Doppler Optical Coherence Tomography der retinalen Zirkulation

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, den gesamten Netzhautdurchblutungsstrom mithilfe der Doppler-Optischen Kohärenztomographie oder OCT und einer halbautomatisierten Auswertungssoftware zu messen. Dies wird erreicht, indem zunächst der Patient gemäß einem Doppelwinkel-Protokoll mit der Doppler-OCT gescannt wird. Der zweite Schritt besteht darin, die Qualität der OCT-Bilder automatisch zu bewerten und Blutgefäße in den Bildern zu detektieren.

Anschließend bewerten und korrigieren die Gutachter die Lage, den Durchmesser und den Typ der Gefäße anhand von OCT-Bildern und einer Farbfotografie der Papille. Im letzten Schritt werden das Doppler-Signal und der Doppler-Winkel der detektierten retinalen Venen berechnet und der Blutfluss sowie die Fließgeschwindigkeit in jeder Vene geschätzt. Letztendlich erhält man den gesamten Netzhautblutfluss, indem man den Blutfluss in allen Venen um die Papille herum aufsummiert.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie Laser-Doppler-Verfahren und farbkodierter Ultraschall-Doppler-Bildgebung besteht darin, dass sie Gesamtmessungen des Netzhautblutflusses anhand von Scans ermöglicht, die in nur zwei Sekunden aufgenommen werden. Die Videodemonstration dieses Verfahrens ist entscheidend, da die Schritte schwer zu erlernen sind und die Genauigkeit des Ergebnisses von der Bildqualität und der subjektiven Erfassung der Gefäßposition abhängt. Die Demonstration des Scanvorgangs wird von der Augenheilkundlichen Technikerin Janis Van Norman durchgeführt.

Für dieses Protokoll sollten Patienten mit einer RT-Ansicht für Ihr optisches Kohärenztomographie- oder OCT-System gescannt werden, wobei ein zirkumpapilläres doppelt-kreisförmiges Scannermuster verwendet wird. Zusätzlich ist eine 3D-OCT-Aufnahme des Sehnervenkopfs erforderlich. Das doppelt-kreisförmige Scannermuster besteht aus zwei konzentrischen Kreisen um den Sehnervenkopf herum, mit einem Innendurchmesser von 3,4 Millimetern und einem Außendurchmesser von 3,75 Millimetern.

Dieses Muster durchquert alle aus der Sehnervenpapille hervorgehenden retinalen Arterien und Venen. Das Muster wird sechsmal nacheinander innerhalb von zwei Sekunden durchgeführt, sodass die Durchblutungsmessung über etwa zwei Herzzyklen gemittelt werden kann. Die Doppler-Scans erfolgen gemäß einem Dual-Winkel-Protokoll, bei dem drei Scans mit dem OCT-Strahl durch den SUP-nasalen Teil der Pupille und drei Scans durch den unteren Nasalteil der Pupille erhalten werden.

Dies ermöglicht Durchflussmessungen mit zwei Einfallswinkeln an jedem Gefäß am OCT-Gerät. Nachdem jeder Scan erhalten wurde, werden die Bildqualitätsindizes automatisch berechnet; behalten Sie nur Scans von akzeptabler Qualität. Die Echtzeit-Überprüfung der Qualität erhöht die Wahrscheinlichkeit gültiger Durchflussmessungen.

Führen Sie als Nächstes den 3D-Optic-Disk-Scan durch. Dabei handelt es sich um einen Raster-Scan, der einen sechs mal sechs Millimeter großen Bereich um die Optic Disk abdeckt. Dies liefert ein detailliertes Bild dieser Region auf der Fas.

Importieren Sie außerdem eine Farbfotografie der Papille, um Arterien und Venen besser unterscheiden zu können. Um die Analyse zu beginnen, übertragen Sie zunächst die Doppler-OCT-Bilder, die 3D-Papillenbilder, die OCT-Bilder und die Farbfotografien der Papille an das Zentrum zur Beurteilung der Durchblutung, wo die Gutachter mit der Software Doctor C die retinale Durchblutungsgeschwindigkeit und die Gefäßfläche im Auswertungszentrum messen. Der primäre Gutachter klassifiziert die Daten jedes Auges entweder als von guter oder schlechter Qualität.

Entsprechend der durchschnittlichen Augenbewegung und Signalstärke der wiederholten Scans werden nur Scans von guter Qualität als akzeptabel eingestuft. Wenden Sie einen automatisierten Segmentierungsalgorithmus an, um die Einzelbilder auf demselben Kreis zu registrieren und jedes OCT-Bild zur Gefäßdetektion zu segmentieren. Anschließend wenden Sie einen automatisierten Algorithmus an, der die Gefäße zuordnet, um dasselbe Gefäß in jedem Einzelbild zu lokalisieren.

Projizieren Sie für eine Übersichtsbeurteilung das detektierte Gefäß als Liniensegment auf das aus dem 3D-Disc-Scan berechnete FFA-Fundusbild. Lassen Sie die Auswerter jedes Gefäß in einem kleinen Ausschnitt der gemittelten inneren und äußeren Ringbilder beurteilen, überlagert mit einem Kreis, der das automatisierte Segmentierungsergebnis darstellt. Der Auswerter sollte beurteilen, ob Ort, Gefäß, Durchmesser und Gefäßtyp korrekt mit dem Gefäß auf den beiden Ringen übereinstimmen.

Entsprechend dem OCT-Bild auf einem fas-OCT-Bild und dem Diskus-Foto desselben Auges kann der Gutachter alle oben genannten Werte gegebenenfalls anpassen. Jedes Gefäß erhält automatisch eine Vertrauensbewertung von null bis fünf, basierend auf der Doppler-Signalstärke im Bereich des Gefäßes. Der Gutachter korrigiert diese anschließend manuell anhand der Stärke des Doppler-Signals, der Regelmäßigkeit der Übereinstimmung der Gefäßgrenzen zwischen innerem und äußerem Ring, der Größe des Gefäßes und der Übereinstimmung des Vorzeichens der Doppler-Verschiebung zwischen innerem und äußerem Ring.

Die Konfidenzpunktzahl wird für die gewichtete Durchschnittsbildung des Flusses zwischen den Scans verwendet. Nachdem alle Gefäße überprüft und korrigiert wurden, wenden Sie einen automatisierten Algorithmus an, um die Blutfluss-S-Fläche und die Geschwindigkeit jeder Vene zu berechnen. Bewertungsqualitäten sowie der gesamte retinale Blutfluss, die venöse und arterielle Fläche und die Geschwindigkeit werden berechnet.

Die Algorithmen werden in diesem Flussdiagramm detailliert dargestellt. Zuerst integrieren Sie das Doppler-Signal über den Gefäßquerschnitt und bilden anschließend den Mittelwert über alle Einzelbilder. Danach berechnen Sie den Doppler-Fluss als summiertes Doppler-Signal dividiert durch den Doppler-Winkel.

Die Gefäßfläche wird ebenfalls für jedes Gefäß über mehrere Einzelbilder gemittelt. Die Durchblutung wird anhand eines gewichteten Mittelwerts aus den gültigen Scans berechnet. Die Gültigkeit wird anhand des zuvor berechneten subjektiven Vertrauenswerts sowie einer objektiven Bewertung der Zuverlässigkeit des Doppler-Winkels bestimmt.

Das Gewicht der gültigen Scans wird durch die Stärke des summierten Doppler-Signals und die Variation des Doppler-Winkels bestimmt. Berechnen Sie die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit, indem Sie die Flüsse in den gültigen Venen addieren und durch die summierte Fläche dieser Venen dividieren. Die Gefäße ohne gültige Scans.

Schätzen Sie den Fluss mithilfe der Gefäßfläche und der durchschnittlichen Flussgeschwindigkeit aus validen Venen ab. Addieren Sie den berechneten Fluss aller Venen, um den gesamten Netzhautdurchblutungsfluss zu bestimmen. Bewerten Sie die Zuverlässigkeit der Messung des gesamten Netzhautdurchblutungsflusses anhand des Prozentsatzes der validen venösen Fläche, Augenbewegung und Signalstärke.

Berechnen Sie anschließend den Blutfluss der oberen und unteren Hemisphäre. Ermitteln Sie außerdem die venöse Fläche und die gesamte arterielle Fläche, indem Sie die Gefäßflächen aller Venen bzw. aller Arterien addieren. Unter der Annahme, dass der gesamte Netzhautblutfluss in Arterien und Venen gleich ist, berechnen Sie die arterielle und venöse Flussgeschwindigkeit, indem Sie den Gesamtblutfluss durch die arterielle Fläche und die venöse Fläche dividieren.

Die Ergebnisse wurden in die zentrale Datenbank von Doctor C eingegeben. Forscher können die Ergebnisse online einsehen. Die Ergebnisse umfassen zwei Teile: die Bewertungsqualitäten und die Messungen.

Die Ergebnisse können außerdem als Tabellenkalkulation heruntergeladen werden. Hier sehen wir den gesamten Netzhautdurchblutungsfluss, wie er von zwei Auswertern mithilfe der Doctor-Z-Software bestimmt wurde. Die Messungen des gesamten Netzhautdurchblutungsflusses durch jeden Auswerter sind sich ähnlich und ähneln den Durchflussraten, die vom anderen Auswerter mithilfe der manuellen Software und aus der Literatur ermittelt wurden.

Die Ausbeute mit dem Einzelwinkel-Protokoll liegt bei etwa 65 %, kann jedoch mit dem Doppelwinkel-Protokoll und der Echtzeit-Bildqualitätskontrolle für drei Gutachter auf 80 % verbessert werden. Für alle Gutachter besteht eine gute Korrelation zwischen dem Gesamtblutfluss und der Musterstandardabweichung aus Gesichtsfelduntersuchungen beim Glaukom der Augen. Die Reproduzierbarkeit des Integrators, gemessen als Variationskoeffizient, ist sowohl für glaukomatöse als auch für normale Augen ähnlich.

Ebenso sind die Reproduzierbarkeitsmessungen für die beiden Methoden, Dr.C und die manuelle Software, vergleichbar. Wenn der Ablauf einmal beherrscht ist, kann das Doppelwinkel-Protokoll innerhalb weniger Minuten durchgeführt werden, und die Begrüßung erfolgt in etwa 20 Minuten. Bei der Durchführung der Doper-OCT-Aufnahme ist es wichtig, das Doppelwinkel-Protokoll einzuhalten und die Bildqualität für jede Aufnahme zu überprüfen.

Diese Technik hat breite Anwendungsmöglichkeiten für Erkrankungen des Sehnervs und der Netzhaut, wie beispielsweise Glaukom und diabetische Retinopathie.