòng bán tối, kích thích ánh sáng khoảng 2 giây được chiếu luân phiên vào mỗi mắt. Trong tổn thương thần kinh thị giác một mắt, khi chiếu sáng mắt lành, cả hai đồng tử co lại, và khi chuyển sang mắt bệnh, lượng co giảm (được quan sát là ‘thay đổi theo hướng giãn’). RAPD không dương tính trong các trường hợp đục môi trường như đục thủy tinh thể, rối loạn chức năng thị giác hai mắt hoặc tổn thương sau giao thoa.
Ở bệnh nhân chấn thương đầu, đây có thể là dấu hiệu duy nhất của tổn thương thần kinh thị giác do chấn thương, và hữu ích trong đánh giá bệnh nhân chấn thương trong tình trạng hôn mê.
Độ trễ giãn là sự chậm trễ trong giãn và thư giãn đồng tử sau khi loại bỏ ánh sáng, và trong hội chứng Horner, sự giãn mất tối đa 15-20 giây (bình thường khoảng 5 giây). Kéo dài rõ rệt của T₅ là một dấu hiệu đặc trưng. Trong hội chứng Horner hai bên (nơi chênh lệch đồng tử tương đối không rõ ràng), đo độ trễ giãn có thể là phương pháp chẩn đoán đáng tin cậy duy nhất.
Trong đánh giá chênh lệch đồng tử, đo trong cả điều kiện sáng và tối là bắt buộc. Co đồng tử bên bệnh trở nên rõ hơn trong phòng tối, và giãn đồng tử bên bệnh trở nên rõ hơn trong phòng sáng. Khoảng 20% người bình thường có chênh lệch đồng tử sinh lý (chênh lệch 1 mm hoặc ít hơn, không khác biệt sáng-tối, phản xạ đồng tử bình thường), nhưng cần lưu ý rằng rối loạn hướng tâm (bệnh thần kinh thị giác) gây bất thường phản xạ đồng tử nhưng về nguyên tắc không gây chênh lệch đồng tử.
Đo đường kính đồng tử trong điều kiện ánh sáng yếu để xác định đường kính cắt tối ưu trong LASIK. Nếu đường kính cắt nhỏ hơn đường kính đồng tử khi giãn, nguy cơ quầng sáng ban đêm tăng. Cũng được sử dụng để đánh giá chỉ định thủy tinh thể đa tiêu và phẫu thuật khúc xạ.
Có thể đánh giá riêng biệt các đường dẫn truyền tế bào que, tế bào nón và melanopsin bằng phản xạ đồng tử với ánh sáng (PLR). Trong một gia đình mắc hội chứng Jalili (đột biến CNNM4), mặc dù điện võng mạc sáng không phát hiện được, PLR qua trung gian tế bào nón vẫn ghi nhận được 1). Trong điều kiện tối, bệnh nhân CNNM4 có PLR lớn, trong khi điều kiện sáng gần giới hạn dưới bình thường hoặc giảm nhẹ 1).
Các ứng dụng điển hình bao gồm: phân biệt bệnh thần kinh thị giác và bệnh võng mạc qua đánh giá RAPD, chẩn đoán hội chứng Horner qua đo độ trễ giãn đồng tử, và đánh giá hội chứng Adie kết hợp với nghiệm pháp nhỏ pilocarpine loãng. Cũng được sử dụng để đánh giá khách quan các bệnh thoái hóa thần kinh và rối loạn tự chủ.
Phản xạ đồng tử với ánh sáng được điều hòa bởi sự tích hợp của ba đường dẫn truyền sau:
| Đường dẫn | Tế bào thụ cảm ánh sáng | Đặc điểm |
|---|---|---|
| Đường dẫn tế bào que | Rhodopsin | Độ nhạy cao trong điều kiện ánh sáng yếu và tối |
| Đường dẫn tế bào nón | Opsin | Điều kiện ánh sáng mạnh và sáng. Thời gian tiềm tàng ngắn và tốc độ co nhanh |
| Đường dẫn ipRGC | Melanopsin | Thời gian tiềm tàng dài và tốc độ chậm. Kéo dài sau kích thích (PIPR) |
Đầu vào từ tế bào nón kiểm soát sự co liên tục đáp ứng với biến thiên độ tương phản kích thích, trong khi đầu vào melanopsin thiết lập đường kính đồng tử thích ứng sáng khi tiếp xúc ánh sáng kéo dài. Sự tích hợp tín hiệu võng mạc ngoài và trong này cho phép điều chỉnh chính xác đáp ứng đồng tử.
Kiểm soát độ lợi của đường dẫn kiểm soát đồng tử nằm ở cấp độ nhân Edinger-Westphal. Về đầu vào vỏ não, ngay cả khi có nhồi máu thiếu máu cục bộ ở vỏ não thùy đảo và trường mắt trán, đường kính đồng tử và tốc độ co vẫn trong phạm vi sinh lý bình thường, cho thấy sự thiếu hụt đầu vào vỏ não không ảnh hưởng trực tiếp đến đường kính đồng tử và tốc độ co.
Các thay đổi đồng tử do sự kiện nhận thức và cảm xúc gây ra nhỏ hơn phản xạ ánh sáng (thường dưới 0,5 mm) và được biết là có tương quan chặt chẽ với hoạt động của locus coeruleus.
Đây là phương pháp nhằm tách biệt các phản ứng của võng mạc ngoài (qua trung gian tế bào que và tế bào nón) và võng mạc trong (qua trung gian melanopsin) trong một phép đo không xâm lấn duy nhất. Tối ưu hóa kỹ thuật được kỳ vọng sẽ phát triển nó thành một dấu ấn sinh học lâm sàng có độ nhạy và độ chính xác cao.
Hyde và cộng sự (2022) đã so sánh ba chị em mắc hội chứng Jalili (đột biến CNNM4) ở độ tuổi 5, 14 và 15 với 10 người đối chứng bình thường. Các phép đo đường dẫn tế bào que sau thích nghi tối (465 nm, 1 giây) và đường dẫn tế bào nón sau thích nghi sáng (642 nm, 1 giây, trường ức chế xanh 6 cd/m²) được thực hiện, và Pmax (đáp ứng PLR bão hòa tối đa) và s (hằng số bán bão hòa PLR) được tính toán bằng hàm Naka-Rushton 1). Mặc dù điện võng mạc sáng không phát hiện được, PLR qua trung gian tế bào nón vẫn có thể ghi lại, cho thấy PLR có thể là một công cụ hữu ích để đánh giá chức năng tế bào nón 1).
Ấn bản đầu tiên của tiêu chuẩn quốc tế được xây dựng tại Hội thảo Quốc tế về Đồng tử lần thứ 32 bao gồm các khuyến nghị về bộ biến số tối thiểu cần thiết cho việc thu thập, xử lý và báo cáo dữ liệu. Nó nhằm cải thiện khả năng so sánh giữa các nghiên cứu và được kỳ vọng sẽ là nền tảng cho các nghiên cứu lâm sàng và đa trung tâm trong tương lai.
Việc tích hợp AI với thiết bị được kỳ vọng sẽ cải thiện hiệu suất và định lượng khách quan. Các vấn đề nghiên cứu chính bao gồm ứng dụng trong phát hiện và theo dõi tiến triển của bệnh thoái hóa thần kinh (bệnh Alzheimer và Parkinson), đánh giá khách quan hoạt động hệ thần kinh tự chủ trong các thử nghiệm lâm sàng, và đánh giá chức năng tế bào hạch võng mạc melanopsin ở bệnh nhân rối loạn giấc ngủ và nhịp sinh học.
