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使用黄斑色素反射仪测量中心凹周区类胡萝卜素含量

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DOI：

10.3791/60429

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2020年1月29日

 ,  ,  ,  , 
1College of Optometry, Western University of Health Sciences, 2ZeaVision LLC

本文内容

摘要

我们介绍一种用于测定视网膜中心及旁中心凹区域总体黄斑色素、叶黄素和玉米黄质光学密度水平的实验方案。该方案包含一种新型可调节追踪系统，可用于测量黄斑中心凹偏心区域的黄斑色素光学密度。

摘要

黄斑色素反射计（MPR）可客观测量整体黄斑色素光学密度（MPOD），并进一步提供中心凹中央1度范围内的叶黄素光学密度（L-OD）和玉米黄质光学密度（Z-OD）。本研究对技术进行了改进，以评估中心凹旁非中心区域的类胡萝卜素密度。在受试者前方6.1米处设置一个带有红色LED灯的可调节轨道系统，以辅助眼球固视。LED灯的间距经过合理布置，使反射测量过程中产生每1度的视网膜视差增量。所有反射测量均在瞳孔散大状态下进行。中心区域测量的MPR-MPOD平均值为0.593（标准差0.161），L-OD与Z-OD的比值为1:2.61。在偏离中心1度处的MPR-MPOD值为0.248，在旁中心凹区域偏离中心2度处的平均MPR-MPOD值为0.143。偏离中心1度和2度处的L-OD与Z-OD比值分别为1.38:1.0和2.08:1.0。结果表明，使用MPR测得的MPOD值随视网膜偏心度增加而降低，且中心区域玉米黄质浓度高于叶黄素。L-OD与Z-OD的比值随中心凹偏心度变化，在偏离中心2度处叶黄素含量约为玉米黄质的两倍。本技术成功提供了一种快速、活体测量不同中心凹偏心度下黄斑色素光学密度的方法。研究结果与既往发表的活体及体外叶黄素类类胡萝卜素密度分布测量结果一致。

引言

年龄相关性黄斑变性（AMD）是导致失明的主要原因，占全球失明病例的8.7%1与年龄相关性黄斑变性（AMD）相关的风险因素包括年龄增长、女性性别、吸烟、浅色虹膜、脂质失衡、终生暴露于阳光和紫外线辐射、全身性抗氧化剂水平较低、黄斑色素光学密度（MPOD）较低、遗传因素以及种族2其中，可改变的风险因素包括戒烟、口服抗氧化剂以及补充类胡萝卜素。类胡萝卜素是存在于植物和微生物中的天然色素，具有高效的抗氧化能力。3它们由光合生物产生；人类通过饮食获取类胡萝卜素3,4叶黄素、玉米黄质和内消旋玉米黄质三种类胡萝卜素组成了黄斑色素4叶黄素和玉米黄质5 存在于视网膜，特别是黄斑区，赋予中央凹黄色外观6在视网膜光感受器的轴突和内丛状层中观察到较高浓度的叶黄素类物质5,7叶黄素和玉米黄质等类胡萝卜素的摄入可增加黄斑色素的水平。叶黄素和玉米黄质可通过膳食摄入或营养补充剂获得，而内消旋玉米黄质则是叶黄素代谢过程中产生的副产物。3,7,8视网膜不同区域的叶黄素和玉米黄质浓度存在差异。在中央凹区域，玉米黄质浓度高于叶黄素，其比例为2.3:1。9,10叶黄素在黄斑周边区域的浓度比玉米黄质更丰富，比例为2.4:1，且类胡萝卜素的浓度在此区域每毫米下降100倍9,10.

视网膜中叶黄素类物质的存在可保护视网膜神经回路，尤其是在中央凹和黄斑区，对中心视力至关重要。叶黄素类物质可能通过两种机制保护视网膜：1）过滤蓝光；2）降低氧化应激5,11,12,13。蓝光在视网膜中散射最严重，而黄斑中心较高的黄斑色素含量可吸收散射光，从而改善视力。此外，可见光谱中的蓝光部分具有高能量和短波长，可能在视网膜中产生过量的活性氧物质。因此，人们认为类胡萝卜素可通过淬灭这些自由基，在内层视网膜及光感受器-视网膜色素上皮复合体中发挥抗氧化作用，从而减轻黄斑区的氧化负担5,12,13,14。

视网膜类胡萝卜素的测量对全身健康具有重要意义。最近一项试验表明，类胡萝卜素治疗可改善糖尿病患者的视网膜功能，且不改变血糖水平15。视网膜中类胡萝卜素密度水平与大脑中的水平也存在强烈相关性16。类胡萝卜素水平在发育阶段可能尤为关键17,18，且大脑中的水平随年龄增长而下降19。黄斑色素光密度（MPOD）水平与儿童及老年人的神经保护和神经效率密切相关20,21。因此，临床上有必要对MPOD及其特征进行测量，这将在多种眼部及全身性疾病的诊断、管理和治疗中发挥重要作用7,15,16,17,18,19,20,21。

目前市面上可获得的MPOD（黄斑色素光密度）测量技术是异色闪烁光度计（HFP），其基于心理物理学测试原理。这些技术测量的是中心凹上1度范围的区域，相当于直径约0.30 mm的圆形区域22。尽管此类设备已被证明具有良好的可靠性，但其局限性在于主观性强、操作耗时，且无法区分构成MPOD的叶黄素和玉米黄质（叶黄素类）各自的含量13,22,23,24。黄斑色素反射计（见材料表），也称为反射计（见图1），能够克服上述局限，可客观测量MPOD及其组分——叶黄素和玉米黄质的光学密度（xanthophylls）25。该反射计采用经过紫外/红外滤光并准直的石英卤素光源，将受控光束投射至视网膜（见示意图图2），内部滤光装置可吸收所产生的大部分辐射，因此受试者几乎不会受到辐射暴露的风险。人眼中各种发色团及结构及其相应的吸收与反射特性在文献中已有充分描述26,27,28。通过内部光谱仪对反射光进行分析，可定量分离并测量叶黄素和玉米黄质的光学密度（L-OD、Z-OD）以及总体MPOD。视网膜中的第三种类胡萝卜素——meso-玉米黄质，在光谱上与玉米黄质无法区分，因此Z-OD代表了这两种类胡萝卜素的总和29。先前的研究已证实，反射测量法在测量中心区域L-OD、Z-OD和MPOD方面具有良好的可靠性25,29。

本研究的目的是建立一种可用于在活体中估算人眼黄斑中心凹及旁中心凹视网膜区域玉米黄质和叶黄素水平的技术。其他目标是将研究结果与已发表的实验室和组织学结果进行比较14,29。本文所开发并描述的方法，以及将其与反射光谱法结合用于测量周边中心凹MPOD的技术，具有创新性。该技术可与任何现有的反射光谱设备结合使用，无需重大改造，即可在中心凹及旁中心凹的不同位置测量视网膜中单个类胡萝卜素（如L-OD和Z-OD）的含量。

本研究共纳入八名年龄介于22至29岁之间的受试者。我们的方法首先包括进行常规眼科检查，以确保受试者符合纳入标准。在获得知情同意后，每位受试者依次接受以下四项检测：1）使用商用的异色闪烁光度计设备获取中心MPOD测量值；2）使用反射计设备获取两个中心测量值；3）利用同一反射计设备结合周边轨迹系统，测量黄斑中心凹中心偏移1度位置（即距中心凹0.30 mm处）直径为0.30 mm的圆形区域内的叶黄素水平；4）采用相同装置，测量偏移中心凹2度位置（即位于中心凹边缘处的旁中心凹区域，直径0.30 mm的圆形区域）的叶黄素水平。

使用1%托吡卡胺滴眼液散大每位受试者的瞳孔后，进行MPR测量。已知采用反射光谱法测量MPOD值时无需散瞳，但散瞳可能提高L-OD和Z-OD测量的重复性25,29。这可能是因为瞳孔散大后，利用反射计从视网膜获取的信号具有更高的信噪比。为了获得准确且稳定的周边反射光谱测量结果，受试者采用了位于光学无穷远处的固视目标30,31。

我们获取了持续30秒的反射光度计测量数据，并舍弃前10秒的数据。该操作具有两个优势：1）光源较亮，可使眼睛有足够时间适应并调整至测试任务状态；2）最重要的是，感光细胞色素在前10秒内会发生漂白。因此，排除前10秒的测量数据可获得更稳定且准确的信号29。在本研究中，所有反射光度测量均重复进行两次，随后对测量结果取平均值，以获得每位受试者的平均黄斑色素光密度（MPOD）、叶黄素光密度（L-OD）和玉米黄质光密度（Z-OD）值，以及Z-OD与L-OD的比值。

方案

所有受试者均在单一机构——美国加利福尼亚州波莫纳的西海岸健康科学大学招募。本研究已获得西海岸健康科学大学机构审查委员会的批准，并依照《赫尔辛基宣言》的原则进行。在参与研究之前，所有受试者均接受了关于研究内容的详细说明，并在进行任何标准眼科评估之前签署了知情同意书。

1. 受试者招募

  1. 纳入年龄至少为18岁且视力达到20/40或更好的受试者。
  2. 纳入患有临床意义不显著的眼部状况的受试者，例如白内障、孤立性玻璃膜疣、后玻璃体脱离、周边部家族性玻璃膜疣，以及周边视网膜病变（如格子样变性或视网膜色素上皮缺损）。确保受试者具有正常的双眼视功能，且无抑制现象32。
  3. 通过实施抑制检测32来完成此步骤。这一步骤至关重要，因为在缺乏正常双眼视功能的情况下，受试者将无法同时识别固视目标和光源，从而无法确认黄斑中心凹及旁中心凹区域测量位置的准确性。
  4. 排除所有年龄小于18岁、视力低于20/40、黄斑区（视网膜中央区域）存在视网膜损伤、青光眼、糖尿病视网膜病变、出血、重度白内障或玻璃体混浊而影响眼科成像或MPR测量的受试者。
  5. 排除无法使用异色闪烁光度法或反射光度法完成测量的受试者、检测设备无法提供MPOD值的受试者，以及存在眼部抑制现象的受试者。

2. 创建外周轨道系统（图3）

  1. 获取一个可滑动轨道，其包含长约1米（3.5英尺）的铝制导轨，导轨上设有中空凹槽，可用于安装可滑动部件，例如门用密封条。
  2. 将轨道安装在距离受试者6.1米（20英尺）处，受试者应坐在MPR位置以进行反射测量。确保轨道离地高度为1.5米，以便与受试者在反射测量时的眼睛高度一致。
  3. 在可滑动轨道上安装三个1 cm × 1 cm的遥控LED灯，使各灯中心之间的间距为10.7 cm。
    注意：10.7 cm对应每一度的角度，该数值的确定依据是每个LED灯距离受试者6.1米。6.1米（约20英尺）是实现真正光学无穷远的最小距离；若轨道系统设置在更远距离，则每个LED灯之间的间距需相应调整，并通过三角函数重新计算间距（见表1）。若使用距离小于6米的情况，建议进行瞳孔散大，以尽量减少眼调节作用。

3. 使用异色闪烁光度计进行测量

注意：此步骤用于额外的数据收集，对于使用反射计进行外周测量并非必需。

  1. 在双眼滴入人工泪液，嘱受试者眨眼数次，并遮盖未测试的眼睛。
  2. 向参与者解释实验步骤。
  3. 指导受试者通过目镜观察异色闪烁光度计的中央注视目标，并在其每次看到目标闪烁时按下点击器。确保注视目标总共闪烁五次，以确定初始阈值。
  4. 查看初始阈值的结果，并提醒受试者在测试持续进行的45秒至1分钟内，每次中央注视目标闪烁时都要点击按钮。
  5. 控制监视器上将显示一张图表和MPOD值，以及可靠性指数。确保 "可接受的" 在可靠性指数上显示。如果结果表明，请重复测试 "临界" 或 "不可接受" 直到一个 "可接受的" 获得可靠性指数。
  6. 当参与者完成测试后，点击控制监视器上出现的下一个绿色箭头以保存结果。

4. 使用反射仪的中心测量步骤

注意：后续步骤将用于测定单个类胡萝卜素，此过程使用反射计完成。使用反射计进行周边部位测定时，无需执行中心部位测定。然而，中心部位测定对于临床应用具有重要意义。

  1. 将受试者信息输入反射计软件。
  2. 点击 运行眼部检测 选项卡。
  3. 白色校准
    注意：此步骤是反射计设备内光谱仪针对全光谱白色样本进行校准的关键步骤。该操作由技术人员在每日开启设备时执行一次。此步骤无需受试者参与。
    1. 点击 校准 旁边的 白色 按钮。
    2. 当屏幕上显示提示用户插入"白色校准管"的信息后，将白色校准管插入反射计。
    3. 插入白色校准管后，点击 确定 以开始白色校准。确保屏幕上出现 白色校准成功 消息后，校准 旁边的 黑色 按钮已启用。
  4. 黑色校准
    1. 向受试者眼中滴入一滴人工泪液，并让其将下巴放置于下巴托上。
    2. 指导受试者将眼睛靠近眼杯。使用操纵杆轻轻调整系统位置，使眼杯贴合受试者的眼眶，并阻隔环境光线进入系统。
    3. 点击 黑色 按钮以选择 校准，并对准受试者的瞳孔。当瞳孔位于触摸屏显示器上显示的圆圈中心时，即完成正确对准。
    4. 指导受试者调节系统前方的旋转旋钮，以获得清晰的目标图像。
    5. 当受试者完成对视觉系统的适当调节后，点击 确定。系统将自动执行黑色校准程序。黑色校准成功完成后，左眼 和 右眼 按钮将被启用，屏幕上将显示 黑色校准成功 消息。
  5. 开始测量
    1. 根据正在测量的眼别，点击屏幕上的 左眼 或 右眼 按钮。
    2. 确保系统显示 将系统对准受试者眼睛 的提示信息，并确认系统已对准受试者的瞳孔。使用操纵杆进行微调。
    3. 点击屏幕上的 确定 按钮以开始MPOD测量。测量时间为30秒，至少需要10秒才能获取参数/结果。屏幕顶部将显示倒计时，提示剩余测量时间。请受试者注视固视光源，并仅在必要时眨眼。
    4. 在测量过程中使用操纵杆，确保系统持续对准受试者的瞳孔。
    5. 测量完成后，确保系统显示 测量成功 的提示信息。
    6. 点击 确定 按钮完成操作。
    7. 如有需要，重复步骤4.4–4.6.6以检测另一只眼。整个过程约需2–3分钟。
      注意：若需在同一眼上重复测量，请至少等待30秒后，再重复步骤4.6–4.6.6。

5. 使用反射仪进行外周测量的技术（图3）

注意：未测试的眼睛将注视目标，从而允许将刺激置于被测眼黄斑中心凹的不同偏心位置。该方法要求正常的双眼视功能，以确保被测眼在测量黄斑色素光学密度时处于正确位置。

  1. 将受试者信息输入到反射率测量软件中。
  2. 点击 运行眼部测试 选项卡。
  3. 周边轨迹校准
    1. 完成黑白校准后，根据待测量的眼别，在屏幕上按下 左眼 或 右眼 按钮。
    2. 系统将显示消息 将系统对准受试者眼睛。确保系统已对准受试者的瞳孔，使用操纵杆进行微调。
    3. 打开轨道系统中最靠右（相对于受试者）的LED灯。此时，受试者应能用右眼看到反射仪内部的光源，同时用左眼看到红色LED灯。
    4. 指导受试者指示经过训练的观察者调整周边轨道，直到他们尽可能将两个刺激重叠。
      注意：由于解剖结构的个体差异，不同受试者所重叠的"校准点"位置可能存在差异。
  4. 开始测量
    1. 关闭当前LED灯，并打开下一个（左侧）LED灯，以进行下一个1度偏心度的测量。向受试者说明，在整个测量过程中需要持续注视新的红色LED灯。
    2. 点击屏幕上的 确定 按钮以开始MPOD测量。测量时间为30秒，屏幕顶部将显示倒计时，提示剩余测量时间。请受试者注视相应的红色LED灯，并建议他们在必要时才眨眼。
    3. 在测量过程中使用操纵杆，确保系统始终与受试者瞳孔保持对准。
    4. 测量完成后，确认系统显示 测量成功 的提示信息。
    5. 点击 确定 按钮完成当前步骤。
    6. 重复步骤5.3.1–5.4.5以重新进行测量。
      注意：整个过程大约需要2–3分钟。建议对每个偏心度进行两次测量，以便进行比较。若需在不同视网膜偏心度下重复测量，请在步骤4.8中更改角度间隔。

6. 分析（图4）

  1. 复制一份待分析的文件。
    注意：所分析的文件是在步骤 4.6.6 和 5.4.5 中生成的。此步骤并非必需，但可实现多种分析操作而不影响原始数据。
  2. 打开桌面上的反射光谱分析软件。
  3. 点击应用程序左侧的导入，并选择要打开的复制文件。
  4. 点击“受试者记录”选项卡下的编辑。新窗口将弹出。这有助于获取指定时间区间的數據。
  5. 将下方滑动条从 0 向上移动至 10，以剔除前 10 秒的测量数据。
    注意：滑动条应显示为 10–30。可通过上下移动滑动条来选择所需分析的时间区间。（见图 4）。
  6. 点击该窗口左侧的退出按钮。将弹出警告窗口。选择确定以确认时间区间的裁剪。
  7. 点击程序左下角的启动分析器（见材料表）。新窗口将打开。
  8. 点击页面底部的最佳拟合。这将生成第一组数据，包括 L-OD 和 Z-OD。
  9. 记录数据。
  10. 点击重置以选择其他分析选项。
  11. 在受体模型选项下选择黄斑色素。
  12. 点击最佳拟合以生成第二组数据，包括 MPOD。
  13. 点击保存结果以保存该时间区间的数据。

结果

本研究共纳入八名年龄在22至29岁之间的参与者。表1描述了如何计算从黄斑中心起获得每一度偏心距的距离。表2提供了参与者的基线人口统计学信息。研究样本中男性与女性人数相等，且具有广泛的种族多样性。表3展示了通过两种设备在不同偏心距下测得的所有参与者的MPOD、L-OD和Z-OD的平均结果。采用异色闪烁光度计和反射测量技术测得的MPOD平均值及标准差分别为0.480（SD 0.14）和0.593（SD 0.161）。两种技术测得的MPOD值之间具有极好的相关性，Pearson相关系数r = 0.92（p < 0.001）。在中心凹区域，Z-OD的中心值大于L-OD。中心区域L-OD与Z-OD的比值为1:2.61。Z-OD在中心凹中心处随偏心距增加而减小。在距中心凹1度处，反射测量法测得的Z-OD浓度显著降低，同时L-OD升高。距中心注视点1度处L-OD与Z-OD的比值为1.38:1.0。在距中心注视点2度的旁中心凹区域，叶黄素成为主要的类胡萝卜素，L-OD与Z-OD的比值为2.08:1.0。表4、表5和表6展示了来自全部八名受试者的原始数据。通过观察这些表格可以明显看出，L-OD、Z-OD和MPOD数值存在显著的个体间差异，表明正常生理范围的界限可能相当宽。

用于样本成像的光学显微镜工作站设置；包括显微镜及连接的笔记本电脑。
图1：黄斑色素反射计。 本实验中使用的黄斑色素反射计。请点击此处查看该图的放大版本。

光学光谱图；视网膜测量装置；包含USB光谱仪和QH光源。
图2：黄斑色素反射计操作示意图。 MPR设备内部操作原理的示意图。请点击此处查看此图的放大版本。

显微成像下的静态平衡实验装置；检测梁上的载荷分布。
图3：周边测量轨道系统。（A）距离周边轨道系统6.1米处的黄斑色素反射计。（B）研究人员指向0度LED光源的轨道系统。（C）受试者接受测试时整个系统的实际外观。（D）开启1度LED光源的轨道系统。请点击此处查看该图的放大版本。

显示波长依赖性发射的伪彩色光谱图的光谱学装置示意图。
图4：显示用于编辑测量时间至目标时段的滑动条窗口。 用于编辑目标时间段的滑动条。图像中显示前10秒的数据已被移除。 请点击此处查看该图的放大版本。

测试距离 [m]3456.178910
光源间距 [m]0.0520.070.0870.1070.1220.140.1570.175

表1：在不同测试距离下固定点光源之间的间距。 光源之间的距离为该公式中 x 的取值：
三角学，公式 tan(1)=x/d，角度计算，数学概念，教学示意图。
其中 d 为测试距离。

主题年龄性别民族种族
300227F西班牙裔高加索人种/多种族
300328F西班牙裔无
300426F非西班牙裔非裔美国人
300524M西班牙裔亚洲人/多种族
300627M非西班牙裔亚洲
300725F非西班牙裔非裔美国人
300929M西班牙裔高加索人种/多种族
301022M非西班牙裔亚洲

表2：研究参与者的基线人口学特征。 该表展示了受试参与者的年龄、性别和种族情况。参与者的平均年龄为26岁。男女比例为1:1。参与者自我报告的种族构成包括50%的西班牙裔，以及约37.5%的亚裔或多种族人群。

平均 L-OD平均 Z-OD平均反射光度法 MPOD平均 Z-L 比值平均闪烁光度法 MPOD
中央区0.2470.4250.5932.61:10.48
周边区 1 度0.4020.1220.2481:1.38不可用
周边区 2 度0.3660.030.1431:2.08不可用

表3：不同偏心度下类胡萝卜素的平均值。 该表格显示了研究中八名受试者的平均结果。中央区域L-OD平均值的标准差（SD）为0.188，中央区域Z-OD平均值的标准差为0.142。MPR法测得的中央MPOD平均值的标准差为0.161，反射计测得的中央MPOD平均值的标准差为0.14。周边1度处L-OD平均值的标准差为0.224，Z-OD平均值的标准差为0.122。MPR法测得的周边1度处MPOD平均值的标准差为0.248。周边2度处L-OD平均值的标准差为0.366，Z-OD平均值的标准差为0.030。MPR法测得的周边2度处MPOD平均值的标准差为0.143。

受试者L-ODZ-ODMPODZ-L 比值MPS
30020.5250.4090.6690.7780.58
30030.5660.4150.65250.7330.48
30040.16150.2910.4371.7930.437
30050.1210.4140.5553.4320.555
30060.1480.7240.8884.8920.888
30070.0740.3890.5365.2570.536
30090.1970.260.3611.320.361
30100.1830.4960.6422.710.642

表4：中心注视时测得的个体类胡萝卜素光密度值。 该表显示了所有八名受试者在中心注视时测得的数值。

参与者L-ODZ-ODMPODZ-L 比值
30020.32500.0120
30030.3850.080.1660.208
30040.1210.2530.3922.091
30050.701500.1190
30060.3620.2860.450.79
30070.1040.2650.3912.548
30090.58900.1830
30100.6260.0940.2730.15

表5：在中心注视点1度处测得的个体类胡萝卜素光密度值。 该表显示了所有八名受试者在中心注视点1度处测得的类胡萝卜素光密度测量结果。

参与者L-ODZ-ODMPODZ-L 比值
30020.14600.0430
30030.35100.0660
30040.0630.0770.1691.222
30050.1890.0170.0670.09
30060.90200.2910
30070.040.0990.2012.475
30090.7180.0460.2320.064
30100.51800.0760

表6：在中心注视点2度处测得的个体类胡萝卜素光密度值。 该表显示了所有八名受试者在中心注视点2度处测得的光密度值。

讨论

本研究阐述了使用反射计设备在中央凹及旁中央凹的不同区域进行活体MPOD测量的技术与方法。我们开发并校准了一套周边轨道系统，以获取距中心注视点1度和2度位置的测量数据。研究结果表明，采用本方案在光学无穷远处可测量MPOD、L-OD和Z-OD。当临床场所缺乏足够长度的空间时，该方案可调整用于较短距离的测量；但在此情况下，需进行瞳孔散大以控制主动调节（见表1）。

进行本实验时有两个关键步骤：1）0度校准和2）黑校准。当使用外周轨迹系统测量黄斑色素光学密度（MPOD）及其离中心成分时，0度校准或中心凹测量所用的外部固定至关重要。如果被测者不理解该程序或无法完成必要步骤，测量结果将受到影响并产生错误。黑校准同样关键，因为它使MPR能够在无光条件下建立光谱仪的基线测量值，设备随后将所有从受试者获得的数据与此基线进行比较。因此，每位受试者都必须进行黑校准。

我们的研究结果表明，中心MPOD水平与既往已发表的实验和组织学研究数据一致7,10,14。此外，我们发现MPOD水平随视网膜偏心度增加而下降，黄斑中心凹区域的MPOD值高于旁中心凹区域。叶黄素和玉米黄质的水平在不同视网膜位置也存在差异，其比值随偏心度变化而变化。我们测得中心区域L-OD与Z-OD的比值为1:2.6，在距离中心注视点2度处变为2.08:1。该结果与既往研究报道一致10,29。我们发现叶黄素和玉米黄质的水平在个体间存在显著差异。此前的体内实验仅评估了三名受试者，该领域相关信息仍较有限29。如果类胡萝卜素水平确实存在显著的个体间差异，则提示有必要获取类胡萝卜素的基线水平，并据此个性化定制补充方案。未来还需进一步研究，以证实健康个体中叶黄素和玉米黄质水平存在高度个体间变异的现象。既往文献及使用本MPR设备的研究表明，在瞳孔未散大和散大状态下均可获得可重复的MPOD测量结果，但散大瞳孔后L-OD和Z-OD测量的重复性更佳25。在本研究中，所有MPR测量均在散大瞳孔条件下进行。鉴于黄斑中心凹周边及旁中心凹区域的类胡萝卜素水平较低，为确保信号强度稳定并获得可靠的周边区域测量结果，散大瞳孔可能是必要的。

我们尝试了多种方法，最终开发并测试了我们的追踪系统。结果证明，这是获得可靠结果的最有效方法。该系统通过多次检测三名参与者，以验证每次尝试是否能够获得相似的结果。这包括在两个月的时间内，对参与者进行三次独立的测量。其他尝试的方法包括改造反射测量目镜，方法是制作一个带有预切狭缝的遮盖物，狭缝分别位于中心偏移0、1和2度的位置。该技术被证明无效，因为狭缝之间的间距过小，受试者难以清晰区分。

本研究存在若干局限性。研究要求受试者具有正常的双眼视功能，以确保在测量一只眼睛时，受试者能够持续注视目标。不符合此标准的受试者将无法遵循实验指令，在刺激呈现期间无法正确固视，因而不能成功使用该技术进行测量。眼动追踪系统虽具有可靠性，但其局限性可在未来的研究中加以改进。可通过在反射计中集成红光LED固视灯，并结合部分巴达尔（Badal）屈光计系统，从而优化实验方案。这将使受试者在测量眼以所需偏心度进行固视时，获得适当的透镜调节。

目前，尚无其他技术可用于测量体内叶黄素（L-OD）和玉米黄质（Z-OD）的光学密度。然而，存在其他可用于测量黄斑色素光学密度（MPOD）的设备。本研究中使用的一种设备是异色闪烁光度计。该异色闪烁光度计采用心理物理学检测方法，无法分别测定叶黄素和玉米黄质的独立数值。使用异色闪烁光度计测得的中心MPOD值平均比MPR设备测得的结果低0.11，标准差为0.16。如先前报道所述25，两种技术所获得的MPOD测量值之间具有极好的相关性。

尽管本研究的样本量较小，但其目的是验证一种概念，即可以使用反射光谱仪设备获取叶黄素和玉米黄质光学密度的外周测量值。据我们所知，其他体内研究的样本量均显著小于本研究采用的样本量。因此，我们有理由相信，本研究结果表明，利用反射光谱仪可在中心凹、中心凹周围以及旁中心凹区域对活体类胡萝卜素密度进行测量。本研究进一步揭示了叶黄素和玉米黄质在人视网膜黄斑中心区及周边区域的分布情况。由于我们发现研究参与者之间的数值存在显著差异，未来仍需开展更大规模的体内和体外研究，以更深入地了解叶黄素与玉米黄质在普通人群中的分布、含量及其比例关系。

披露

Pinakin Davey 博士是 ZeaVision 的顾问，Dennis Gierhart 博士是 ZeaVision 公司（MPR 设备的制造商）的雇员兼首席科学官。其他作者报告无利益冲突。

致谢

我们感谢西大学院验光学院以及西大学医学科学理学硕士项目提供的帮助与支持。同时感谢ZeaVision提供的慷慨支持与资助。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1-1/4英寸 x 36英寸 银色门下密封条Frost King LLC77578013947任何可安装在墙上的可调节条带均可使用。
黑色电工胶带3M Company054007-00053用于调节固视灯，形成一个1 cm × 1 cm的区域。
带遥控器的LED灯Elfeland LLCELFELANDhoasupic1295任何可安装在轨道上、带遥控器的小型红色固视LED灯均可使用。
黄斑色素反射计Zeavision LLCN/A原型设备未上市销售。
Quantifeye 黄斑色素光谱仪 2型Zeavision LLC目录编号 N/A目前Zeavision LLC提供的唯一型号。
Ultra Gel Control 4g 超强胶水Henkel AG & Company1405419用于将LED灯固定在轨道上，但任何高强度粘合剂均可使用。
Zeavision专有反射测量软件，专用于黄斑色素反射计Zeavision LLCN/A该软件及算法为Zeavision LLC专有。

参考文献

  1. Handelman, G. J., Dratz, E. A., Reay, C. C., van Kuijk, F. Carotenoids in the human macula and whole retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 29 (6), 850-855 (1988).
  2. Milani, A., Basirnejad, M., Shahbazi, S., Bolhassani, A. Carotenoids: biochemistry, pharmacology and treatment. British Journal of Pharmacology. 174 (11), 1290-1324 (2017).
  3. Bhosale, P., Zhao, D. Y., Bernstein, P. S. HPLC measurement of ocular carotenoid levels in human donor eyes in the lutein supplementation era. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (2), 543-549 (2007).
  4. Zimmer, J. P., Hammond, B. R. Possible influence of lutein and zeaxanthin on the developing retina. Clinical Ophthalmology. 1 (1), 25-35 (2007).
  5. Friedman, D. S., et al. Prevalence of Age-Related Macular Degeneration in the United States. Archives of Ophthalmology. 122 (4), 564-572 (2004).
  6. Ambati, J., Fowler, B. J. Mechanisms of age-related macular degeneration. Neuron. 75 (1), 26-39 (2012).
  7. Bernstein, P. S., Delori, F. C., Richer, S., van Kuijk, F. J., Wenzel, A. J. The value of measurement of macular carotenoid pigment optical densities and distributions in age-related macular degeneration and other retinal disorders. Vision Research. 50 (7), 716-728 (2010).
  8. Bone, R. A., Landrump, J. T., Hime, G. W., Cains, A., Zamor, J. Stereochemistry of the Human Macular Carotenoids. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 34 (6), 2033-2040 (1993).
  9. Leung, I. Y. Macular pigment: New clinical methods of detection and the role of carotenoids in age-related macular degeneration. Optometry - Journal of the American Optometric Association. 79 (5), 266-272 (2008).
  10. Bone, R. A., et al. Distribution of Lutein and Zeaxanthin Stereoisomers in the Human Retina. Experimental Eye Research. 64 (2), 211-218 (1997).
  11. de Kinkelder, R., et al. Macular pigment optical density measurements: evaluation of a device using heterochromatic flicker photometry. Eye. 25 (1), 105-112 (2011).
  12. Snodderly, D. M., Auran, J. D., Delori, F. C. The macular pigment. II. Spatial distribution in primate retinas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (6), 674-685 (1984).
  13. Snodderly, D. M., Brown, P. K., Delori, F. C., Auran, J. D. The macular pigment. I. Absorbance spectra, localization, and discrimination from other yellow pigments in primate retinas. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (6), 660-673 (1984).
  14. Bone, R. A., Landrum, J. T., Fernandez, L., Tarsis, S. L. Analysis of the Macular Pigment by HPLC: Retinal Distribution and Age Study. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 29 (6), 843-849 (1988).
  15. Chous, A. P., Richer, S. P., Gerson, J. D., Kowluru, R. A. The Diabetes Visual Function Supplement Study. British Journal of Ophthalmology. 100 (2), 227-234 (2016).
  16. Vishwanathan, R., Schalch, W., Johnson, E. J. Macular pigment carotenoids in the retina and occipital cortex are related in humans. Nutritional Neuroscience. 19 (3), 95-101 (2016).
  17. Barnett, S. M., et al. Macular pigment optical density is positively associated with academic performance among preadolescent children. Nutritional Neuroscience. 21 (9), 632-640 (2018).
  18. Saint, S. E., et al. The Macular Carotenoids are Associated with Cognitive Function in Preadolescent Children. Nutrients. 10 (2), 193(2018).
  19. Johnson, E. J., et al. Relationship between Serum and Brain Carotenoids, α-Tocopherol, and Retinol Concentrations and Cognitive Performance in the Oldest Old from the Georgia Centenarian Study. Journal of Aging Research. 2013, 951786(2013).
  20. Hammond, B. R., et al. Effects of Lutein/Zeaxanthin Supplementation on the Cognitive Function of Community Dwelling Older Adults: A Randomized, Double-Masked, Placebo-Controlled Trial Front. Aging Neuroscience. 3 (9), 254(2017).
  21. Renzi-Hammond, L. M., et al. Effects of a Lutein and Zeaxanthin Intervention on Cognitive Function: A Randomized, Double-Masked, Placebo-Controlled Trial of Younger Healthy Adults. Nutrients. 9 (11), 1246(2017).
  22. Wooten, B. R., Hammond, B. R. Spectral Absorbance and Spatial Distribution of Macular Pigment Using Heterochromatic Flicker Photometry. Optometry and Vision Science. 82 (5), 378-386 (2005).
  23. Putnam, C. M. Clinical imaging of macular pigment optical density and spatial distribution. Clinical and Experimental Optometry. 100 (4), 333-340 (2017).
  24. Davey, P. G., Alvarez, S. D., Lee, J. Y. Macular pigment optical density: repeatability, intereye correlation, and effect of ocular dominance. Clinical Ophthalmology. 10, 1671-1678 (2016).
  25. Davey, P. G., Ngo, A., Cross, J., Gierhart, D. L. Macular pigment reflectometry: development and evaluation of a novel clinical device for rapid objective assessment of the macular carotenoids. Proceedings of SPIE 10858, Ophthalmic Technologies XXIX. 1085828, (2019).
  26. Rapp, L. M., Maple, S. S., Choi, J. H. Lutein and Zeaxanthin Concentrations in Rod Outer Segment Membranes from Perifoveal and Peripheral Human Retina. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 41 (5), 1200-1209 (2000).
  27. van de Kraats, J., Berendschot, T. T., Valen, S., van Norren, D. Fast assessment of the central macular pigment density with natural pupil using the macular pigment reflectometer. Journal of Biomedical Optics. 11 (6), 064031(2006).
  28. Sommerburg, O., et al. Lutein and zeaxanthin are associated with photoreceptors in the human retina. Current Eye Research. 19 (6), 491-495 (1999).
  29. van de Kraats, J., Kanis, M. J., Genders, S. W., van Norren, D. Lutein and zeaxanthin measured separately in the living human retina with fundus reflectometry. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 49 (12), 5568-5573 (2008).
  30. van der Veen, R. L. P., et al. A new desktop instrument for measuring macular pigment optical density based on a novel technique for setting flicker thresholds. Ophthalmic and Physiological Optics. 29 (2), 127-137 (2009).
  31. Howells, O., Eperjesi, F., Bartlett, H. Measuring macular pigment optical density in vivo: a review of techniques. Graefe's Archive for Clinical Experimental Ophthalmology. 249 (3), 315-347 (2011).
  32. Howells, O., Eperjesi, F., Bartlett, H. Improving the repeatability of heterochromatic flicker photometry for measurement of macular pigment optical density. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 251 (3), 871-880 (2013).

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类胡萝卜素测量叶黄素光学密度玉米黄质光学密度黄斑色素光学密度中心凹偏心度旁中心凹区域反射光度法技术视网膜视差瞳孔散大
使用黄斑色素反射仪测量中心凹周区类胡萝卜素含量
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