Valutazione del contributo capillare e di altri vasi alla densità di perfusione maculare misurata con tomografia a coerenza ottica Angiografia

La circolazione retinica è la combinazione di flusso arteriolare, capillare e venulare, il cui contributo può variare per soddisfare il fabbisogno di ossigeno dei diversi strati retinici. Questa circolazione non dipende dalla regolazione autonoma del sistema nervoso ed è stata tradizionalmente valutata con l'angiografia con fluoresceina, un metodo invasivo che utilizza il contrasto endovenoso per delineare i vasi retinici. Le fotografie sequenziali consentono la valutazione della circolazione arteriosa, arteriolare, venulare e venosa, nonché dei siti di danno capillare nelle malattie vascolari ^retiniche1.

Un metodo attuale per misurare la circolazione maculare è l'angiografia con tomografia a coerenza ottica (OCTA), che utilizza l'interferometria per ottenere immagini retiniche e può delineare capillari e vasi retinici più ^grandi2. A differenza dell'angiografia con fluoresceina, l'imaging OCTA non è influenzato dall'ombreggiatura del pigmento xantofilla maculare, consentendo un'imaging superiore dei capillari maculari3. Altri vantaggi dell'OCTA rispetto all'angiografia con fluoresceina sono la sua non invasività e la sua risoluzione più ^elevata4.

I dispositivi OCTA misurano il plesso capillare superficiale alla parafovea in una mappa di 3 x 3 mm, concentrica al centro foveale (Figura 1). L'apparecchiatura misura automaticamente la densità della lunghezza del vaso (la lunghezza dei capillari con circolazione nell'area misurata) e la densità di perfusione (la percentuale dell'area misurata con la circolazione), che include quella dei vasi più grandi dei capillari (Figura 2)⁵. La densità dei vasi ha un contributo sostanziale alla densità di perfusione in condizioni fisiologiche. Alcuni dispositivi misurano la densità dei vasi come "densità vascolare scheletrata" e la densità di perfusione come "densità vascolare / vascolare". Indipendentemente dal dispositivo, di solito c'è una misura per la lunghezza (misurata in mm / ^mm2 o ^mm-1) e un'altra per l'area con circolazione (misurata in %), che vengono generate automaticamente.

La densità dei vasi può cambiare nelle persone sane se esposte all'oscurità, alla luce ^tremolante6 o alle bevande contenenti ^caffeina7 a causa dell'accoppiamento neurovascolare che ridistribuisce il flusso sanguigno tra i plessi capillari superficiali, medi e profondi in base allo strato retinico con la più alta attività. Qualsiasi diminuzione della densità dei vasi causata da questa ridistribuzione ritorna ai valori basali dopo la cessazione dello stimolo e non rappresenta la perdita capillare, un cambiamento patologico riportato prima che la retinopatia compaia in malattie vascolari come il ^diabete8 o l'ipertensione ^arteriosa9.

La diminuzione dei capillari potrebbe essere parzialmente compensata dalla vasodilatazione arteriolare. Misurare solo una percentuale o un'area perfusa non fornisce alcuna informazione sul fatto che ci sia vasodilatazione, che può apparire quando i capillari raggiungono una soglia minima. Misurare la densità del vaso non aiuterebbe a rilevare un aumento dell'area di circolazione derivante dalla vasodilatazione. Il contributo della circolazione arteriolare alla densità di perfusione può essere stimato indirettamente utilizzando un coefficiente di determinazione tra densità del vaso e densità di perfusione e definendo la percentuale dell'area con circolazione che corrisponde ai capillari o ad altri vasi.

La logica alla base di questa tecnica è che l'analisi di regressione può identificare la misura in cui le modifiche di un valore numerico indipendente provocano modifiche di un valore numerico dipendente. Nell'imaging dei vasi maculari utilizzando OCTA, la circolazione capillare è una variabile indipendente che influenza l'area con la circolazione perché ci sono pochi vasi più grandi nella regione valutata. Tuttavia, la parafovea ha vasi più grandi che possono dilatarsi e modificare la percentuale dell'area con circolazione, che non può essere identificata direttamente dalle attuali metriche OCTA automatizzate. Il vantaggio di utilizzare un coefficiente di determinazione è che misura una relazione tra due metriche esistenti per produrne altre due: la percentuale dell'area con circolazione che corrisponde ai capillari e la percentuale che corrisponde ad altri vasi. Entrambe le percentuali possono essere misurate direttamente utilizzando un conteggio dei pixel con il software di imaging. Tuttavia, il coefficiente di determinazione può essere calcolato per un campione con i numeri che i dispositivi OCTA generano ^{automaticamente10,11}.

Pathak et al. hanno utilizzato un coefficiente di determinazione per stimare la massa muscolare magra e grassa da misure demografiche e antropometriche utilizzando una rete neurale artificiale. Il loro studio ha scoperto che il loro modello aveva un valore ^R2 di 0,92, il che spiegava la variabilità di gran parte delle loro variabili ^dipendenti12. O'Fee e colleghi hanno usato un coefficiente di determinazione per escludere l'infarto miocardico non fatale come surrogato per tutte le cause e la mortalità cardiovascolare perché hanno trovato un ^R2 da 0,01 a 0,21. Tali risultati hanno mostrato che la variabile indipendente spiegava meno dell'80% dei cambiamenti delle variabili dipendenti, impostati come criterio di maternità surrogata (^R2 = 0,8) ¹³.

Il coefficiente di determinazione viene utilizzato per valutare l'effetto delle variazioni di una variabile, di un gruppo di variabili o di un modello sulle variazioni di una variabile di risultato. La differenza tra 1 e il valore ^R2 rappresenta il contributo di altre variabili alle variazioni della variabile di risultato. È raro attribuire la differenza a una singola variabile perché di solito ce ne sono più di due che contribuiscono al risultato. Tuttavia, la proporzione dell'area maculare che ha circolazione può provenire solo dall'area coperta da capillari e da quella coperta da vasi più grandi, poiché i vasi più grandi si dilatano più dei capillari. Inoltre, si ritiene che la vasodilatazione reattiva provenga molto probabilmente dalle arteriole retiniche, perché una ridotta circolazione capillare potrebbe ridurre l'apporto di ossigeno.

Solo due fonti contribuiscono a una percentuale di area con circolazione nella macula: capillari e vasi più grandi di loro. Il coefficiente di determinazione tra densità del vaso e densità di perfusione determina il contributo dei capillari all'area con circolazione, e le restanti variazioni (la differenza tra 1 e il valore ^R2 ) rappresentano il contributo dell'unica altra variabile che rappresenta un'area con circolazione (quella all'interno di vasi retinici più grandi). Questo documento descrive il metodo di misurazione di questo contributo nelle persone sane (gruppo 1) e come cambia nei pazienti con malattie vascolari retiniche: ipertensione arteriosa senza retinopatia ipertensiva (gruppo 2) e diabete mellito senza retinopatia diabetica (gruppo 3).

Questo protocollo è stato approvato dal comitato etico per la ricerca umana di Sala Uno. Vedere il video 1 per le sezioni 1 e 2 e la tabella dei materiali per i dettagli sulle attrezzature utilizzate in questo studio.

1. Analisi retinica nel dispositivo OCTA

1. Selezionare il menu per l'analisi retinica nel dispositivo OCTA.
2. Selezionare una mappa retinica 3 x 3 mm; selezionare superficiale se il dispositivo OCTA misura diversi plessi capillari.
3. Selezionare la densità della lunghezza del vaso (o il suo equivalente, ad esempio, densità vascolare scheletrata).
4. Misurare la densità della lunghezza del vaso in ^mm-1 in una mappa retinica di 3 x 3 mm.
   NOTA: La mappa è divisa in due regioni: centrale (all'interno di un cerchio di 1 mm, concentrico al centro foveale) e interno (al di fuori del cerchio centrale di 1 mm, Figura 3). L'apparecchiatura misura anche una densità completa (all'interno del cerchio di 3 mm) e suddivide la regione interna in quattro campi: superiore, inferiore, temporale e nasale (Figura 4). Ogni regione è specificata in modo che le densità di lunghezza del vaso vengano misurate automaticamente. Gli strumenti visualizzano i valori per le densità centrale, interna e completa e per i campi superiori, temporali, inferiori e nasali della densità interna.
5. Tornare al menu per l'analisi retinica.
6. Selezionare una mappa retinica 3 x 3 mm; selezionare superficiale se il dispositivo OCTA misura diversi plessi capillari.
7. Selezionare la densità di perfusione (o il suo equivalente, ad esempio la densità del vaso).
8. Misurare la densità di perfusione in % in una mappa retinica di 3 x 3 mm.
   NOTA: La mappa è divisa in due regioni: centrale (all'interno di un cerchio di 1 mm, concentrico al centro foveale) e interno (al di fuori del cerchio centrale di 1 mm). L'apparecchiatura misura anche una densità completa (all'interno del cerchio di 3 mm) e suddivide la regione interna in quattro campi: superiore, inferiore, temporale e nasale. Ogni regione viene specificata in modo che le densità di perfusione vengano misurate automaticamente. Gli strumenti visualizzano i valori per le densità centrale, interna e completa e per i campi superiori, temporali, inferiori e nasali della densità interna.
9. Verificare che le mappe di densità abbiano una potenza del segnale > 7; quindi, verificare che le mappe non presentino errori di misurazione derivanti da artefatti o movimenti oculari.
10. Registrare i valori di densità di lunghezza del vaso centrale, densità di perfusione centrale, densità di lunghezza del vaso interno, densità di perfusione interna, densità di lunghezza del vaso superiore, densità di perfusione superiore, densità di lunghezza del vaso inferiore, densità di perfusione inferiore, densità della lunghezza del vaso temporale, densità della lunghezza del vaso temporale, densità della lunghezza del vaso nasale e densità della perfusione nasale in un foglio di calcolo.

2. Calcolo dei coefficienti di determinazione utilizzando un foglio di calcolo

1. Selezionare le variabili da valutare (ad esempio, densità della lunghezza del vaso centrale e densità della perfusione centrale). Selezionare i valori di entrambe le variabili per un gruppo definito (ad esempio, gruppo 1).
2. Nella barra degli strumenti, fare clic su Inserisci.
3. Fare clic sul pulsante dei grafici consigliati nella sezione grafici . Attendere che un grafico a dispersione venga visualizzato come suggerimento in una finestra. Fare clic sul pulsante OK per accettare il suggerimento.
4. Ispezionare il grafico a dispersione dei dati. Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla serie per visualizzare un menu di opzioni .
5. Selezionare l'opzione Aggiungi linea di tendenza . Attendere l'aggiunta di una linea di tendenza lineare al grafico e un menu sul lato destro dello schermo.
6. Spostate il menu verso il basso per trovare l'opzione Visualizza valore R-quadrato sul grafico . Selezionare questa opzione per visualizzare il valore R-squared sul grafico. Selezionate il valore R-quadrato.
7. Seleziona Home sulla barra degli strumenti e quindi fai clic sul pulsante Copia .
8. Preparare un grafico dei coefficienti di determinazione in una nuova pagina.
9. Selezionare una cella di destinazione (ad esempio, coefficiente centrale di determinazione per il gruppo 1). Fare clic con il pulsante destro del mouse. Seleziona Incolla con mantieni la formattazione sorgente.
10. Preparare un nuovo grafico per mostrare la percentuale di variazioni della densità di perfusione spiegate dai cambiamenti nella densità dei vasi.
11. Selezionare la cella con il coefficiente di determinazione nel grafico precedente. Fare clic con il pulsante destro del mouse. Seleziona copia.
12. Selezionare una cella di destinazione nel nuovo grafico (ad esempio, centrare il gruppo 1). Fare clic con il pulsante destro del mouse. Seleziona Incolla.
13. Selezionare la cella con il valore incollato; quindi, nella barra degli strumenti, seleziona home |% nel menu dei numeri.
14. Seleziona aumenta decimale nel menu dei numeri e fai clic una volta.
    NOTA: Il numero risultante è la percentuale di variazioni della densità di perfusione spiegata dalle variazioni della densità dei vasi.
15. Preparare un'altra tabella per mostrare la percentuale di densità di perfusione spiegata dai cambiamenti nei vasi più grandi dei capillari.
16. Selezionare una cella di destinazione (ad esempio, centro nel gruppo 1). Sottrarre l'ultimo risultato da 1.
17. Selezionare questa cella. Seleziona Home nella barra degli strumenti.
18. Selezionare lo stile percentuale nel menu dei numeri.
19. Fare clic una volta su Aumenta decimali nel menu dei numeri.
20. Formattare le carte per visualizzare il contributo dei capillari (densità dei vasi) e dei vasi più grandi dei capillari alle variazioni della densità di perfusione.
21. Ripetere la procedura per ottenere i valori delle densità interne del vaso/perfusione e delle densità superiori, inferiori, temporali e nasali/perfusione del gruppo 3.

3. Confronto dei coefficienti di determinazione

1. Confronta i coefficienti di determinazione in tre gruppi: 1, persone sane; 2, pazienti con ipertensione arteriosa senza retinopatia ipertensiva; e 3, pazienti con diabete mellito di tipo 2 senza retinopatia diabetica. Nel gruppo 3, confronta anche i coefficienti di determinazione tra i campi: superiore, inferiore, temporale e nasale.

4. Confrontare le differenze percentuali nel contributo di capillari e vasi più grandi dei capillari alla densità di perfusione, tra gruppi e tra campi del gruppo 3

C'erano 45 soggetti nel gruppo 1, 18 nel gruppo 2 e 36 nel gruppo 3. La tabella 1 mostra la distribuzione dell'età e delle densità per gruppo; solo le densità dei vasi e di perfusione nel gruppo 1 erano inferiori a quelle del gruppo 2. I coefficienti di determinazione delle densità del vaso centrale e della perfusione sono mostrati nella Figura 5. Non c'era alcuna differenza significativa tra i gruppi.

Il coefficiente di determinazione tra il vaso interno e le densità di perfusione era 0,818 nel gruppo 1, 0,974 nel gruppo 2 e 0,836 nel gruppo 3. Il contributo di vasi più grandi dei capillari ha rappresentato il 18,2% nei soggetti sani, il 2,6% nei pazienti con ipertensione arteriosa e il 16,4% nei pazienti con diabete (Figura 6).

Nel gruppo 3, i coefficienti di determinazione tra vaso e densità di perfusione erano 0,722 nel campo superiore, 0,793 nel campo inferiore, 0,666 nel campo temporale e 0,862 nel campo nasale. Sebbene la regione interna avesse un contributo di vasi più grandi dei capillari che rappresentavano il 16,4% della densità di perfusione, questo contributo era del 27,8% nel campo superiore, del 20,7% nel campo inferiore, del 33,4% nel campo temporale e del 13,8% nel campo nasale (Figura 7).

Figura 1: Distribuzione di una tomografia a coerenza ottica mappa di densità 3 x 3 mm dell'occhio destro. La mappa è centrata nella fovea e misura 3 mm di diametro; le metriche centrali corrispondono a una regione di 1 mm di diametro. Le metriche interne corrispondono all'anello tra i cerchi centrali da 1 mm e quelli da 3 mm di diametro. Le metriche complete corrispondono all'intera area all'interno dei confini della mappa. L'anello interno è diviso in campi: superiore, temporale, inferiore e nasale; la mappa per l'occhio sinistro cambia le posizioni dei campi temporali e nasali. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Una tomografia a coerenza ottica 3 x 3 mm mappa della densità dell'angiografia del plesso capillare maculare superficiale. Il dispositivo utilizza la rappresentazione dei vasi retinici per misurare la densità della lunghezza del vaso in mm-1 e la densità della perfusione in %. La densità della lunghezza della nave corrisponde alla somma della lunghezza delle navi con circolazione entro i confini della mappa; la densità di perfusione corrisponde all'area percentuale della macula con circolazione. I vasi più larghi corrispondono alle arteriole e alle venule, che sono più grandi dei capillari e hanno un contributo maggiore alla densità di perfusione. Le linee verticali magenta e orizzontale sono riferimenti della scansione utilizzata per centrare la mappa. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Mappe della densità della lunghezza della nave. Il dispositivo dello Strumento di personalizzazione di Office delinea l'area con circolazione (immagine in alto a sinistra), la struttura retinica (immagine in basso a sinistra), la superficie retinica (immagine in alto a destra) e genera automaticamente le metriche (immagine in basso a destra). Mappe di (A) un individuo sano e (B) un paziente diabetico senza retinopatia. I vasi a livello del plesso capillare superficiale sono mostrati in bianco nelle immagini in alto a sinistra; c'è un numero maggiore di navi in A che in B, una differenza che si conferma come una riduzione di tutte le densità, in particolare la densità centrale. Interna = densità interna; completa = densità completa. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Mappa della densità della lunghezza del vaso in un paziente diabetico senza retinopatia, analizzata per campo. L'immagine in alto a sinistra delinea l'area con la circolazione; l'immagine in basso a sinistra mostra la struttura retinica; l'immagine in alto a destra mostra la superficie retinica; l'immagine in basso a destra mostra le metriche generate automaticamente. La figura corrisponde all'occhio sinistro e mostra le misurazioni automatiche per i campi superiore, temporale, inferiore e nasale della densità interna nell'immagine in alto a sinistra. Abbreviazioni: S = superiore; T = temporale; I = inferiore; N = nasale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Confronto dei coefficienti di determinazione tra densità del vaso centrale (mm-1) e di perfusione (%) nei tre gruppi. Ci sono pochi capillari nella regione centrale e quasi nessun vaso più grande dei capillari, il che spiega le lievi differenze tra i gruppi. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Confronto dei coefficienti di determinazione tra densità del vaso interno (mm-1) e di perfusione (%) nei tre gruppi. Il contributo dei vasi più grandi dei capillari alla densità di perfusione è stato inferiore nei pazienti con ipertensione arteriosa e non è cambiato nei pazienti con diabete, rispetto ai soggetti sani. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Confronto del coefficiente di determinazione tra le densità del recipiente (mm-1) e della perfusione (%) per campo, nel gruppo 3. Il contributo dei vasi più grandi dei capillari era maggiore nel campo temporale, che era di 20 punti percentuali superiore a quello del campo nasale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Tabella 1: Confronto della distribuzione variabile per gruppo (media ± errore standard). *Analisi unidirezionale della varianza.

Video 1: Calcolo e confronto dei coefficienti di determinazione tra variabili, utilizzando un foglio di calcolo. Clicca qui per scaricare questo video.

Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse da divulgare.