Dopplerowska optyczna koherentna tomografia krążenia siatkówki

Ogólnym celem niniejszej procedury jest pomiar całkowitego przepływu krwi w siatkówce z wykorzystaniem dopplerowskiej optycznej koherentnej tomografii (Doppler OCT) oraz półautomatycznego oprogramowania do oceny. Cel ten realizowany jest poprzez wstępne zeskanowanie pacjenta za pomocą Doppler OCT zgodnie z protokołem podwójnego kąta. Drugim krokiem jest automatyczna ocena jakości obrazów OCT oraz wykrycie naczyń krwionośnych na uzyskanych obrazach.

Następnie oceniający weryfikują i korygują położenie, średnicę oraz typ naczyń na podstawie obrazów OCT i kolorowej fotografii tarczy nerwu wzrokowego. Ostatnim krokiem jest obliczenie sygnału Dopplera i kąta dopplerowskiego dla wykrytych żył siatkówki oraz oszacowanie przepływu i prędkości krwi w każdej z tych żył. Ostatecznie całkowity przepływ krwi w siatkówce jest uzyskiwany poprzez zsumowanie przepływu krwi we wszystkich żyłach wokół tarczy nerwu wzrokowego.

Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak techniki dopplerowskie laserowe oraz kolorowe obrazowanie dopplerowskie ultradźwiękami, jest możliwość pomiaru całkowitego przepływu krwi w siatkówce przy użyciu skanów wykonanych w zaledwie dwie sekundy. Demonstracja wideo tego procesu jest kluczowa, ponieważ poszczególne kroki są trudne do opanowania, a dokładność wyniku zależy od jakości obrazu i subiektywnego określenia położenia naczyń. Procedurę skanowania zaprezentuje technik okulistyczny Janis Van Norman.

W ramach niniejszego protokołu pacjentów należy badać z wykorzystaniem widoku RT w systemie optycznej koherentnej tomografii (OCT) w danej dziedzinie, stosując wokółpapilarny podwójny wzorzec skanowania kołowego. Wymagane jest również wykonanie trójwymiarowego skanu OCT tarczy nerwu wzrokowego. Podwójny wzorzec skanowania kołowego składa się z dwóch koncentrycznych okręgów wokół głowy nerwu wzrokowego, przy czym średnica wewnętrznego pierścienia wynosi 3,4 mm, a średnica zewnętrznego pierścienia 3,75 mm.

Wzór ten przecina wszystkie tętnice i żyły siatkówki odchodzące z tarczy nerwu wzrokowego. Wzór jest powtarzany sześć razy następstw po sobie w ciągu dwóch sekund, tak aby pomiar przepływu krwi mógł zostać uśredniony z około dwóch cykli serca. Skanowanie Dopplera jest przeprowadzane zgodnie z protokołem dwukątnym, w którym trzy skany są uzyskiwane przy przejściu wiązki OCT przez górną nosową część źrenicy, a trzy skany przez dolną nosową część.

Procedura ta umożliwia pomiary przepływu pod dwoma kątami padania dla każdego naczynia w urządzeniu OCT. Po uzyskaniu każdego skanu wskaźniki jakości obrazu są obliczane automatycznie; należy zachować tylko skany o akceptowalnej jakości. Kontrola jakości w czasie rzeczywistym zwiększa prawdopodobieństwo uzyskania prawidłowych pomiarów przepływu.

Następnie wykonaj trójwymiarowy skan tarczy nerwu wzrokowego. Jest to skan rastrowy obejmujący obszar o wymiarach sześć na sześć milimetrów wokół tarczy nerwu wzrokowego. Pozwala to na uzyskanie szczegółowego obrazu fasowego tego obszaru.

Należy również zaimportować kolorową fotografię tarczy nerwu wzrokowego, aby ułatwić rozróżnienie tętnic i żył. Aby rozpocząć analizę, należy najpierw przenieść obrazy Doppler OCT, 3D disc, obrazy OCT oraz kolorowe fotografie tarczy do centrum oceny przepływu krwi, gdzie lekarz oceniający wykorzystuje oprogramowanie doctor C do pomiaru prędkości przepływu krwi w siatkówce oraz pola przekroju naczyń w centrum odczytu. Oceniający w pierwszej kolejności klasyfikuje dane z każdego oka jako wysokiej lub niskiej jakości.

Na podstawie średniego ruchu gałek ocznych oraz siły sygnału z powtórzonych skanów, do grupy skanów akceptowalnych zakwalifikowano jedynie te o dobrej jakości. Zastosowano zautomatyzowany algorytm segmentacji w celu zarejestrowania klatek na tym samym okręgu oraz segmentacji każdego obrazu OCT w celu wykrycia naczyń. Następnie wykorzystano zautomatyzowany algorytm dopasowywania naczyń, aby zlokalizować to samo naczynie na każdej klatce.

W celu uzyskania przeglądu projektu zrzutuj wykryte naczynie jako odcinek linii na obraz dna oka z FFA, obliczony na podstawie skanu 3D tarczy nerwu wzrokowego. Poproś oceniających o zweryfikowanie każdego naczynia na niewielkim fragmencie uśrednionych klatek pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego, na które nałożono okrąg reprezentujący wynik automatycznej segmentacji. Oceniający powinien ocenić, czy lokalizacja, naczynie, średnica i typ naczynia poprawnie odpowiadają naczyniu na obu pierścieniach.

W oparciu o obraz OCT w trybie fas, obraz OCT oraz zdjęcie tarczy nerwu tego samego oka, oceniający może zmienić dowolną z powyższych wartości, jeśli uzna to za konieczne. Każnemu naczyniu automatycznie przypisywany jest wynik pewności od zera do pięciu, w zależności od siły sygnału Dopplera w obszarze naczynia. Następnie oceniający koryguje go ręcznie, biorąc pod uwagę siłę sygnału Dopplera, regularność granic naczynia, zgodność między wewnętrznym a zewnętrznym pierścieniem rozmiaru naczynia oraz zgodność znaku przesunięcia Dopplera między pierścieniem wewnętrznym a zewnętrznym.

Wskaźnik ufności zostanie wykorzystany do obliczenia średniej ważonej przepływu pomiędzy skanami. Po zweryfikowaniu i skorygowaniu wszystkich naczyń zastosuj zautomatyzowany algorytm w celu obliczenia pola przekroju S oraz prędkości przepływu krwi w każdej żyle. Obliczane są parametry jakościowe oraz całkowity przepływ krwi w żyłach i tętnicach siatkówki, obejmujący pole przekroju i prędkość.

Szczegóły algorytmów przedstawiono na tym schemacie blokowym. Najpierw należy zintegrować sygnał dopplerowski w obszarze naczynia, a następnie obliczyć jego średnią wartość dla wszystkich klatek. Następnie oblicza się przepływ dopplerowski jako sumę sygnału dopplerowskiego podzieloną przez kąt Dopplera.

Powierzchnia naczynia jest również uśredniana pomiędzy klatkami dla każdego naczynia. Przepływ krwi jest obliczany na podstawie średniej ważonej z poprawnych skanów. O poprawności decyduje uprzednio obliczony subiektywny wskaźnik pewności oraz obiektywna ocena wiarygodności kąta Dopplera.

Waga prawidłowych skanów jest określana przez siłę zsumowanego sygnału dopplerowskiego oraz zmienność kąta dopplerowskiego. Oblicz średnią prędkość przepływu, sumując przepływy w prawidłowych żyłach i dzieląc tę sumę przez całkowitą powierzchnię tych żył. Naczynia bez prawidłowych skanów.

Oszacuj przepływ, wykorzystując pole przekroju naczynia oraz średnią prędkość przepływu z prawidłowo zmierzonych żył. Zsumuj obliczony przepływ dla wszystkich żył, aby określić całkowity przepływ krwi w siatkówce. Oceń wiarygodność pomiaru całkowitego przepływu krwi w siatkówce na podstawie procentowego udziału pola przekroju prawidłowo zmierzonych żył, ruchów oka oraz mocy sygnału.

Następnie oblicz przepływ krwi w górnej i dolnej półkuli. Wyznacz również całkowitą powierzchnię żył oraz całkowitą powierzchnię tętnic, sumując powierzchnie wszystkich naczyń żylnych i tętniczych. Przy założeniu, że całkowity przepływ krwi w tętnicach i żyłach siatkówki jest taki sam, oblicz prędkości tętnicze i żylne, dzieląc całkowity przepływ krwi przez powierzchnię tętnic oraz powierzchnię żył.

Wyniki wprowadzono do centralnej bazy danych Doctor C. Badacze mogą przejrzeć wyniki online. Wyniki składają się z dwóch części: ocen jakościowych oraz pomiarów.

Wyniki można również pobrać w formie arkusza kalkulacyjnego. Tutaj widzimy całkowity przepływ krwi w siatkówce określony przez dwóch oceniających z wykorzystaniem oprogramowania Doctor Z. Pomiary całkowitego przepływu krwi w siatkówce uzyskane przez każdego z oceniających są do siebie zbliżone, a także podobne do wartości przepływów określonych przez drugiego oceniającego przy użyciu oprogramowania manualnego i danych literaturowych.

Wydajność przy zastosowaniu protokołu z pojedynczym kątem wynosi około 65%, lecz może zostać zwiększona do 80% dzięki zastosowaniu protokołu z podwójnym kątem oraz kontroli jakości obrazu w czasie rzeczywistym dla trzech oceniających. Stwierdzono dobrą korelację między całkowitym przepływem krwi a odchyleniem standardowym wzorca z testów pola widzenia w oczach z jaskrą dla wszystkich oceniających. Powtarzalność integratora, mierzona współczynnikiem zmienności, jest podobna zarówno dla oczu z jaskrą, jak i oczu zdrowych.

Podobnie pomiary powtarzalności dla obu metod, Dr.C oraz oprogramowania manualnego, są zbliżone. Po opanowaniu techniki protokół podwójnego kąta można wykonać w ciągu kilku minut, a cały proces badania zajmuje około 20 minut. Podczas wykonywania skanu OCT odpowiednim sposobem należy pamiętać o przestrzeganiu protokołu podwójnego kąta oraz sprawdzaniu jakości obrazu dla każdego skanu.

Technika ta znajduje szerokie zastosowanie w chorobach nerwu wzrokowego i siatkówki, takich jak jaskra i retinopatia cukrzycowa.