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视网膜静脉阻塞患眼振荡电位的频域和时域分析
中国中医眼科杂志1999年第9卷第2期
余敏忠 梁小玲 文 峰 吴德正 罗苔青
摘 要 目的：探讨视网膜静脉分支阻塞(branch retinal vein occlusion,BRVO)和中央静脉阻塞(central retinal vein occlusion, CRVO)患眼振荡电位(oscillatory potentials,OPs)的频域和时域参数及其临床应用。方法：测定了BRVO 9例9只眼、CRVO 9例9只眼和40只正常对照眼的OPs，并经快速富里叶变换得到OPs的频谱。对BRVO、CRVO患眼和正常眼的OPs频域和时域各参数进行了比较。结果：与正常对照眼比较，BRVO患眼的OPs在110～250Hz频率范围内主频率显著下降；平均频谱的幅度、总功率、最大振幅和最大功率无显著改变；OPs前3个子波潜伏期和前两个子波振幅以及4个子波振幅总和均显著异常。CRVO患眼在150～180Hz平均频谱的幅度显著下降；在110～250Hz频率范围内其他频域参数有显著改变，OPs 4个子波潜伏期、前3个子波的振幅及4个子波振幅总和均显著异常。结论：BRVO和CRVO患眼OPs各频域和时域参数均有改变，其中以CRVO患眼的改变更显著。这些参数可为临床评估视网膜静脉阻塞患眼提供客观指标。
关键词：视网膜静脉分支阻塞 视网膜中央静脉阻塞 振荡电位 富里叶变换
视网膜电流图(electroretinogram, ERG)的振荡电位(OPs)是迭加在b波上的4个(或更多个)频率较高振幅较小的子波，对视网膜内层的血液循环改变特别敏感〔1〕，已经成为对视网膜内层的血液循环障碍性疾病早期诊断、预后判断和病程观察的重要指标。以往有不少学者采用OPs对静脉阻塞患眼进行了研究，但其观察指标和范围尚欠全面。本研究对BRVO、CRVO和正常对照眼的OPs作频域和时域分析，通过定量观察其频域和时域参数的改变，为临床评价提供客观、敏感指标。
1 对象和方法
BRVO和CRVO患者共18例18只眼(各9例9只眼)，均为急性期患者，经散瞳检查及荧光素眼底血管造影确诊。眼底见受累静脉明显迂曲扩张，周围有大片火焰状出血。屈光不正小于±1.50DS和±0.50DC。其中BRVO组年龄53～67岁，平均60.1岁；矫正视力0.1～0.6。CRVO组年龄48～69岁，平均59.9岁；矫正视力0.04～0.6。正常对照眼40只，年龄48～68岁，平均59.7岁；屈光不正小于±1.50DS和±0.50DC；矫正视力1.0及以上。上述3组受检眼均无明显屈光间质混浊。滴1%复方托品酰胺3次散瞳，暗适应30min后记录暗适应状态下的OPs。
用美国Grass公司的PS22全视野刺激器(ganzfeld)刺激，刺激光为白色单次闪光，其强度为8cd . s/m2。用日本光电公司的Neuropack Ⅱ电生理仪记录ERG，扫描时间为100ms，采样点数为1024。放大器的通频带设为100～500Hz。用自编的程序对OPs作快速富里叶变换(fast fourier transform,FFT)，得到OPs的频谱、总功率、最大振幅、最大功率和主频率；确定OPs的频率范围，提取OPs的时域波形，测量OPs时域波形4个子波的潜伏期、振幅以及4个子波的振幅总和。
每个频率成分的功率等于该频率成分频谱幅度的平方，最大振幅、最大功率在110～250Hz频率范围内求得，总功率取110～250Hz频率范围内各个频率的功率之和。在110～250Hz频率范围内有最大振幅成分的频率为主频率。
2 结果
正常对照眼、BRVO和CRVO患眼以OPs为主要成分的ERG波形平均频谱(10～250Hz)如图1所示。较低频率的成分是a波和b波的成分。较高频率的成分是OPs成分。三类ERG的平均频谱在110Hz均有一谷，是较高频率的OPs成分与较低频率的a波和b波成分的分界点。表1是正常对照眼、BRVO患眼和CRVO患眼OPs波形的频域参数。方差分析显示，BRVO患眼与正常对照眼比较，在110～250Hz频率范围内平均频谱的幅度差异无显著性：总功率、最大振幅和最大功率无显著改变；但主频率显著降低，比正常眼下降4.9%。CRVO患眼与正常对照眼比较，在110～250Hz频率范围内，150～180Hz平均频谱的幅度显著下降，比正常眼减少31%～39%，其他频率平均频谱的幅度无显著改变；总功率、最大振幅、最大功率和主频率显著下降，总功率减少44%，最大振幅减少31%，最大功率减少50%，主频率下降7.4%。
图1 正常对照眼、BRVO患眼和CRVO患眼OPs和残余a、b波10～250Hz平均频谱
表1 正常对照眼、BRVO患眼和CRVO患眼OPs波形的频域参数
|
频域参数 |
正常(1) |
BRVO(2) |
CRVO(3) |
方差分析 |
差异有
显著性
的组别 |
| 平均
值 |
标准
差 |
变异系
数(%) |
平均
值 |
标准
差 |
变异系
数(%) |
平均
值 |
标准
差 |
变异系
数(%) |
F值 |
P值 |
| 总功率
(10-12W) |
226 |
125 |
55.3 |
151 |
72 |
47.7 |
126 |
94 |
74.6 |
3.608 |
0.034 |
1与3 |
| 最大振幅
(μV) |
7.17 |
2.37 |
3.3 |
5.68 |
1.42 |
25.1 |
5.0 |
1.95 |
39.0 |
4.538 |
0.015 |
1与3 |
| 最大功率
(10-12W) |
56.9 |
38.3 |
67.3 |
34.1 |
15.5 |
45.5 |
28.4 |
20.3 |
71.6 |
3.663 |
0.032 |
1与3 |
| 主频率(Hz) |
151.8 |
9.6 |
6.3 |
144.4 |
12.4 |
8.6 |
140.6 |
5.3 |
3.8 |
6.189 |
0.004 |
1与2 |
|
|
1与3 |
根据图1的分界点，对每一个OPs样本剔除100Hz及以下频率的成分，即把a波和b波的成分剔除，保留110Hz以上频率的成分，再作快速富里叶反变换，得到时域的OPs波形，用自编程序测量每一个OPs样本4个子波的潜伏期、振幅以及4个子波的振幅总和。
正常对照眼、BRVO和CRVO患眼OPs波形的潜伏期、振幅以及4个子波的振幅总和分别如表2和表3所示。与正常对照眼比较，BRVO患眼OPs前3个子波的潜伏期均显著延长(延长0.7～1.2ms)，前两个子波振幅均显著下降(分别下降20%和33%)，4个子波的振幅总和显著下降(下降30%)。CRVO患眼OPs 4个子波的潜伏期均显著延长(延长1.0～1.3ms)，前3个子波振幅均显著下降(下降28%～43%)，4个子波的振幅总和显著下降(下降35%)。
表2 正常对照眼、BRVO患眼和CRVO患眼OPs波形的潜伏期
|
子波 |
正常(1) |
BRVO(2) |
CRVO(3) 方差分析 |
差异有
显著性
的组别 |
| 平均值
(ms) |
标准差
(ms) |
变异系
数(%) |
平均值
(ms) |
标准差
(ms) |
变异系
数(%) |
平均值
(ms) |
标准差
(ms) |
变异系
数(%) |
F值 |
P值 |
| OP1 |
18.09 |
0.58 |
3.19 |
18.77 |
0.96 |
5.10 |
19.39 |
1.42 |
7.31 |
10.55 |
0.0001 |
1与2 |
|
|
1与3 |
| OP2 |
24.56 |
0.59 |
2.41 |
25.50 |
0.59 |
2.30 |
25.73 |
1.64 |
6.37 |
10.15 |
0.0002 |
1与2 |
|
|
1与3 |
| OP3 |
30.64 |
0.77 |
2.50 |
31.87 |
1.36 |
4.25 |
31.65 |
2.23 |
7.04 |
5.581 |
0.0062 |
1与2 |
|
|
1与3 |
| OP4 |
37.37 |
1.18 |
3.16 |
37.97 |
2.64 |
6.95 |
38.82 |
1.81 |
4.67 |
3.251 |
0.0463 |
1与3 |
表3 正常对照眼、BRVO患眼和CRVO患眼振荡电位波形的振幅
|
子波 |
正常(1) |
BRVO(2) |
CRVO(3) |
方差分析 |
差异有
显著性
的组别 |
| 平均值
(μV) |
标准差
(μV) |
变异系
数(%) |
平均值
(μV) |
标准差
(μV) |
变异系
数(%) |
平均值
(μV) |
标准差
(μV) |
变异系
数(%) |
F值 |
P值 |
| OP1 |
33.54 |
7.78 |
23.2 |
26.85 |
8.14 |
30.3 |
23.90 |
5.47 |
22.9 |
7.622 |
0.0012 |
1与2 |
|
|
1与3 |
| OP2 |
81.34 |
32.64 |
40.1 |
54.21 |
21.39 |
39.5 |
46.60 |
20.69 |
44.4 |
6.865 |
0.0022 |
1与2 |
|
|
1与3 |
| OP3 |
69.10 |
25.68 |
37.2 |
51.39 |
28.68 |
55.8 |
45.13 |
27.10 |
60.0 |
4.009 |
0.0237 |
1与3 |
| OP4 |
39.87 |
15.05 |
37.8 |
30.63 |
13.56 |
44.3 |
27.98 |
14.02 |
52.1 |
3.281 |
0.0451 |
无 |
| 振幅总和 |
223.84 |
71.19 |
31.8 |
156.83 |
64.00 |
40.8 |
149.86 |
64.88 |
43.3 |
6.459 |
0.0030 |
1与2 |
|
|
1与3 |
3 讨论
本研究通过自编计算机软件程序消除a波和b波成分，提取OPs成分，计算从110到250Hz的频谱和功率谱。频谱分析结果显示，与正常对照眼比较，CRVO患眼OPs的4个频率成分(150、160、170和180Hz)的幅度下降有显著性，而BRVO患眼的所有频率成分的幅度改变均无显著性。由于OPs与视网膜内层的活动有十分密切的关系〔1,2～6〕，因此，这4个频率的幅度下降可能反映了视网膜血液循环障碍所致的视网膜内层功能损害的程度，可作为对视网膜静脉阻塞的早期诊断、预后判断和病程监测的指标。
Vallabhan等〔7〕和van der Torren等〔8〕认为总功率和最高功率可作为OPs的测量指标，而有作者认为该两项指标变异太大〔9〕。本研究观察到，尽管OPs的总功率和最高功率变异较大(CRVO总功率变异系数为74.6%，最高功率变异系数为71.6%)，CRVO患眼OPs的总功率平均值和最高功率平均值与正常值相差的程度也较大(CRVO总功率减少44%，最大功率减少50%)，差异仍然有显著性。因此，总功率和最高功率仍然可以作为OPs的测量指标。
本研究结果显示，主频率的变异系数在正常眼为6.3%，在BRVO为8.6%，在CRVO为3.8%，变异系数均较小，与文献〔9〕在正常眼中得出的结果类似。同时，在本实验所分析的BRVO的频域参数中，主频率是唯一显示与正常眼有显著差异的指标。可见，在BRVO的OPs频域参数中，主频率是较敏感的指标。另外，本研究结果也显示，OPs潜伏期的变异系数较小，振幅以及4个子波的振幅总和的变异系数较大，与Kothe等〔6〕和Li等〔9〕的结果一致。在我们的结果中，BRVO的OPs潜伏期和振幅的异常主要出现在较前的子波，这可能与较后子波的变异系数较大有关，也可能与较前的子波和较后的子波起源不同有关〔10〕，这点尚需进一步研究。值得注意的是，OPs频域和时域参数正常值在不同文献差异极大〔7～10〕，这与实验条件密切相关〔10〕，在以后的研究中还需要进一步摸索最合适的实验条件以提高检查的敏感性和特异性。
早期对OPs的测量是在时域上进行的〔1〕。随着数字信号处理技术和微电脑技术的发展，可以通过快速傅立叶变换对ERG作频谱分析，提取OPs成分，通过快速傅立叶反变换在时域上重构OPs波形，从而剔除影响OPs的a波和b波成分，使测量到的OPs时域参数更加准确和更加敏感。另外，快速傅立叶变换也使OPs的频域测量成为可能。频域测量可以从另外一个角度分析OPs，不需逐个判断OPs波形的位置，便于用计算机自动测量，对一些较差的OPs波形也能定量分析。而时域测量便于分别分析各个子波的参数，这有利于研究各个子波的参数对一些眼病的敏感性和特异性。因此，OPs的频域测量和时域测量可互为补充。
组织病理学研究表明，视网膜静脉阻塞主要累及视网膜中央血管系统供应区域，即外丛状层到神经纤维层的内层视网膜。而OPs起源于内层视网膜的神经连接，因此，视网膜静脉阻塞必然导致OPs的异常改变。本研究通过对视网膜分支和CRVO患眼的OPs作快速富里叶变换后得出的各指标也证实这一点。以前的研究大多采用对OPs原始波形直接进行测量分析，结果显示变异性较大。由于OPs波形的变异受到a波和b波成分的一定影响，本研究通过自编计算机软件排除影响OPs的a波和b波成分后，使得测量参数更准确敏感。用本方法对较差的OPs波形也能定量分析，这些提高了OPs在视网膜静脉阻塞上的应用价值，也为以后的进一步研究提供了有效指标。作者单位：卫生部眼科学实验室，中山医科大学中山眼科中心(广州510060)
参考文献
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