视网膜图像分析是一种用于可视化微循环的无创性操作。心血管疾病危险因素的影响可能导致视网膜血管管径发生变化。本文描述了获取眼底图像的操作流程以及计算血管管径的具体步骤。
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本文内容
摘要
摘要
微循环由直径小于150 µm的血管组成，占循环系统的很大一部分，在维持心血管健康方面起着重要作用。视网膜是眼球内壁的一层组织，也是唯一可用于无创分析微血管系统的组织。如今，可以使用数字相机获取高质量的眼底图像。即使不散瞳，也可在5分钟或更短时间内完成视网膜图像的采集。这种无创且快速的微循环可视化方法，适用于从儿童期到老年期的心血管健康监测，也适合应用于流行病学研究。
影响血液循环的全身性疾病可导致视网膜血管发生进行性形态学改变。例如，视网膜动脉和静脉管径的变化与高血压、动脉粥样硬化以及中风和心肌梗死风险增加相关。血管宽度通过图像分析软件测定，并将六条最大动脉和静脉的宽度分别汇总为中央视网膜动脉等效值（CRAE）和中央视网膜静脉等效值（CRVE）。这些指标已被证明可用于研究可改变的生活方式和环境因素对心血管疾病风险的影响。
本文描述了获取眼底图像的步骤以及分析中央视网膜动脉等效直径（CRAE）和中央视网膜静脉等效直径（CRVE）的方法。CRAE和CRVE重复测量的变异系数小于2%，且评定者内部的可靠性非常高。通过一项小组研究，报告了视网膜血管管径对颗粒物空气污染短期变化的快速反应，后者是心血管疾病发病和死亡的已知危险因素。综上所述，建议将眼底成像作为一种便捷且有效的工具，用于流行病学研究中探讨微血管对心血管疾病危险因素的反应。
引言
微循环由直径小于150 µm的血管组成，包括最小的阻力动脉、小动脉、毛细血管和小静脉。这些血管构成了循环系统的重要部分，在维持心血管健康方面发挥着关键作用。150 µm的血管直径是一个生理学和物理学上的界限。直径小于150 µm的血管其流变学特性与大动脉不同。此外，在具有血流自身调节能力的血管床中，大多数自身调节性的阻力变化发生在150 µm以下的下游血管中1。微循环具有两个重要功能。首要功能是为细胞提供氧气和代谢底物，以满足组织的代谢需求，同时清除代谢废物和二氧化碳。交换血管数量的改变以及微血管血流模式的变化会减少有效的交换表面积，可能导致组织灌注不足，无法满足代谢需求2。此外，血管床内的静水压在此处下降，微循环在调节整体外周阻力方面也发挥着作用3。
视网膜是一层位于眼球内壁的组织。其主要功能是将进入眼内的光信号转化为神经信号，并进一步传递至视觉皮层以处理视觉信息。视网膜的作用是感知外部世界，而参与这一过程的所有眼部结构在光学上均是透明的。这使得视网膜组织可用于对微血管系统进行无创成像4。视网膜成像技术正被用于识别眼部疾病。例如，黄斑变性的晚期形式可因异常血管向黄斑区生长而导致视力丧失。这些血管通常通透性更高，容易发生出血，并向视网膜内或下方渗漏血液和蛋白质。这些事件是导致光感受器不可逆损伤的主要原因。青光眼的发生与视网膜神经节细胞及其轴突的损伤相关。这一过程会导致视盘凹陷（杯状改变），....
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方案
哈瑟尔特大学和安特卫普大学医院伦理委员会批准了本研究。参与者签署了书面知情同意书以参与研究。
1. 仪器设置
- 从数字视网膜相机和设备主机上取下黑色保护外壳。
- 打开电池仓，将电池放入相机中。请勿断开连接电池与主机的电线。
- 将相机旋紧安装到主机上，并连接两条电线。使用提供的 USB 线缆将主机连接至电源和计算机。
- 将主机的开关拨至“开”以启动主机。将相机的开关拨至“开”以启动相机。
- 启动计算机。这可以防止主机与计算机之间出现连接错误。
2. 拍摄照片
- 启动视网膜成像控制软件（并输入所需密码）。该软件是数字视网膜相机的一部分（参见材料表中的链接）。
- 点击屏幕左上角的“Study”图标以开始研究。对于新患者，请填写患者ID、姓名、出生日期等所有详细信息。如果患者已在系统中，填写“患者ID”后使用“Search history list”功能，然后双击患者姓名以开始研究。
- 请患者在相机前就座，将下巴置于下巴托上，前额紧贴额托，并固定头部以进行拍摄。
- 请患者直视相机镜头。在水平（X-Y）平面内移动相机，对准右眼或左眼。
- 使用下巴托调整患者角膜位置，使其位于相机显示屏上出现的两个圆圈内。通过操纵操纵杆上的滚轮进行微调....
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结果
CRAE 与 CRVE 测定的重复性
招募了61名年龄在22至56岁之间、无临床诊断心血管疾病的个体，用于研究中央视网膜小动脉等效值（CRAE）和中央视网膜小静脉等效值（CRVE）测定的技术重复性及评定者内部变异。使用眼底相机对每位个体的右眼眼底在5分钟内连续拍摄两张照片（图1 和 图2）。该操作在连续4天的大致相同时间进行。在5分钟内拍摄的照片所测得的CRAE和CRVE的平均变异系数±标准差分别为1.76 ± 1.71和1.78 ± 1.51。CRAE和CRVE测量值的平均值±标准差分别为151.31 ± 13.53和213.20 ± 18.44。连续4天所获得的CRAE和CRVE值之间未观察到显著差异。
右眼的CRAE和CRVE值被平均为每天一个CRAE值和一个CRVE值。随后，通过组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient, ICC）评估测量的重复性。ICC是一种无量纲统计量，取值范围为0到1，用于描述在人群中的重复测量.......
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讨论
视网膜图像分析被提议作为一种便捷的工具，用于流行病学研究中微血管反应的观察。当操作者经验丰富时，拍摄一张眼底图像所需时间少于5 min 。此外，这种无创的微循环可视化方法可用于从婴幼儿到老年人各年龄段的受试者。
关于视网膜血管形态学改变（例如血管管径、几何模式等的变化）与可改变的生活方式及环境危险因素之间关联的文献日益增多15,16。实验性和流行病学研究显示，短期和长期暴露于空气污染与心血管疾病的发病率和死亡率密切相关。然而，像视网膜眼底摄影这样一种便捷的技术，在研究空气污染物可能引起的微循环效应方面却极少被应用。
本视频方案详细解释了获取高质量眼底图像所需的各个步骤。随后介绍了获取小动脉和小静脉管径测量值的方法，特别是中央视网膜小动脉等效值（Central Retinal Arteriolar Equivalent, CRAE）和中央视网膜小静脉等效值（Central Retinal Venular Equivalent, CRVE）13,28。重复测量分析结果.......
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披露
作者声明不存在任何实际或潜在的竞争性经济利益。
致谢
关于微血管对颗粒物空气污染反应的研究结果已获《环境健康展望》杂志许可予以复制24。经验证的气象与空气质量数据由比利时皇家气象研究所和弗拉芒环境署友好提供。视网膜图像分析软件由N. Ferrier博士（威斯康星大学麦迪逊分校工程学院及眼科与视觉科学系眼底照片读片中心）提供。Tijs Louwies和Eline Provost获得VITO博士后奖学金支持。Eline Provost获得弗拉芒科学基金青年研究奖学金。Tim S. Nawrot持有欧洲研究理事会启动资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 佳能CR-2免散瞳眼底相机 | Hospithera（比利时布鲁塞尔） | http://www.usa.canon.com/cusa/healthcare/products/eyecare/digital_non_mydriatic_retinal_cameras/cr_2。任何其他具有可比分辨率和规格的视网膜相机均可用于视网膜微血管的分析。兼容性应 在开始研究之前应进行检查。 | |
| IVAN：血管测量软件 | 该软件可用于科学研究目的，且免收费用。可通过联系 Nicola Ferrier 博士（麦迪逊工程学院和眼底照片读片中心）获取该软件。 威斯康星大学眼科与视觉科学系中心–麦迪逊）。http://directory.engr.wisc.edu/me/faculty/ferrier_nicola。电话：(608) 265-8793 传真：(608) 265-2316 或电子邮件：ferrier@engr.wisc.edu |
参考文献
- Clough, G., Cracowski, J. L. Spotlight Issue: Microcirculation-From a Clinical Perspective. Microcirculation. 19, 1-4 (2012).
- Tsai, A. G., Johnson, P. C., Intaglietta, M. Oxygen gradients in the microcirculation. Physiological Reviews. 83, 933-963 (2003).
- Safar,....
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重印与许可
