《第14回.日本視野画像学会.シンポジウム》あたらしい眼科43(7):814.820,2026c補償光学イメージングによる黄斑部微細構造の可視化と病態解明加登本伸京都大学大学院医学研究科眼科学CAdaptiveOpticsImagingforHigh-ResolutionVisualizationandElucidationofHumanMaculaShinKadomotoCDepartmentofOphthalmologyandVisualSciences,KyotoUniversityGraduateSchoolofMedicineCはじめに黄斑部の観察では視機能に直結する視細胞および黄斑部血流の健常性評価が重要である.しかし,視細胞や血球を直接観察することは,細隙灯顕微鏡検査やカラー眼底写真では光学分解能の制約から困難である.スペクトラルドメイン光干渉断層計(spectralCdomain-opticalCcoherenceCtomogra-phy:SD-OCT)はC3.7Cμm程度の高い光学的縦分解能を有しており,組織切片像のように視細胞層をCellipsoidCzone(EZ)として観察できるものの,EZはC1本のバンドとして描出されるため,視細胞単位の解像には至っていない.また,光干渉断層血管撮影(OCTangiography:OCTA)は非侵襲的に血流情報を可視化できる画期的なモダリティだが,血球そのものの解像,可視化は達成できていない.すなわち,細胞レベルでの高解像度眼底イメージングには,縦分解能のみならず光学的横分解能の向上が不可欠である.補償光学(adaptiveoptics:AO)は,波面収差をリアルタイムに計測・補正する技術であり,眼科イメージング機器に応用することで,光の波長と開口数によって理論的に決まる最小の解像度限界(回析限界)に近い光学的横分解能を達成し,ヒト黄斑部の細胞レベルのCinvivoイメージングを可能にした.本稿では,黄斑部微細構造の可視化,病態解明を目的として筆者らが取り組んできたCAOイメージング方法である補償光学走査型レーザー検眼鏡(AOCscanningClaserCophthalmo-scope:AO-SLO)およびCAO-OCTについて解説する.CIAOと眼底イメージングへの応用AOはC1953年,HoraceW.Babcockにより提唱され,その後天文学分野で発展した1).大気のゆらぎによって天体光の波面が歪み,解像度が低下する現象に対し,波面収差をリアルタイムに補正して光の回折限界の高解像度の像を得る技術である.AOの光学系は波面のゆらぎ分布を高速で測定する波面センサーと波面のゆらぎを打ち消す可変鏡から構成される.AOの導入により,大気のゆらぎの影響によって乱れた波面が補正され,高精細な天体画像を取得できるようになった.SLO,OCTなどさまざまな眼底イメージング機器が開発され普及した現在でも,眼底を細胞レベルの解像度で観察することは達成できていない.これは,生体眼では角膜表面の涙液層や,角膜/水晶体の歪み,硝子体の液化度合いといった上述の天体観測での大気のゆらぎに相当する波面を乱しうる収差が存在するからである.理想的な波面補正がリアルタイムになされなければ,細胞レベルの高解像度の眼底イメージングは到底達成できない.AOを眼底イメージング機器に組み込むことで天文学と同様の効果が期待でき,1997年にRochester大学のCDavidWilliams研究室でCAOの技術を眼底カメラに応用し,生体眼に存在する収差を補正することで,視細胞レベルのイメージングに初めて成功した2).さらに,同研究室のCAustinRoordaがヒト視細胞組織3)と同等レベルでヒト視細胞のCconemosaic構造をCAO-SLOで描出することに初めて成功し,1999年にCNature誌に報告した4).この成果を契機に,AO-SLOを用いた細胞レベルでの眼底観察が世界的に活発化し,AOは次世代の眼底イメージングとして注目されるようになった.CIIAOの原理光源から出た光の波面は,最初は平面波として眼内に入射する.入射した波面は角膜,水晶体というレンズを通して網膜面で理想的には点で集光するはずだが,実際は眼球光学系〔別刷請求先〕加登本伸:〒C606-8507京都市左京区聖護院川原町C54京都大学大学院医学研究科眼科学Reprintrequests:ShinKadomoto,M.D.,Ph.D.,DepartmentofOphthalmologyandVisualSciences,KyotoUniversityGraduateSchoolofMedicine,54ShogoinKawaharacho,Sakyo-ku,Kyoto606-8507,JAPANC814(98)C0910-1810/26/\100/頁/JCOPY図1共焦点AO-scanninglightophthalmoscope(AO-SLO)での黄斑部視細胞conemosaic像健常眼(a)では視細胞Cconemosaicは等間隔に規則正しく配列されているが,Behcet病患者(b)では視細胞の配列異常と密度低下を認め,OCTでは観察されなかった斑状のCconemosaic欠損(→)を呈していた.眼底写真/SD-OCTで異常が認められなかった視力低下のない患者を対象としており,ぶどう膜炎のCsubclinicalな炎症を反映していると考えられる.共焦点AO-SLOO.setpinholeAO-SLO図2共焦点AO-SLOとo.setpinholeAO-SLOの血管描出能の比較上段:網膜内層の毛細血管において,共焦点CAO-SLOではCvenule(小静脈),arteriole(小動脈)は解像されているが,capillary(毛細血管)は不明瞭である.一方で,o.setpinholeAO-SLOではCcapillaryも明瞭に描出されている(▽△).下段:網膜表層に高反射体である網膜上膜を認めると共焦点CAO-SLOではCcapillary(毛細血管)はおろかCvenule(小静脈),arteriole(小動脈)の描出も不明瞭になるが,o.setpinholeAO-SLOは後方散乱光を遮断することで網膜上膜領域内の血管のコントラストが低下していないことがわかる(▽△).の収差の影響を受けて,ぼやけた像として網膜面で集光され,網膜面から反射・散乱された光は同じ経路を逆向きに進み,歪んだ波面として眼外から光検出器の直前に置かれたピンホール上に再び集光する.眼外から出た光情報を基に波面センサーで歪みを検出し,可変鏡をリアルタイムに変形させ,眼への入射光および反射光を動的に調整することで,眼内へ入光する光が網膜面で点として連続的に集光できる.ここで,網膜上に集光した点を二次元的に走査(scanning)すると共焦点の効果によりコントラストの高い鮮明な像が取得される.光学的横分解能(CΔx)を規定する式はCRayleighの基準に基づき,水晶体後面のCnodalpointからの眼軸長Cf=16.7Cmm,硝子体屈折率Cn=1.336,光源中心波長をλC0(nm),入射ビーム径をCd(mm)とすると式C1で与えられ,横分解能は光源の中心波長(Cλ0)とビーム径(d)に依存することがわかる.r・λC0.中心波長Δx=1.22・C―≒15.3・C―(式1)n・d.ビーム径ヒトの最大散瞳径はC7.8Cmmであり,ビーム径(d)を約7mmとしたときの回折限界が約3μmであることから,AO-SLOの光学的横分解能は理論上C3Cμmという非常に高い解像度を達成可能である.CIIIAO-SLOの黄斑部イメージング1.共焦点AO-SLOvso.setpinholeAO-SLOこれまで共焦点CAO-SLOを用いた観察対象は視細胞や網膜血管壁,毛細血管瘤,血管内部の血球動態と多岐にわたる.共焦点CAO-SLOはとくに視細胞の観察に優れており,眼底写真やCSD-OCTではみえなかった視細胞の欠損のイメージングが可能である.筆者らは,視力低下を認めず眼底写真・SD-OCTともに異常所見を認めなかったCBehcet病患者において,共焦点CAO-SLOで視細胞Cconemosaicの密度低下および配列異常を認め,SD-OCTで確認できない斑状のCconemosaicの消失を認めることを明らかにした5)(図1).共焦点CAO-SLOの不得意な領域は網膜内層のイメージングである.とくに網膜内層に存在する毛細血管の描出が悪くなり(図2),これは毛細血管の内層側に存在する高反射体である神経線維層や網膜上膜によって光が散乱されてしまうため,毛細血管のコントラストが悪くなるからと考えられている.共焦点CAO-SLOの光学系内部の共焦点Cpinholeをずらす(o.setさせる)ことで,後方散乱光を遮断し血管のコントラストを向上させたCo.setCpinholeAO-SLOが次世代AO-SLOとして開発中である6).C2.O.setpinholeAO-SLOで観察された黄斑部微細構造筆者らは,慢性期網膜静脈分枝閉塞症に形成された毛細血管瘤(microaneurysm:MA)からの血漿漏出とCMAの形態的特徴および血球動態との関連性を検討することを目的として,o.setpinholeAO-SLOを用いた研究を実施した.観察されたC71個のCMAは形態として局所膨隆型(19.7%),.胞型(49.3%),紡錘型(19.7%),混合型(11.3%)にC4分類され,約半数(53.5%)のCMAには瘤の外周に増殖組織が形成されていた(図3).また,MA内部の血球動態を解析した結果,血球動態が緩慢であり,増殖組織を伴うCMAは黄斑浮腫の原因となる血漿漏出を伴いやすいという知見が得られた7).o.setCpinholeAO-SLOは,OCTangiography,蛍光造影検査,そして従来の共焦点CAO-SLOでは直接観察できなかった血球運動そのもの,すなわち毛細血管網,MA内部を移動する血球を直接,非侵襲的に観察することを可能にした.CO.setpinholeAO-SLOは血球といった動的なものだけでなく,静的な対象物の微細構造の評価にも有用である.硬性白斑(図4)や,網膜神経線維層の局所的な微小梗塞に伴う軟性白斑内のCcytoidbody(図5)のような高散乱構造では病変周囲の神経線維もしくは病変自体の後方散乱により共焦点AO-SLOではコントラストが低下してしまうが,o.setpin-holeAO-SLOならばこれら微細構造の可視化が可能であり,両者は名称は似ているが構造はまったく似て非なるものであることがわかるC8,9).CIVAO-OCTの黄斑部イメージングAO-SLOにより,視細胞や血球動態を平面的に直接観察することができるようになった.一方で,AO-SLOはCSLOの原理からCXY軸での観察は可能だが,Z軸方向の断面図(cross-section)としての観察はできない.OCTはCMRIや超音波検査と比較して縦分解能C3.7Cμmとすでに申し分ない分解能を有しており,市販COCTで視細胞層を含めた網膜の層別解析が可能であるが,個々の視細胞レベルでの解像や外顆粒層内の視細胞核の可視化は達成できていない.通常,SD-OCTの光源は中心波長がC840.860nmでビーム径が1Cmm前後となっており,式C1から横分解能は約C15Cμmと各社横並びである.AOをCOCTに応用することで,横分解能はCAO-SLOと同様C3Cμmと従来のCOCTのC5倍細かい横分解能が達成できるようになり,光学的縦,横分解能ともに3Cμmの高精細な網膜の断層像を得ることができるようになった.C1.健常眼SD-OCTでは,黄斑部においてC1本の連続的なバンド状に描出されていた外境界膜,EZ,interdigitationzone(IZ)がCAO-OCTでは個々の視細胞レベルでの細かい集合であることがわかる.さらに筆者らは,AO-OCTを用いることでカラー眼底写真拡大図O.setpinholeAO-SLO局所膨隆型.胞型混合型図3慢性期網膜静脈分枝閉塞症に認められた毛細血管瘤(MA)のo.setpinholeAO-SLO像上段:カラー眼底写真を拡大することでCMAを示唆する赤い点状の病変は判別できるが,形態,周囲の血管との連続性はわからない.CO.setpinholeAO-SLOを用いることでCMA内部の血球の動き,MAの形状(紡錘型),MA周囲の増殖組織が観察可能となった.下段:MAは局所膨隆型,.胞型,紡錘型(上段右),混合型のC4形状に分類でき,局所膨隆型以外の形状でCMA内部の血球動態が緩慢であり,MA周囲に増殖組織が認められるCMAは蛍光色素漏出しやすいことが明らかになった.カラー眼底写真O.setpinholeAO-SLO拡大図図4硬性白斑のo.setpinholeAO-SLO像慢性期網膜静脈分枝閉塞症患者に認められた硬性白斑.カラー眼底写真では一様の黄色病変であるが,o.setpinholeAO-SLOで観察すると約C20Cμmほどの粒子が六方最密充填構造のように規則正しく集簇していることがわかった.カラー眼底写真拡大図O.setpinholeAO-SLO拡大図図5軟性白斑のo.setpinholeAO-SLOの血管描出能の比較上段:全身性エリテマトーデス患者に認められた軟性白斑.カラー眼底写真を拡大しても内部の微細構造は観察できない.下段:o.setpinholeAO-SLOではCcytoidbodyを示唆する粒状の所見()が観察された.既存のSD-OCT開発中のAO-OCTヒト網膜組織EZIZRPE図6健常眼のAO-OCTとヒト網膜組織像既存のCSD-OCTではC1本のラインとして描出されているCEZ,IZも,AO-OCTでは視細胞それぞれが解像されていることがわかる.また,健常眼ではCSD-OCTで解像困難なCBruch膜もCAO-OCTでは解像されている.特筆すべきは中心窩の外顆粒層に存在する視細胞核がCAO-OCTで鮮明に描出されていることであり,黄斑疾患のバイオマーカーになると考える.カラー眼底写真IRFAF共焦点AO-SLOAO-OCT図7Acutemacularneuroretinopathy(AMN)患者のAOイメージング上段:カラー眼底写真および眼底自発蛍光(FAF)では判別できない傍中心窩の病変をCIR画像は明瞭に描出した.下段:共焦点CAO-SLOとCAO-OCTによるCAOイメージングIR画像の低反射領域に一致して共焦点CAO-SLOでCconemosaicの欠損が認められる.同部位のAO-OCTではCconemosaicの欠損はCEZではなくCIZレベルの脱落によるものであることがわかった.視力良好ERM視力不良図8網膜上膜におけるAO-OCT像網膜上膜患者ではCEZの厚みが肥厚しており,肥厚が強いほど術前の視力が不良であり,中心窩外顆粒層内の視細胞核の密度が上昇するほど術前の変視症が強いことがわかった.ヒト黄斑部の外顆粒層に存在する視細胞核を高反射粒子としてCinvivoで観察することに成功した10)(図6).従来のSD-OCTでは網膜色素上皮とCBruch膜の解像は困難であるが,AO-OCTならば両者は分離して解像されていることがわかる.C2.急性黄斑神経網膜症急性黄斑神経網膜症(acuteCmacularneuroretinopathy:AMN)はC1975年に報告された傍中心暗点を特徴とするまれな黄斑疾患である.カラー写真,眼底自発蛍光(fundusauto-.uorescence:FAF)では異常所見を呈さないことが多いが,赤外線画像(infraredimage:IR)画像では傍中心窩に楔状の低反射領域が明瞭に描出されるため,AMNの診断ではCIR画像が非常に診断的価値が高い.筆者らがCAMN患者の病変領域を共焦点CAO-SLOとCAO-OCTで観察すると,IR画像での低反射領域とCconemosaic欠損領域は一致した.さらに,conemosaicの欠損はCIZの脱落によるものであることがわかった11)(図7).従来,AMNではCIR画像の低反射領域はCEZレベルに生じると考えられてきたが,今回の検討でCIZレベルであることが示唆された.AO-OCTにより病態のさらなる解明が期待できる.C3.網膜上膜筆者らは,AO-OCTで新たに可視化された視細胞核やEZ自体の厚みは,網膜上膜の視機能に影響するバイオマーカーであることを報告した12,13)(図8).Ellipsoidが癒合しEZ厚が増加するほど術前の視力は低下し,Mチャートで定量した変視症は視細胞核密度の上昇と正の相関を示すことがわかった.EZ自体は従来のCSD-OCTの時点で描出できていたが,分解能の問題から患者間での有意な厚みの差を見出せていなかった.AO-OCTを用いることで黄斑部の視細胞層に起きた微細な変化(EZの厚みの変化)を捉えることができたため,既知のCOCT所見であったとしてもCAO技術で徹底的に観察することで新たな発見が得られると考える.AO-OCTはC3Cμmの光学的縦横分解能を達成した画期的なイメージングモダリティではあるが,あくまでCcross-sec-tionでのイメージング機器であるため,血球動態の評価には不向きである.以上より,黄斑部の新たな病態の発見にはXY平面とCZ軸方向両面での細胞レベルの評価が必要となることから,AO-SLO・AO-OCTの両者を組み合わせ,包括的に評価することが重要である.おわりに現在までのところ,非侵襲的に細胞レベルでの網膜微細構造の観察・解析が可能なモダリティはCAO-SLOおよびAO-OCT以外に存在しない.リアルタイムでの血球動態観察や,従来のCSD-OCTでは可視化できなかった網膜構造や視細胞単位の障害を観察できることは他のモダリティにはない大きな魅力があり,疾患の極早期の病変の発見や病態解明に有用である可能性を秘めており,AO技術の臨床的価値はきわめて高いと考える.今後のさらなる研究開発により,AO眼底イメージングは眼疾患の理解と治療戦略に新たな展望をもたらすことが期待される.文献1)BabcockHW:Thepossibilityofcompensatingastronomi-calseeing.PublAstronSocPac65:229-236,C19532)LiangJ,WilliamsDR,MillerDT:Supernormalvisionandhigh-resolutionretinalimagingthroughadaptiveoptics.JOptSocAmAOptImageSciVisC14:2884-2892,C19973)CurcioCCA,CSloanCKR,CKalinaRE:HumanCphotoreceptorCtopography.CJCompNeurolC292:497-523,C19904)RoordaCA,CWilliamsDR:TheCarrangementCofCtheCthreeCconeCclassesCinCtheClivingChumanCeye.CNatureC397:520-522,C19995)KadomotoS,UjiA,ArichikaSetal:Macularconeabnor-malitiesCinCBehcet’sCdiseaseCdetectedCbyCadaptiveCopticsCscanningClightCophthalmoscope.COphthalmicCSurgCLasersCImagingRetinaC52:218-225,C20216)ChuiTY,VannasdaleDA,BurnsSA:Theuseofforwardscattertoimproveretinalvascularimagingwithanadap-tiveCopticsCscanningClaserCophthalmoscope.CBiomedCOptCExpressC3:2537-2549,C20127)KadomotoS,MuraokaY,UjiAetal:UltrastructureandhemodynamicsCofCmicroaneurysmsCinCretinalCveinCocclu-sionCexaminedCbyCanCo.setCpinholeCadaptiveCopticsCscan-ninglightophthalmoscope.BiomedOptExpressC11:6078-6092,C20208)KadomotoCS,CMuraokaCY,CUotoS:UltrastructureCofChardCexudatesCinCretinalCveinCocclusion.COphthalmolCRetinaC5:C796,C20219)KadomotoCS,CMuraokaCY,CSaddaS:Split-detectionCadap-tiveopticsimagingforcytoidbody-likematerialsinacot-tonwoolspot.CanJOphthalmolC58:e201,C202310)KadomotoS,MuraokaY,UjiAetal:HumanfovealconeandCmullerCcellsCexaminedCbyCadaptiveCopticsCopticalCcoherenceCtomography.CTranslCVisCSciCTechnolC10:17,202111)KadomotoS,MuraokaY,OotoSetal:StructuralchangesinacutemacularneuroretinopathyrevealedwithadaptiveopticsCopticalCcoherenceCtomography.CJAMACOphthalmolC141:400-402,C202312)IshikuraM,MuraokaY,KadomotoSetal:EvaluationoffovealconeandmullercellsinepiretinalmembraneusingadaptiveopticsOCT.OphthalmolSciC4:100362,C202413)IshikuraM,MuraokaY,NishigoriNetal:Cellulardeter-minantsCofCvisualCoutcomesCinCeyesCwithCepiretinalCmem-braneinsightsfromadaptiveopticsOCT.OphthalmolSciC4:100536,C2024