Name: 利用视网膜成像研究痴呆 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-06T17:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 17 s
Description: 了解视网膜成像技术用于量化血管和神经元结构变化，以辅助痴呆症的早期诊断和风险评估。该方法无创、经济且易于操作，为神经退行性疾病研究提供新窗口。

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我们谨向新加坡国立大学计算机学院致以诚挚的感谢，感谢其提供的技术支持；同时感谢香港健康与医学研究基金（04153506）提供的经费支持。

关于潜在的财务关系，作者Tien Y. Wong是本文所使用的新加坡眼底血管评估（Singapore I Vessel Assessment，SIVA）程序的共同发明人之一。

本方案描述了在活体中定量分析视网膜神经元和血管变化的步骤。in vivo条件下，由于视网膜与大脑具有相似的胚胎起源、解剖特征和生理特性，这些视网膜变化可能反映了大脑中类似的血管和神经元结构改变。
如图10和表1所示，与健康受试者相比，阿尔茨海默病（AD）受试者的血管管径减小。已有报道表明，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）减小与阿尔茨海默病相关46,47，但这一现象并非在所有研究中均被观察到48。
此外，与健康受试者相比，阿尔茨海默病（AD）受试者的分形维数降低，血管扭曲度增加，且分枝系数和分枝角度处于次优状态。这些变化表明视网膜血管网络的整体几何模式发生了改变。49<s...

由于预期寿命的延长，痴呆已成为一个重大的医学问题，给全球带来了显著的社会和经济健康负担1,2,3,4,5。目前，美国每66秒就有一人被诊断为阿尔茨海默病（AD），这是最常见的痴呆类型6。据估计，到2050年，全球将有1.15亿人受到AD的影响7。&#160; &#160;
视网膜因其与大脑相似的解剖和生理特性，为研究痴呆提供了一个独特的“窗口”。在血管结构方面，直径为100至300 µm的视网膜小动脉和小静脉与脑部小血管具有相似的特征，例如终末小动脉无吻合支、屏障功能以及自主调节能力8,9在神经元结构方面，视网膜神经节细胞（RGCs）与中枢神经系统（CNS）中的神经元具有典型的共同特性¹⁰。RGCs 与大脑有显著连接，因其构成视神经，并将视觉信号从视网膜传递至外侧膝状体核和上丘。视神经与中枢神经系统中的许多神经纤维相似，由少突胶质细胞髓鞘化，并被脑膜层包裹。值得注意的是，视神经受损可引发与其他中枢神经系统轴突损伤相似的反应，如轴突的逆行性和顺行性变性、瘢痕形成、髓鞘破坏、继发性变性，以及神经营养因子和神经递质水平异常。11,12,13,14一些阿尔茨海默病患者出现视觉症状的现象，也可能通过视网膜与大脑之间的密切关联得到解释。15,16因此，有研究提出，视网膜可能反映大脑中痴呆的病理过程，且视网膜成像可用于痴呆的研究。
视网膜血管和神经结构现在可通过视网膜成像技术进行无创可视化。例如，可使用眼底相机获取视网膜眼底照片，并分析视网膜血管的特征（例如， 血管管径、扭曲度和分形维数等参数可通过计算机辅助分析程序进行量化。此外，视网膜神经元结构的参数（如节细胞-内丛状层[GC-IPL]厚度和视网膜神经纤维层[RNFL]厚度）也可通过光学相干断层扫描（OCT）进行测量，并利用内置分析算法进行量化。
鉴于视网膜成像在痴呆研究中的重要性，本方案旨在描述一种用于成像和分析视网膜血管及神经元结构的方法 体内 使用视网膜成像技术。本方案还提供了痴呆患者视网膜变化的示例，并讨论了视网膜成像的技术问题及当前局限性。

<table><tbody><tr><td>非散瞳眼底相机&amp;nbsp;</td><td>Topcon, Inc, Tokyo, Japan</td><td>TRC 50DX&amp;nbsp;</td><td>N/A</td></tr><tr><td>新加坡 I 血管评估程序</td><td>新加坡国立大学</td><td>版本 4.0</td><td>N/A</td></tr><tr><td>CIRRUS HD-OCT&amp;nbsp;</td><td>Carl Zeiss Meditec, Inc, Dublin, CA</td><td>型号 4000</td><td>N/A</td></tr><tr><td>散瞳剂&amp;nbsp;</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>由 1% 托吡卡胺和 2.5% 盐酸去氧肾上腺素配制而成</td></tr></tbody></table>

利用视网膜成像研究痴呆症

Using Retinal Imaging to Study Dementia

视网膜为研究大脑痴呆症的病理生理过程提供了一个独特的“窗口”，因为它是中枢神经系统（CNS）的延伸，在胚胎起源、解剖特征和生理特性方面与大脑具有显著的相似性。&#160; 目前，利用视网膜成像技术（包括眼底摄影和光学相干断层扫描（OCT））可以无创且便捷地可视化视网膜的血管和神经结构，并通过计算机辅助分析程序进行半自动量化。研究视网膜血管和神经结构变化与痴呆之间的关联，有助于加深我们对痴呆的理解，并可能辅助诊断和风险评估。&#160; 本方案旨在描述一种量化和分析可能与痴呆相关的视网膜血管系统和神经结构的方法。本方案还提供了痴呆患者视网膜变化的示例，并讨论了视网膜成像的技术问题及当前局限性。

<img alt="视网膜图像：正常人与阿尔茨海默病患者对比；比较分析，眼科诊断。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56137/56137fig10.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 10"> 
图10：展示正常受试者与阿尔茨海默病（AD）受试者之间视网膜血管结构差异的示例。 与正常受试者相比，AD受试者的眼底照片显示血管管径更窄（B区CRAE：116.4 µm vs. 156.4 µm；B区CRVE：186.9 µm vs. 207.5 µm；C区CRAE：138.5 µm vs. 165.8 µm；C区CRVE：206.6 µm vs. 232.2 µm）、视网膜血管分形维数更小（总分形维数：1.472 vs. 1.517；小动脉分形维数：1.246 <em...

视网膜与大脑具有显著的相似性，因此为非侵入性研究脑部血管和神经元结构提供了一个独特的窗口。本方案描述了一种利用视网膜成像技术研究痴呆的方法。该方法有望辅助痴呆的诊断与风险评估。

视网膜为研究大脑痴呆症的病理生理过程提供了一个独特的“窗口”，因为它是中枢神经系统的一部分……

本方案的总体目标是描述利用视网膜成像技术对视网膜中的血管和神经结构进行定量分析的方法，这些方法可能反映与痴呆相关的脑部变化，并有望用于痴呆的诊断和风险评估。视网膜与大脑具有相似的胚胎起源、解剖特征和生理特性，因此为研究痴呆提供了独特且易于获取的窗口。目前，借助先进的视网膜成像技术，可以对视网膜中的血管和神经变化进行无创、经济、操作简便且广泛可及的成像与定量分析。目前用于痴呆症（尤其是阿尔茨海默病）的生物标志物十分有限。开发新的生物标志物或检测方法，以实现对未来认知功能下降及早期痴呆发病的预测，已成为全球科研重点。本次演示操作流程将由我们研究团队的 Victor、Tiffany 和 Fangyao 完成。开始此操作时，使用散瞳剂对受试者的瞳孔进行散瞳。然后，等待至少15分钟，以确保瞳孔充分散大。接着，启动眼底相机，并在计算机上打开图像采集程序。将受试者的下巴正确放置在下巴托上，前额紧贴头带。随后，移动控制杆，使光束准确对准受试者瞳孔。调整照明点，直至在眼底相机的取景器中两侧的光斑均显示为最小。移动外部固视目标以引导受试者的眼睛，直至视盘位于取景器中心，且感兴趣区域完全处于图像范围之内。然后调节调焦旋钮，使视网膜对焦清晰。要求受试者牢固注视外部固视目标，并确保其眼睛没有被泪水充满。然后按下快门按钮以拍摄图像。随后，将所有图像以可调节分辨率的 tiff 格式保存。为了获得高质量的视网膜图像，充分散大患者的瞳孔，并在成像过程中鼓励患者牢固注视固视目标，这一点非常重要。进行自动追踪时，使用计算机辅助分析程序打开图像。单击左侧功能面板上的 OD Center 按钮，鼠标光标将变为一个绿色圆圈。接下来，左键单击视盘中心以固定绿色圆圈，然后点击“查找视盘”按钮，提示软件检测视盘边缘并放置新的测量网格。现在，点击“处理”按钮以启动血管的自动追踪过程。左键单击选择具有错误血管标签的血管，然后点击“血管类型”按钮以更改血管类型。单击“添加片段”按钮，然后使用光标在未完成血管轨迹的远端末端点击，以延伸不完整的血管轨迹。随后，在血管走向上的各个点处单击鼠标左键，继续延伸血管轨迹。如果血管的远端超出测量网格范围，则在最外层的白色圆圈处停止轨迹绘制。随后，点击“查找覆盖区域”按钮，系统将自动在所有血管节段上放置血管覆盖区域。如果血管覆盖区域未垂直于血管壁、血管被其他血管遮挡，或血管覆盖区域对血管内腔宽度的估计过高或过低，则应取消激活该覆盖区域。为准确测量视网膜血管参数，需对不正确的血管轨迹进行适当调整。掌握这些步骤可能需要反复练习，并在经验丰富的评估者指导下进行。关闭评估窗口，然后在弹出的对话框中点击“发送”，以将已评估的图像上传至基于云的服务器，并记录自动测量的视网膜血管参数，例如血管管径、分形维数、扭曲度、分支角度和分支系数。要执行图像采集，请打开OCT程序并选择黄斑立方体扫描协议，以启动新的黄斑扫描。接下来，通过调整颏托位置，在虹膜视图中定位瞳孔。单击自动对焦按钮，然后单击优化按钮以改善图像质量；当按钮周围的边框变为绿色时，单击捕获按钮以开始扫描。使用视盘立方体扫描协议对视神经头进行另一次扫描，并保存扫描结果。随后，在分析界面中选择双眼的黄斑立方体扫描记录。点击双眼神经节细胞分析，以启动自动分析算法，评估所捕获图像的神经节细胞层-内丛状层（GC IPL）厚度。然后，将分析结果以 PDF 格式保存打印输出。随后，在分析界面中选择双眼的视盘立方体扫描记录。点击视神经头（ONH）和视网膜神经纤维层（RNFL）双眼（OU）分析，以启动自动分析算法，评估所采集图像的RNFL厚度，并将分析结果以PDF格式保存。眼底摄影可用于评估视网膜血管结构，进而反映脑部微循环的状态。这些是一名健康受试者和一名阿尔茨海默病（AD）受试者的眼底照片。与健康受试者相比，AD受试者表现出更窄的血管管径、更小的视网膜血管分形维数以及更高的视网膜血管扭曲度。光学相干断层扫描可用于评估视网膜神经元结构，进而反映脑神经元的状态。该正常受试者的厚度图显示了RNFL和GC-IPL的正常厚度分布。分析算法还将测量的厚度与年龄匹配的正常值数据库进行比较，并生成显著性图。该受试者被分类为正常，因为所有区域均显示为绿色或白色。这两个图展示了阿尔茨海默病（AD）受试者的分析结果。如厚度图中的蓝色区域所示，该AD受试者在部分视网膜神经纤维层（RNFL）和神经节细胞层-内丛状层（GC-IPL）区域表现出变薄。显著性图中的红色和黄色扇区也表明，与设备的年龄匹配正常数据库相比，相应区域的GC-IPL或RNFL变薄属于异常。一旦掌握，整个操作可在一小时内完成。该方法具有无创性和保密性，可轻松实现短期和长期的重复测量。由于视网膜允许对中枢神经系统进行无创且直接的成像，这为研究人员评估痴呆对微血管系统和神经结构的影响提供了途径。已有研究表明，视网膜微循环和神经结构的变化与痴呆症（尤其是阿尔茨海默病）相关。在完成这些操作后，还可进行认知功能测试及其他神经影像学检查，以收集更多关于痴呆症的信息。观看本视频后，您应能够充分掌握如何使用眼底相机、光学相干断层扫描仪及计算机辅助分析程序，客观地获取视网膜图像，并对视网膜的血管和神经变化进行定量分析。

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利用视网膜成像研究痴呆

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