Elektroretinogram wywołany wzorcem – PERG

Niniejsze opracowanie jest kolejnym cyklu artykułów „Co optyk okularowy powinien wiedzieć elektrofizjologicznych badaniach układu wzrokowego?” [5–7].

Elektroretinogram wywołany wzorcem – PERG (Pattern Electroretinogram) powstaje warstwie fotoreceptorów siatkówki, czopkach, części zaś za jego morfologię odpowiada warstwa komórek zwojowych (ryc. 1 ryc. 2). Jeśli wyniku procesów chorobowych układu wzrokowego funkcja elektryczna tych struktur komórkowych zostaje zaburzona, parametry amplitudowe i/lub czasowe sygnału PERG odbiegają od normy. Ten fakt wykorzystuje się elektrodiagnostyce okulistycznej. Co ciekawe i z pewnością zaskakujące, zmiany morfologii tego sygnału mogą być wynikiem schorzeń narządów pozoru zupełnie niezwiązanych układem wzrokowym. Ilustruje to ryc. 3, zaczerpnięta pracy [2] wchodzącej skład serii artykułów powstałych naszym ośrodku naukowym PUM. Demonstrują one związki między zmianami sygnałach elektrycznych generowanych układzie wzrokowym mutacjami genów, które są odpowiedzialne za niektóre choroby onkologiczne.

Ryc. 1. Schematyczna budowa siatkówki oka zachodzące jej warstwach procesy elektryczne (uproszczeniu); zaznaczono struktury komórkowe, których powstają fale P50 N95 sygnału PERG [4,6].

Ryc. 2. Struktura komórkowa siatkówki oka; fale P50 i N95 sygnału PERG powstają w czopkach (3) i w warstwie komórek zwojowych (11,12) [2].

badaniu PERG rejestruje się odpowiedzi właściwych struktur siatkówki na specyficzny rodzaj bodźca, zwany wzorcem (pattern) [1]. Jest to najczęściej czarno-biała szachownica, prezentowana na ekranie monitora komputerowego, której pola białe czarne okresowo zamieniają się miejscami – ten tryb modulacji fazy kontrastu nosi nazwę reversal, inaczej alternating. innej, rzadziej stosowanej odmianie stymulacji typu pattern szachownica jest okresowo zastępowana jednolitym polem luminancji równej średniej luminancji pól czarnych białych – jest to tzw. tryb pattern onset-offset. Dla stymulacji typu pattern „częstotliwość bodźca” określa się liczbą zmian fazy kontrastu na jedną sekundę (reversals per second, np. 6 rev/s, inaczej 6 rps) bądź przez podanie Hz częstotliwości rozumianej jako odwrotność okresu (zatem powyższemu przykładowi odpowiada wartość 3 Hz) [1,3].

Ryc. 3. Przykład prawidłowego sygnału PERG (Control) i nieprawidłowego, z obniżoną falą P50 i wyraźnym brakiem fal N35 i N95 (VHL – von Hippel-Lindau, jest to stosunkowo rzadka choroba nowotworowa nerek) [2].

klinicznych badaniach PERG wyróżnia się dwa typy zapisów [1]. Pierwszy nich, tzw. PERG typu transient, jest uzyskiwany przy niewielkich częstotliwościach stymulacji (do ok. 6 rev/s, czyli 3 Hz), zaś drugi – przy częstotliwościach na tyle dużych (powyżej ok. 10 rev/s, tj. 5 Hz), że kolejne fale odpowiedzi nakładają się na siebie powstaje okresowy przebieg zwany steady-state PERG. Wymagania standardu ISCEV [1] odniesieniu do podstawowych klinicznych badań PERG obejmują:

– specyfikację parametrów bodźca (wzorca) sposób jego aplikacji,

– techniki elektrodowe (ryc. 4),

– wymagania aparaturowe (tor rejestracji),

– metody analizy pomiarów zapisów,

– poszczególne kroki protokołu klinicznego,

– zasady konstrukcji raportów,
normy kliniczne.

Parametry stymulacji:

– kątowy rozmiar pola testowego (ekranu): 120–180, zaś pojedynczego pola szachownicy – ok. 0,80; parametry te zależą od wymiarów ekranu, liczby pól szachownicy od odległości ekranu od oka pacjenta,

– luminancja ekranu: nie mniejsza niż
80 nt (80 cd/m2) dla białych elementów,

– kontrast obrazu: jak najbliższy 100% (nie mniejszy niż 80%),

– oświetlenie tła: nie ma szczególnych wymagań, należy jedynie unikać jaskrawych świateł polu widzenia pacjenta,

– częstotliwość stymulacji: 4 rev/s
(2 Hz) dla PERG typu transient,
16 rev/s (8 Hz) dla PERG typu steady-state; zaleca się wykonywanie obu rodzajów badań pacjenta, choć jako zasadnicze badanie, uwagi na znaczenie kliniczne pomiaru fal składowych zapisu oznaczanych jako P50 N95, uznaje się PERG typu transient.

Ryc. 4. Elektrody: „nitkowa” DTL (druga z lewej), „foliowa” (pierwsza z prawej), skórna-powierzchniowa pierwsza z lewej); objaśnienia w tekście [3,6].

Techniki elektrodowe (ryc. 4):

– Jako elektrody czynne zalecane są elektrody, które nie wpływają żaden sposób na jakość obrazu tworzonego na siatkówce (nie należy zatem stosować elektrod ze szkłami kontaktowymi, np. typu jet); mogą być używane elektrody „nitkowe” DTL, które są wykonywane jako cienka, przewodząca nić, lub „foliowe” pozłacanej folii mylarowej. Oba typy elektrod umieszcza się kontakcie rogówką – elektrodę nitkową układa się na filmie łzowym na powierzchni rogówki, zaś elektrodę foliową, po jej zgięciu, należy zahaczyć pod dolną powieką,

– Układ odprowadzeń: jako elektroda odniesienia (referencyjna) może być użyta powierzchniowa złota elektroda żelem, mocowana przy zewnętrznym kącie oka, zaś jako uziemiająca – podobna elektroda, mocowana za pomocą klipsa na płatku ucha po stronie przeciwnej do oka badanego, ewentualnie na czole.

Wymagania aparaturowe, analiza pomiary zapisów:

– impedancja wejściowa wzmacniaczy: nie mniejsza niż 10 Mohm,

– pasmo przenoszenia toru rejestracji: 1–100 Hz,

– nie używa się filtrów pasmowo-zaporowych redukujących zakłócenia sieciowe częstotliwości 50 Hz
(tzw. notch filter),

– uśrednianie: konieczne, ze względu na mały poziom sygnału (typowe wartości amplitudy to 2–8 µV); protokołach PERG powinno się stosować uśrednianie ok. 100–150 realizacji sygnału,

– próg odrzucania artefaktów (artifact reject threshold) powinien być ustawiony na wartość nie większą niż 100 µV,

– dla PERG typu transient czas analizy (odcinek obejmowany zapisem) wynosi 150–250 ms, zaś dla typu steady-state powinien być nie krótszy niż 150 ms,

– wymagane jest wykonywanie dwóch zapisów dla tych samych warunków stymulacji (celu sprawdzenia powtarzalności), następnie ich uśrednienie,

– do analizy zapisów PERG typu steady-state wymagane jest zastosowanie analizy fourierowskiej (szybka transformata Fouriera FFT – Fast Fourier Transformation), dostarczającej informacji amplitudowej fazowej.

Protokół kliniczny:

– pozycja pacjenta powinna być wygodna, podparciem podbródka,

– źrenic nie należy rozszerzać,

– konieczna jest fiksacja osi wzrokowej na środku ekranu,

– należy wykluczyć częste mrugnięcia (razie potrzeby można stosować przerwy badaniu),

– należy zapewnić właściwą korekcję refrakcji (dla dystansu, przy którym jest wykonywane badanie – najczęściej 1 m),

– wykonanie zapisów zgodnie wcześniejszymi zaleceniami, bardzo starannym monitorowaniem przebiegu badania, następnie przeprowadzenie analiz pomiarów.

Badania PERG naszej pracowni były wykonywane użyciem systemów UTAS-E 1000 E 2000 (LKC Inc., USA), od około 10 lat – systemu RetiPort (Roland Consult, Niemcy). Bodźce postaci wzorców prezentuje się badanemu jednoocznie, na ekranie monitora systemu, odległości 0,55 m. Stosuje się obraz testowy postaci szachownicy złożonej 32 x 32 czarno-białych pól; kątowy rozmiar ekranu wynosi 150pojedynczego pola 50’. Luminancja ekranu dla białych elementów jest równa 120 nt, kontrast około 97%. używanym teście transient PERG trybie modulacji kontrastu reversal częstotliwość odwracania fazy kontrastu wynosi 4,7 rev/s (2,35 Hz). Przy prezentacji bodźców jest zapewniona centralna fiksacja osi wzrokowej. Badania przeprowadza się jednoocznie, najpierw dla oka prawego, potem lewego lub obuocznie (ryc. 5).

Stosowany jest zgodny ze standardem ISCEV układ odprowadzeń nitkową elektrodą DTL (Medelec, UK) jako elektrodą czynną. Także inne warunki, elementy protokołu parametry testu odpowiadają standardowi. Zmodyfikowano tym celu istniejące systemach protokoły, adaptując je pełni do wymagań standardu. Pracownia ma własne normy, zarówno dla testu transient, jak steady-state PERG (przypadku transient PERG dane pomiarowe obejmują nie tylko amplitudy czasy kulminacji fal P50 N95, ale także stosunek amplitud N95/P50).

Należy podkreślić, że test PERG jest trudny od strony technicznej wymaga dużej staranności jego przeprowadzeniu. Wiąże się to nie tylko zakłóceniami, pochodzącymi od sieci zasilającej oraz innych źródeł pól elektromanetycznych, ale także wpływem czynników psychofizycznych od strony pacjenta [3,8]. Są to najczęściej trudności koncentracją uwagi, kłopoty utrzymaniem fiksacji, częste mruganie, napięcie mięśni (głównie karku) generujące zakłócenia postaci sygnałów elektromiograficznych (EMG). połączeniu małym poziomem sygnału użytecznego wszystkie te czynniki często prowadzą do niezadowalającej czytelności zapisów, uniemożliwiając ich interpretację ocenę pod kątem diagnozy. Stąd też, mimo potencjalnych walorów zastosowaniach klinicznych – głównie we wczesnym wykrywaniu jaskry, także diagnostyce innych chorób siatkówki nerwu wzrokowego – test PERG wielu ośrodkach zajmujących się elektrofizjologicznymi badaniami układu wzrokowego nie jest zadowalającym stopniu wykorzystywany. Jest jeszcze jeden powód takiego stanu rzeczy. uwagi na istniejące różnice międzyosobnicze zdrowych pacjentów, zmienność parametrów sygnału pomiędzy poszczególnymi sesjami jego rejestracji oraz wcześniej wspomnianą podatność na zakłócenia, zakresy norm opracowywanych laboratoriach są zbyt szerokie, aby zagwarantować dobrą, skuteczną czułość testu PERG [4]. konsekwencji np. liczni pacjenci klinicznie potwierdzoną jaskrą uzyskują prawidłowe wyniki, mieszczące się granicach normy. Jak tej sytuacji można marzyć wczesnym wykrywaniu tej groźnej, nieuleczalnej choroby, która jest najczęstszą przyczyną ślepoty?

Od dłuższego już czasu tym wyzwaniem mierzą się liczne ośrodki naukowe na świecie, opracowując modyfikacje testu PERG ukierunkowane na podwyższenie jego skuteczności diagnostycznej. Te badania są również prowadzone naszej Pracowni Elektrofizjogii Siatkówki, Dróg Wzrokowych Perymetrii II Katedry Kliniki Okulistyki Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego Szczecinie, którą kieruje prof. dr hab. n. med. Wojciech Lubiński. M.in. zatrudniony tej pracowni autor niniejszego artykułu, wraz ze swoim zespołem, wdrożył unikalną metodę wykorzystującą ciągłą transformację falkową (CWT – Continuous Wavelet Transformation). Dzięki matematycznej transformacji sygnału PERG udało się uzyskać poprawę czułości testu, zawężając zakres normy odniesieniu do niektórych parametrów nawet pięciokrotnie. Wpółpracująca nami firma Roland Consult GmbH zakupiła licencję na oprogramowanie realizujące operacje CWT-PERG.

jednym następnych artykułów naszego cyklu („Od objawu do diagnozy – czym może pomóc elektroretinografia?”) przedstawimy Czytelnikom m.in. kliniczne zastosowania testu PERG. Omówienie innych często używanych metod technik elektrofizjologicznych badań układu wzrokowego, jak np. wzrokowe odpowiedzi wywołane wzorcem (PVEP – Pattern Visual Evoked Potentials), błyskowe wzrokowe odpowiedzi wywołane (FVEP – Flash Visual Evoked Potentials) inne można znaleźć monografii [3], także publikacjach [4,6,7,9].

kolejnym opracowaniu przygotowywanym ramach cyklu zostaną przedstawione stosunkowo nowe, zaawansowane technicznie ważne praktyce klinicznej sposoby mapowania czynności elektrycznej siatkówki kory wzrokowej: elektroretinogram wieloogniskowy (mfERG – Multifocal Electroretinogram) wieloogniskowe wzrokowe odpowiedzi wywołane (mfVEP – Multifocal Visual Evoked Potentials). Postaramy się pokazać tendencje rozwojowe aparatury, przejawiające się głównie budowie systemów hybrydowych.

Zespół naszej pracowni utrzymuje od wielu lat kontakty producentami dystrybutorami sprzętu do elektrofizjologicznych badań układu wzrokowego, uczestnicząc sesjach szkoleniowych specjalistycznych wystawach towarzyszących konferencjom sympozjom. Czytelników zainteresowanych techniczno-medycznymi charakterystykami takiej aparatury odsyłamy na strony, do których linki znajdują się na końcu piśmiennictwa.

Ryc. 5. Przygotowanie pacjenta do testu PERG w naszej pracowni; pokazane są: instalowanie elektrod, monitor stymulatora z wzorcem (czarno-białą szachownicą), zapis sygnału PERG na monitorze operatora).
Zdjęcia autora.


Piśmiennictwo:
1. Bach M., Brigell M.G., Hawlina M., Holder G.E., Johnson M.A., McCulloch D.L., Meigen T., Viswanathan S. (2013) ISCEV standard for clinical pattern electroretinography (PERG) – 2012 update. Doc Ophthalmol 126:1–7.
2. Lubiński W., Krzystolik K., Cybulski C., Szych Z., Penkala K., Palacz O., Lubiński J. (2003) Retinal function in the von Hippel-Lindau disease. Doc Ophthalmol 106(3):271-80.
3. Palacz O., Lubiński W., Penkala K. (2003) Elektrofizjologiczna diagnostyka kliniczna układu wzrokowego. OFTAL Sp. z o.o., Warszawa.
4. Penkala K. (2005) Analysis of bioelectrical signals of the human retina (PERG) and visual cortex (PVEP) evoked by pattern stimuli. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Technical Sciences 53(3):223-229.

5. Penkala K. (2019), Co optyk okularowy powinien wiedzieć o elektrofizjologicznych badaniach układu wzrokowego? Optyk Polski 52, Feniks Media Group, Kraków.
6. Penkala K. (2020), Elektroretinografia – ERG. Optyk Polski 54, Feniks Media Group, Kraków.
7. Penkala K. (2020), Elektrookulografiia – EOG. Optyk Polski 55, Feniks Media Group, Kraków.
8. Styszyński A. (2020) Widzimy mózgiem. Optyk Polski 53, Feniks Media Group, Kraków.
9. Zwierko T., Styszyński J. (2020) Funkcja bioelektryczna drogi wzrokowej a wysiłek fizyczny. Optyk Polski 53, Feniks Media Group, Kraków.

https://iscev.wildapricot.org/

http://www.roland-consult.de/

https://www.lkc.com/

http://www.tomey.com/

https://metrovision.fr/

https://www.optopol.com.pl/products-list/okulistyka/elektrofizjologia-oka/#produkty

http://www.optotech.pl/32,diagnostyka


Dr Krzysztof Penkala

Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński,

Zakład Fizyki Medycznej, Pomorski Uniwersytet Medyczny (PUM) Szczecinie

Pracownia Elektrofizjologii Siatkówki, Dróg Wzrokowych Perymetrii, II Katedra Klinika Okulistyki PUM

Polecamy