缩瞳相
潜伏期(T₁):从光刺激到缩瞳开始的时间。足够亮的光刺激下约200毫秒。
收缩速度(VC):缩瞳的速度。视觉输入障碍时T₁延长、VC降低。
最大缩瞳量(D₃):最大缩瞳时的直径。视觉输入障碍时D₃降低。
缩瞳率(CR):缩瞳量/基线直径。视觉输入障碍时CR降低。
瞳孔记录法(Pupillography)是一种记录和测量瞳孔反应的方法。它结合使用红外摄像机和计算机软件,动态、定量地评估瞳孔反应。
“Pupillography”一词由Lowenstein和Loewenfeld命名,并发展为一种用于记录眼睛传出和传入通路的动态红外视频技术。与传统的手工测量相比,电子技术的引入提高了精度、一致性和速度,现在“瞳孔测量法(Pupillometry)”一词也普遍使用。
在第32届国际瞳孔研讨会(IPC,瑞士莫尔日)上,专家们聚集一堂,制定了数据收集、处理和报告国际标准的第一版。近年来,台式机和便携式瞳孔计已商业化,与AI结合有望进一步提高性能。
应用领域包括眼科、神经学、神经科学、心理学和时间生物学。
最初,Lowenstein和Loewenfeld将动态红外视频技术命名为“Pupillography”。后来,随着电子技术的发展,“Pupillometry”一词也普及开来,现在两者通常被视为同义词使用。
以下为单次测量获得的代表性参数。
缩瞳相
潜伏期(T₁):从光刺激到缩瞳开始的时间。足够亮的光刺激下约200毫秒。
收缩速度(VC):缩瞳的速度。视觉输入障碍时T₁延长、VC降低。
最大缩瞳量(D₃):最大缩瞳时的直径。视觉输入障碍时D₃降低。
缩瞳率(CR):缩瞳量/基线直径。视觉输入障碍时CR降低。
散瞳相
散瞳速度(VD):光去除后瞳孔扩大的速度。反映交感神经系统功能。
散瞳延迟时间(T₅):散瞳开始的时间。Horner综合征的特征性表现是T₅显著延长。
PIPR(照明后持续性瞳孔反应):高强度短波长刺激后的持续性缩瞳。反映ipRGC和黑视蛋白的激活。
瞳孔并非完全静止,而是持续进行约±0.5mm的连续振动(瞳孔震荡/hippus)。缩瞳相主要反映副交感神经功能,散瞳相主要反映交感神经功能。
视网膜感光细胞→视网膜神经节细胞→视神经→视交叉→视束→在外侧膝状体前从视觉通路分支→顶盖前区→同侧Edinger-Westphal(EW)核以及通过后连合到达对侧EW核。
人类交叉纤维与非交叉纤维的比例约为1:1,因此直接对光反射和间接对光反射的强度大致相等。
EW核→动眼神经→海绵窦→眶上裂→眼眶→动眼神经下支→睫状神经节突触→短睫状神经→进入眼球。
来自EW核的副交感神经纤维中,95%投射到睫状肌(调节),5%投射到瞳孔括约肌。这一比例与光-近反射分离的机制有关。
内源性光敏视网膜神经节细胞(ipRGC)含有黑视蛋白,构成瞳孔对光反射的主要传入通路。短波长的强蓝光刺激(约470nm)引起缓慢而持续的缩瞳(PIPR)。
黑视蛋白功能在人的一生中相对稳定,80岁以后开始下降,但比视杆细胞和视锥细胞的年龄相关变化更慢。
会的。精神紧张、惊吓和疼痛刺激通过交感神经系统引起散瞳,而疲劳和困倦通过中枢神经系统引起缩瞳。情绪上,恐惧与散瞳相关,舒适与缩瞳相关。药物(咖啡因、尼古丁、抗组胺药)也会影响瞳孔直径。
在环境光较弱的条件下进行,以最小化外部因素对瞳孔直径的影响。患者坐在专用设备前,使摄像头与双眼成一直线。记录基线瞳孔直径后,呈现各种刺激(光、视觉模式)以记录瞳孔反应。
考虑到昼夜变化,测量应在上午10点至下午2点之间开始和结束(避免午餐后1小时内)。闭式装置比开式装置瞳孔直径更大,单眼视力在明亮处约大1.0毫米,在暗处约大0.2毫米,因此条件统一至关重要。
使用分割算法追踪瞳孔大小。最简单的霍夫变换法在瞳孔为圆形时有效,但对于位置偏移或异常形状,精度不足。使用高精度模式识别模型可以高精度检测异常形状的瞳孔。
瞳孔记录法通过标准化记录实现精确测量,可以定量评估潜伏期、缩瞳率、散瞳速度等笔灯无法评估的附加参数。此外,还可以记录结果、进行纵向比较,并消除检查者偏倚。
与传统的摆动闪光灯试验相比,可以实现标准化、定量化和可重复的测量。RAPD出现在广泛的视网膜病变、视神经病变、视束病变和顶盖前区病变中。
摆动闪光灯试验的步骤是在半暗室中左右眼交替给予约2秒的光刺激。在单眼视神经损伤中,当刺激健眼时双眼收缩,但将光移至患眼时收缩减少(观察为“散瞳变化”)。白内障等中间屈光介质混浊、双眼视功能异常或视交叉后病变不会出现RAPD阳性。
在头部外伤患者中,这可能是外伤性视神经损伤的唯一体征,对于评估昏迷状态的外伤患者很有用。
散瞳延迟是指光移除后瞳孔松弛和散瞳的延迟。在霍纳综合征中,散瞳需要长达15-20秒(正常约5秒)。T₅显著延长是特征性表现。在双侧霍纳综合征(相对性瞳孔不等不明显)中,散瞳延迟的测量可能是唯一可靠的诊断方法。
瞳孔不等的评估必须在明暗两种条件下进行测量。患侧的缩瞳在暗室中更明显,患侧的散瞳在明室中更明显。约20%的正常人有生理性瞳孔不等(差异≤1毫米,明暗无差异,对光反射正常),但应记住传入性障碍(视神经疾病)会导致对光反射异常,但原则上不会引起瞳孔不等。
在低照度条件下测量瞳孔直径,以确定LASIK等手术的最佳切削直径。如果切削直径小于散瞳后的瞳孔直径,则存在夜间眩光风险。也用于多焦点人工晶状体和屈光矫正手术的适应症判断。
PLR可分别评估视杆、视锥和黑视蛋白通路。在一个Jalili综合征(CNNM4突变)家系中,尽管明视视网膜电图无法检测,但锥体介导的PLR仍可记录1)。在暗适应条件下,CNNM4患者表现出较大的PLR,而在明适应条件下,PLR接近正常下限或略有降低1)。
瞳孔对光反射由以下三条通路整合控制。
| 通路 | 光感受器 | 特征 |
|---|---|---|
| 视杆通路 | 视紫红质 | 在低亮度和暗环境下灵敏度高 |
| 视锥通路 | 视蛋白 | 高亮度和明视条件。潜伏期短,收缩速度快 |
| ipRGC通路 | 黑视蛋白 | 长潜伏期和慢速度。刺激后持续(PIPR) |
视锥输入控制对刺激对比度变化的持续收缩,而黑视蛋白输入设定长时间光照下的明适应瞳孔直径。这种外视网膜和内视网膜的信号整合使得瞳孔反应得以精确调节。
瞳孔控制通路的增益控制存在于Edinger-Westphal核水平。关于皮层输入,即使岛叶皮层或额叶眼区发生局部缺血性梗死,瞳孔直径和收缩速度仍保持在正常生理范围内,表明皮层输入的缺失不会直接影响瞳孔直径或收缩速度。
认知或情感事件引起的瞳孔变化小于光反射(通常小于0.5毫米),并且已知与蓝斑核活动密切相关。
该方法旨在通过单一无创测量分离外视网膜(视杆细胞和视锥细胞介导)和内视网膜(黑视蛋白介导)的反应。通过技术优化,有望发展为高灵敏度、高精度的临床生物标志物。
Hyde等人(2022)比较了Jalili综合征(CNNM4突变)的三姐妹(5岁、14岁和15岁)与10名正常对照。他们在暗适应后进行视杆通路测量(465 nm,1秒),在明适应后进行视锥通路测量(642 nm,1秒,使用6 cd/m²蓝色视杆抑制场)。使用Naka-Rushton函数计算Pmax(最大饱和PLR反应)和s(PLR半饱和常数)1)。尽管明适应视网膜电图无法检测,但可以记录视锥介导的PLR,表明PLR可能成为评估视锥功能的有用工具1)。
第32届国际瞳孔研讨会制定的国际标准第一版包括关于数据收集、处理和报告所需最低变量集的建议。它旨在提高研究之间的可比性,并有望成为未来临床和多中心研究的基础。
人工智能与设备的整合有望提高性能并改善客观量化。主要研究课题包括神经退行性疾病(阿尔茨海默病、帕金森病)的检测和进展监测、临床试验中自主神经活动的客观评估,以及睡眠和昼夜节律紊乱患者中黑视蛋白视网膜神经节细胞功能的评估。