Artykuł metodologiczny

Ocena udziału naczyń włosowatych i innych naczyń w gęstości perfuzji plamki żółtej mierzonej za pomocą angiografii optycznej koherentnej tomografii

1.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/63033

⸱

18 lutego 2022

 ,  ,  ,  , 
1Retina Department, Sala Uno Opthalmology Clinic

W tym artykule

Podsumowanie

Opisujemy ocenę współczynnika determinacji między gęstością naczynia a gęstością perfuzji powierzchownego splotu kapilarycznego przydołkowego, aby określić udział naczyń większych niż naczynia włosowate w gęstości perfuzji.

Streszczenie

Krążenie przydołkowe powierzchownego splotu kapilarycznego siatkówki jest zwykle mierzone za pomocą gęstości naczyń krwionośnych, która określa długość naczyń włosowatych z krążeniem, oraz gęstości perfuzji, która oblicza procent ocenianego obszaru, który ma krążenie. Gęstość perfuzji uwzględnia również krążenie naczyń większych niż naczynia włosowate, chociaż udział tych naczyń w pierwszym zwykle nie jest oceniany. Ponieważ oba pomiary są generowane automatycznie przez urządzenia do angiografii optycznej tomografii koherentnej, w niniejszym artykule zaproponowano metodę szacowania udziału naczyń większych niż naczynia włosowate przy użyciu współczynnika determinacji między gęstościami naczyń a gęstościami perfuzji. Metoda ta może ujawnić zmianę proporcji gęstości perfuzji z naczyń większych niż naczynia włosowate, nawet jeśli średnie wartości nie różnią się. Zmiana ta może odzwierciedlać kompensacyjne rozszerzenie naczyń krwionośnych jako odpowiedź na zanik naczyń włosowatych w początkowych stadiach chorób naczyniowych siatkówki przed pojawieniem się retinopatii klinicznej. Proponowana metoda pozwoliłaby na oszacowanie zmian w składzie gęstości perfuzji bez konieczności stosowania innych urządzeń.

Wprowadzenie

Krążenie siatkówkowe to połączenie przepływu tętniczkowego, kapilarnego i komorowego, których udział może się różnić, aby zaspokoić zapotrzebowanie na tlen różnych warstw siatkówki. Krążenie to nie zależy od autonomicznej regulacji układu nerwowego i było tradycyjnie oceniane za pomocą angiografii fluoresceinowej, inwazyjnej metody, która wykorzystuje dożylny kontrast do wyznaczenia naczyń siatkówki. Zdjęcia sekwencyjne pozwalają na ocenę krążenia tętniczego, tętniczkowego, komorowego i żylnego, a także miejsc uszkodzenia naczyń włosowatych w chorobach naczyniowych siatkówki1.

Obecną metodą pomiaru krążenia plamki żółtej jest angiografia optycznej tomografii koherentnej (OCTA), która wykorzystuje interferometrię do uzyskania obrazów siatkówki i może zarysować naczynia włosowate i większe naczynia siatkówki2. W przeciwieństwie do angiografii fluoresceinowej, na obrazowanie OCTA nie ma wpływu cienie pigmentu ksantofilu plamki żółtej, co pozwala na lepsze obrazowanie naczyń włosowatych plamki żółtej3. Inne zalety OCTA w porównaniu z angiografią fluoresceinową to jej nieinwazyjność i wyższa rozdzielczość4.

Urządzenia OCTA mierzą powierzchowny splot kapilarny na paradołku na mapie 3 x 3 mm, koncentrycznie do środka dołka (Rysunek 1). Urządzenie automatycznie mierzy gęstość długości naczyń (długość naczyń włosowatych z cyrkulacją w mierzonym obszarze) i gęstość perfuzji (procent mierzonej powierzchni z cyrkulacją), która obejmuje gęstość naczyń większych niż kapilary (Rysunek 2)5. Gęstość naczyń ma istotny wpływ na gęstość perfuzji w warunkach fizjologicznych. Niektóre urządzenia mierzą gęstość naczyń jako "gęstość naczyń szkieletowych", a gęstość perfuzji jako "gęstość naczyń/naczyń krwionośnych". Niezależnie od urządzenia, zwykle istnieje pomiar długości (mierzony w mm/mm2 lub mm-1) i drugi dla obszaru z krążeniem (mierzony w %), które są generowane automatycznie.

Gęstość naczyń może ulec zmianie u zdrowych osób pod wpływem ciemności, migotania światła6, lub napojów zawierających kofeinę7 z powodu sprzężenia nerwowo-naczyniowego, które redystrybuuje przepływ krwi między powierzchownymi, środkowymi i głębokimi splotami naczyń włosowatych zgodnie z warstwą siatkówki o najwyższej aktywności. Każdy spadek gęstości naczyń spowodowany tą redystrybucją powraca do wartości wyjściowych po ustaniu bodźca i nie reprezentuje utraty naczyń włosowatych, patologicznej zmiany zgłaszanej przed pojawieniem się retinopatii w chorobach naczyniowych, takich jak cukrzyca8 lub nadciśnienie tętnicze9.

Zmniejszenie liczby naczyń włosowatych może być częściowo zrekompensowane przez rozszerzenie naczyń krwionośnych tętniczek. Pomiar tylko procentu lub perfuzji obszaru nie daje żadnego wglądu w to, czy występuje rozszerzenie naczyń krwionośnych, które może pojawić się, gdy naczynia włosowate osiągną minimalny próg. Pomiar gęstości naczyń nie pomógłby w wykryciu zwiększonej powierzchni krążenia wynikającej z rozszerzenia naczyń krwionośnych. Udział krążenia tętniczkowego w gęstości perfuzji można oszacować pośrednio, wykorzystując współczynnik determinacji między gęstością naczyń a gęstością perfuzji oraz określając procent obszaru z krążeniem, który odpowiada kapilarnkom lub innym naczyniom.

Uzasadnieniem tej techniki jest to, że analiza regresji może określić zakres, w jakim zmiany niezależnej wartości liczbowej skutkują zmianami zależnej wartości liczbowej. W obrazowaniu naczyń plamki żółtej za pomocą OCTA, krążenie kapilarne jest niezależną zmienną, która wpływa na obszar z krążeniem, ponieważ w ocenianym obszarze znajduje się kilka większych naczyń. Jednak parafovea ma większe naczynia, które mogą się rozszerzać i zmieniać procent obszaru z krążeniem, którego nie można bezpośrednio zidentyfikować za pomocą obecnych automatycznych wskaźników OCTA. Zaletą stosowania współczynnika determinacji jest to, że mierzy on związek między dwoma istniejącymi wskaźnikami w celu uzyskania dwóch kolejnych: procentu obszaru z cyrkulacją odpowiadającą kapilarom oraz procentu odpowiadającego innym naczyniom. Obie wartości procentowe można mierzyć bezpośrednio za pomocą liczby pikseli za pomocą oprogramowania do obrazowania. Jednak współczynnik determinacji można obliczyć dla próbki o liczbach generowanych automatycznie przez urządzenia OCTA10,11.

Pathak et al. użyli współczynnika determinacji do oszacowania beztłuszczowej masy mięśniowej i tłuszczowej na podstawie pomiarów demograficznych i antropometrycznych za pomocą sztucznej sieci neuronowej. Ich badanie wykazało, że ich model miał wartość R2 równą 0,92, co wyjaśniało zmienność dużej części zmiennych zależnych12. O'Fee i współpracownicy wykorzystali współczynnik determinacji, aby wykluczyć zawał mięśnia sercowego niezakończony zgonem jako substytut śmiertelności z jakiejkolwiek przyczyny i z przyczyn sercowo-naczyniowych, ponieważ znaleźli R2 od 0,01 do 0,21. Wyniki te wykazały, że zmienna niezależna wyjaśniała mniej niż 80% zmian zmiennych zależnych, ustalonych jako kryterium macierzyństwa zastępczego (R2 = 0,8)13.

Współczynnik determinacji jest używany do oceny wpływu zmian zmiennej, grupy zmiennych lub modelu na zmiany zmiennej wynikowej. Różnica między wartością 1 a R2 reprezentuje udział innych zmiennych w zmianach zmiennej wynikowej. Rzadko przypisuje się różnicę jednej zmiennej, ponieważ zwykle na wynik składają się więcej niż dwie. Jednak część obszaru plamki żółtej, która ma krążenie, może pochodzić tylko z obszaru pokrytego naczyniami włosowatymi i z obszaru pokrytego większymi naczyniami, ponieważ większe naczynia rozszerzają się bardziej niż naczynia włosowate. Co więcej, uważa się, że reaktywne rozszerzenie naczyń krwionośnych najprawdopodobniej pochodzi z tętniczek siatkówki, ponieważ zmniejszone krążenie kapilarne może zmniejszyć dopływ tlenu.

Tylko dwa źródła przyczyniają się do procentu obszaru z krążeniem w plamce żółtej: naczynia włosowate i naczynia krwionośne większe od nich. Współczynnik determinacji między gęstością naczyń a gęstością perfuzji określa udział naczyń włosowatych w obszarze z cyrkulacją, a pozostałe zmiany (różnica między 1 a wartością R2) reprezentują wkład jedynej innej zmiennej, która reprezentuje obszar z krążeniem (ten w większych naczyniach siatkówki). W pracy opisano metodę pomiaru tego udziału u osób zdrowych (grupa 1) oraz jego zmian u pacjentów z chorobami naczyniowymi siatkówki: nadciśnieniem tętniczym bez retinopatii nadciśnieniowej (grupa 2) i cukrzycą bez retinopatii cukrzycowej (grupa 3).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Ten protokół został zatwierdzony przez komisję etyki badań na ludziach Sala Uno. Zobacz film 1 dla sekcji 1 i 2 oraz tabelę materiałów, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat sprzętu używanego w tym badaniu.

1. Analiza siatkówki w urządzeniu OCTA

  1. Wybierz menu analizy siatkówki w urządzeniu OCTA.
  2. Wybierz mapę siatkówki 3 x 3 mm; wybierz powierzchowną, jeśli urządzenie OCTA mierzy różne sploty kapilarne.
  3. Wybierz gęstość długości naczynia (lub jej odpowiednik, np. szkieletową gęstość naczyniową).
  4. Zmierz gęstość długości naczyń w mm-1 na mapie siatkówki 3 x 3 mm.
    UWAGA: Mapa jest podzielona na dwa obszary: środkowy (w okręgu o średnicy 1 mm, koncentryczny do środka dołka) i wewnętrzny (poza okręgiem środkowym o średnicy 1 mm, Rysunek 3). Sprzęt mierzy również pełną gęstość (w okręgu 3 mm) i dzieli obszar wewnętrzny na cztery pola: górne, dolne, skroniowe i nosowe (Rysunek 4). Każdy region jest określany w taki sposób, aby gęstości długości naczyń były mierzone automatycznie. Przyrządy wyświetlają wartości dla gęstości środkowej, wewnętrznej i pełnej oraz dla pola górnego, skroniowego, dolnego i nosowego gęstości wewnętrznej.
  5. Wróć do menu w celu analizy siatkówki.
  6. Wybierz mapę siatkówki 3 x 3 mm; wybierz powierzchowną, jeśli urządzenie OCTA mierzy różne sploty kapilarne.
  7. Wybierz gęstość perfuzji (lub jej odpowiednik, np. gęstość naczyń).
  8. Zmierz gęstość perfuzji w % na mapie siatkówki 3 x 3 mm.
    UWAGA: Mapa jest podzielona na dwa regiony: środkowy (w obrębie okręgu o średnicy 1 mm, koncentryczny do środka dołka) i wewnętrzny (poza okręgiem środkowym o średnicy 1 mm). Sprzęt mierzy również pełną gęstość (w okręgu 3 mm) i dzieli obszar wewnętrzny na cztery pola: górne, dolne, skroniowe i nosowe. Każdy obszar jest określany w taki sposób, aby gęstości perfuzji były mierzone automatycznie. Przyrządy wyświetlają wartości dla gęstości środkowej, wewnętrznej i pełnej oraz dla pola górnego, skroniowego, dolnego i nosowego gęstości wewnętrznej.
  9. Sprawdź, czy na mapach gęstości siła sygnału wynosi > 7, a następnie sprawdź, czy na mapach nie ma błędów pomiarowych wynikających z artefaktów lub ruchów gałek ocznych.
  10. Zarejestruj wartości gęstości długości naczynia środkowego, gęstości perfuzji środkowej, gęstości długości naczynia wewnętrznego, gęstości perfuzji wewnętrznej, górnej gęstości długości naczynia, doskonałej gęstości perfuzji, dolnej gęstości długości naczynia, dolnej gęstości perfuzji, gęstości czasowej długości naczynia, czasowej gęstości perfuzji, gęstości długości naczynia nosowego i gęstości perfuzji nosa w arkuszu kalkulacyjnym.

2. Obliczanie współczynników determinacji za pomocą arkusza kalkulacyjnego

  1. Wybierz zmienne, które mają być oceniane (np. gęstość długości naczynia środkowego i gęstość perfuzji środka). Wybierz wartości obu zmiennych dla zdefiniowanej grupy (np. grupy 1).
  2. Na pasku narzędzi kliknij wstaw.
  3. Kliknij przycisk zalecanych wykresów w sekcji wykresów. Poczekaj, aż wykres punktowy pojawi się jako sugestia w oknie. Kliknij przycisk OK, aby zaakceptować sugestię.
  4. Sprawdź wykres punktowy danych. Kliknij serię prawym przyciskiem myszy, aby wyświetlić menu opcji.
  5. Wybierz opcję dodaj linię trendu. Poczekaj, aż liniowa linia trendu zostanie dodana do wykresu i pojawi się menu po prawej stronie ekranu.
  6. Przesuń menu w dół, aby znaleźć opcję Wyświetl wartość R-kwadrat na wykresie. Wybierz tę opcję, aby wyświetlić wartość R-kwadrat na wykresie. Wybierz wartość R-kwadrat.
  7. Wybierz Strona główna na pasku narzędzi, a następnie kliknij przycisk kopiowania.
  8. Przygotuj wykres współczynników determinacji na nowej stronie.
  9. Wybierz komórkę docelową (np. środkowy współczynnik determinacji dla grupy 1). Kliknij prawym przyciskiem myszy. Wybierz opcję Wklej z zachowaniem formatowania źródłowego.
  10. Przygotuj nowy wykres, aby pokazać procentowe zmiany gęstości perfuzji wyjaśnione zmianami gęstości naczyń.
  11. Zaznacz komórkę ze współczynnikiem determinacji z poprzedniego wykresu. Kliknij prawym przyciskiem myszy. Wybierz opcję kopiuj.
  12. Zaznacz komórkę docelową na nowym wykresie (np. wyśrodkowanie w grupie 1). Kliknij prawym przyciskiem myszy. Wybierz opcję Wklej.
  13. Zaznacz komórkę z wklejoną wartością, a następnie na pasku narzędzi wybierz pozycję strona główna | styl procentowy z menu liczbowego.
  14. Wybierz zwiększ liczbę dziesiętną w menu liczbowym i kliknij ją raz.
    UWAGA: Wynikowa liczba to procent zmian gęstości perfuzji wyjaśnionych zmianami gęstości naczyń.
  15. Przygotuj kolejną tabelę, aby pokazać procent gęstości perfuzji wyjaśniony zmianami w naczyniach większych niż naczynia włosowate.
  16. Wybierz komórkę docelową (np. wyśrodkuj w grupie 1). Odejmij ostatni wynik od 1.
  17. Zaznacz tę komórkę. Wybierz pozycję Strona główna na pasku narzędzi.
  18. Wybierz styl procentowy z menu liczb.
  19. Kliknij raz na zwiększ ułamki dziesiętne w menu liczbowym.
  20. Sformatuj wykresy, aby wyświetlić udział naczyń włosowatych (gęstość naczyń) i naczyń większych niż naczynia włosowate w zmianach gęstości perfuzji.
  21. Powtórz procedurę, aby uzyskać wartości gęstości naczynia wewnętrznego/perfuzji oraz gęstości górnej, dolnej, skroniowej i naczynia nosowego/perfuzji w grupie 3.

3. Porównanie współczynników determinacji

  1. Porównaj współczynniki determinacji w trzech grupach: 1 osoby zdrowe, 2 pacjenci z nadciśnieniem tętniczym bez retinopatii nadciśnieniowej i 3 pacjenci z cukrzycą typu 2 bez retinopatii cukrzycowej. W grupie 3 porównaj również współczynniki determinacji między polami: górnym, dolnym, czasowym i nosowym.

4. Porównaj procentowe różnice w udziale naczyń włosowatych i naczyń większych niż naczynia włosowate w gęstości perfuzji, między grupami i między polami w grupie 3

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

W grupie 1 było 45 osób, w grupie 2 18, a w grupie 3 36. Tabela 1 przedstawia rozkład wieku i zagęszczenia w poszczególnych grupach; Tylko gęstość naczyń i perfuzji w grupie 1 była niższa niż w grupie 2. Współczynniki wyznaczania gęstości naczynia środkowego i perfuzji są pokazane na Rysunek 5. Nie stwierdzono istotnych różnic między grupami.

Współczynnik determinacji między gęstością naczynia wewnętrznego a perfuzją wynosił 0,818 w grupie 1, 0,97...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Udział naczyń większych niż naczynia włosowate w zmianach gęstości perfuzji w chorobach naczyniowych siatkówki przed rozwojem retinopatii. Zmniejszył się w okolicy wewnętrznej u pacjentów z nadciśnieniem tętniczym i różnił się w zależności od pola u pacjentów z cukrzycą. Istnieją bezpośrednie metody pomiaru reaktywności naczyniowej w siatkówce, które zależą od ekspozycji na bodziec14,15. Pomiar zaproponowany w tym artykule wykorzystuje dwie metryki, generowane au...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy oświadczają, że nie mają żadnych konfliktów interesów, które mogliby ujawnić.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować firmie Zeiss Mexico za nieograniczone wsparcie dla korzystania z Cirrus 6000 ze sprzętem AngioPlex.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Cirrus 6000 z AngioplexCarl Zeiss Meditec Inc., Dublin CAN/A3 x 3 mapy gęstości naczyń i perfuzji
ExcelArkusz kalkulacyjnyMicrosoftN/A
Komputer osobistyOgólnyNie dotyczydo uruchamiania obliczeń w arkuszu kalkulacyjnym

Bibliografia

  1. Ong, J. X., Fawzi, A. A. Perspectives on diabetic retinopathy from advanced retinal vascular imaging. Eye. , (2022).
  2. Tan, A. C. S., et al. An overview of the clinical applications of optical coherence tomography angiography. Eye. 32 (2), 262-286 (2018).
  3. Elnahry, A. G., Ramsey, D. J. Optical coherence tomography angiography imaging of the retinal microvasculature is unimpeded by macula xanthophyll pigment. Clinical and Experimental Ophthalmology. 48 (7), 1012-1014 (2020).
  4. Elnahry, A. G., Ramsey, D. J. Automated image alignment for comparing microvascular changes detected by fluorescein angiography and optical coherence tomography angiography in diabetic retinopathy. Seminars in Ophthalmology. 36 (8), 757-764 (2021).
  5. Rosenfeld, P. J., et al. Zeiss AngioPlex spectral domain optical coherence tomography angiography: technical aspects. Developments in Ophthalmology. 56, 18-29 (2016).
  6. Nesper, P. L., et al. Hemodynamic response of the three macular capillary plexuses in dark adaptation and flicker stimulation using optical coherence tomography angiography. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 60 (2), 694-703 (2019).
  7. Zhang, Y. S., Lee, H. E., Kwan, C. C., Schwartz, G. W., Fawzi, A. A. Caffeine delays retinal neurovascular coupling during dark to light adaptation in healthy eyes revealed by optical coherence tomography angiography. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 61 (4), 37(2020).
  8. Barraso, M., et al. Optical coherence tomography angiography in type 1 diabetes mellitus. Report 1: Diabetic Retinopathy. Translational Vision Science and Technology. 9, 34(2020).
  9. Xu, Q., Sun, H., Huang, X., Qu, Y. Retinal microvascular metrics in untreated essential hypertensives using optical coherence tomography angiography. Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 259 (2), 395-403 (2021).
  10. Yeh, R. Y., Nischal, K. K., LeDuc, P., Cagan, J. Written in blood: applying grammars to retinal vasculatures. Translational Vision Science & Technology. 9, 36(2020).
  11. Corvi, F., Sadda, S. R., Staurenghi, G., Pellegrini, M. Thresholding strategies to measure vessel density by optical coherence tomography angiography. Canadian Journal of Ophthalmology. 55 (4), 317-322 (2020).
  12. Pathak, P., Panday, S. B., Ahn, J. Artificial neural network model effectively estimates muscle and fat mass using simple demographic and anthropometric measures. Clinical Nutrition. 41 (1), 144-152 (2022).
  13. OFee, K., Deych, E., Ciani, O., Brown, D. L. Assessment of nonfatal myocardial infarction as a surrogate for all-cause and cardiovascular mortality in treatment or prevention of coronary artery disease: a meta-analysis of randomized clinical trials. JAMA Internal Medicine. 181 (12), 1575-1587 (2021).
  14. Kushner-Lenhoff, S., Ashimatey, B. S., Kashani, A. H. Retinal vascular reactivity as assessed by optical coherence tomography angiography. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (157), e60948(2020).
  15. Sousa, D. C., et al. A protocol to evaluate retinal vascular response using optical coherence tomography angiography. Frontiers in Neuroscience. 13, 566(2019).
  16. Falavarjani, K. G., et al. Effect of segmentation error correction on optical coherence tomography angiography measurements in healthy subjects and diabetic macular oedema. British Journal of Ophthalmology. 104 (2), 162-166 (2020).
  17. Warner, R. L., et al. Full-field flicker evoked changes in parafoveal retinal blood flow. Scientific Reports. 10 (1), 16051(2020).
  18. Zhang, Y. S., et al. Reversed neurovascular coupling on optical coherence tomography is the earliest detectable abnormality before clinical diabetic retinopathy. Journal of Clinical Medicine. 9 (11), 3523(2020).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

wk ad naczy kapilarnychg sto naczysplot kapilarny siatk wkiwsp czynnik determinacjichoroby naczyniowe siatk wkig sto d ugo ci naczydetekcja rozszerzenia naczy krwiono nych

Powiązane artykuły