Wykorzystanie obrazowania siatkówki do badania demencji
6 listopada 2017
Siatkówka wykazuje wyraźne podobieństwa do mózgu, a zatem stanowi unikalne okno do nieinwazyjnego badania układu naczyniowego i struktury neuronalnej w mózgu. Protokół ten opisuje metodę badania demencji przy użyciu technik obrazowania siatkówki. Ta metoda może potencjalnie pomóc w diagnozie i ocenie ryzyka demencji.
Ogólnym celem niniejszego protokołu jest opisanie metod ilościowej oceny struktury naczyniowej i neuronalnej siatkówki z wykorzystaniem technik obrazowania siatkówki, które mogą odzwierciedlać zmiany w mózgu związane z otępieniem i potencjalnie pomóc w diagnozowaniu oraz ocenie ryzyka wystąpienia tej choroby. Siatka oka ma podobny początek embriologiczny, cechy anatomiczne i właściwości fizjologiczne co mózg, dzięki czemu stanowi wyjątkowe i łatwo dostępne okno do badania otępienia. Zmiany naczyniowe i neuronalne w siatkówce można obecnie obrazować i kwantyfikować za pomocą zaawansowanej technologii obrazowania siatkówki, która jest nieinwazyjna, przystępna cenowo, łatwiejsza w obsłudze i powszechnie dostępna.
Obecne biomarkery otępienia, w szczególności choroby Alzheimera, są ograniczone. Opracowanie nowych biomarkerów lub testów umożliwiających przewidywanie przyszłego pogorszenia funkcji poznawczych i wystąpienia wczesnego otępienia jest globalnym priorytetem badawczym. Procedurę zaprezentują Victor, Tiffany i Fangyao z naszego zespołu badawczego.
Aby rozpocząć tę procedurę, należy rozszerzyć źrenice badanego przy użyciu środków mydrytycznych. Następnie należy odczekać co najmniej 15 minut, aby uzyskać odpowiednie rozszerzenie źrenic. W kolejnym kroku należy uruchomić aparat do badania dna oka oraz program do przechwytywania obrazów na komputerze.
Prawidłowo oprzyj podbródek badanego na podstawce, dociskając czoło do paska stabilizującego głowę. Następnie przesuń dźwignię sterującą, aby odpowiednio skierować wiązkę światła na źrenice badanego. Dopasuj punkty oświetlenia tak, aby po obu stronach wydawały się one najmniejsze w wizjerze kamery do dna oka.
Przesuń zewnętrzny punkt fiksacji, aby prowadzić oczy badanego, aż tarcza nerwu wzrokowego znajdzie się w centrum wizjera, a obszary zainteresowania będą w pełni mieścić się w granicach obrazu. Następnie wyreguluj pokrętło ostrości, aby ustawić ostrość na siatkówkę. Poproś badanego o intensywne wpatrywanie się w zewnętrzny punkt fiksacji i upewnij się, że oczy badanego nie są zalanymi łzami.
Następnie naciśnij przycisk spustowy migawki, aby wykonać zdjęcie. Wszystkie obrazy zapisz w formacie tiff z rozdzielczością umożliwiającą ocenę. Aby uzyskać wysokiej jakości obrazy siatkówki, ważne jest odpowiednie rozszerzenie źrenic pacjenta oraz zachęcenie go do uważnego patrzenia na punkt fiksacyjny podczas obrazowania.
W celu automatycznego śledzenia należy otworzyć obrazy w programie do analizy wspomaganej komputerowo. Kliknij przycisk OD Center na lewym panelu funkcyjnym. Kursor myszy zostanie zastąpiony zielonym kółkiem.
Następnie kliknij lewym przyciskiem myszy w centrum tarczy nerwu wzrokowego, aby ustawić zielone koło, a następnie kliknij przycisk Find OD, aby oprogramowanie wykryło krawędź tarczy nerwu wzrokowego i umieściło nową siatkę pomiarową. Teraz kliknij przycisk Process, aby rozpocząć proces automatycznego śledzenia naczyń. Kliknij lewym przyciskiem myszy, aby wybrać naczynia z błędnymi etykietami, a następnie kliknij przycisk Vessel Type, aby zmienić typ naczynia.
Kliknij przycisk Dodaj segment i przedłuż niekompletne obrysy naczyń, używając kursora i klikając w dystalnym końcu niekompletnym obrysu naczynia. Następnie klikaj lewym przyciskiem myszy w punktach wzdłuż naczynia, aby przedłużyć jego obrys. Przerwij kreślenie obrysu na zewnętrznym białym okręgu, jeśli dystalna część naczynia znajduje się poza siatką pomiarową.
Następnie należy kliknąć przycisk Find Covers, aby automatycznie nałożyć pokrywy naczyń na wszystkie segmenty naczyniowe. Należy dezaktywować pokrywy naczyń, jeśli nie są one ułożone prostopadle do ścian naczyń, naczynie jest przesłonięte przez inne naczynie lub pokrywy naczyń zawyżają bądź zaniżają szerokość wewnętrznego światła. Nieprawidłowe obrysy naczyń powinny zostać odpowiednio skorygowane, aby uzyskać dokładny pomiar parametrów naczyniowych siatkówki.
Opanowanie tych kroków może wymagać wielokrotnej praktyki, a także wskazówek od doświadczonego oceniającego. Zamknij okna oceny i kliknij Send w wyskakującym oknie dialogowym, aby przesłać oceniony obraz na serwer w chmurze i zarejestrować automatycznie zmierzone parametry naczyniowe siatkówki, takie jak kaliber naczyń, wymiar fraktalny, krętość, kąt rozgałęzienia oraz współczynnik rozgałęzienia. Aby przeprowadzić akwizycję obrazu, otwórz program OCT i wybierz protokół skanowania sześcianu plamki, aby rozpocząć nowe badanie plamki.
Następnie, ustawiając podpierkę dla brody, zlokalizuj źrenice w polu widzenia tęczówki. Kliknij przycisk AutoFocus, a następnie przycisk Optimize, aby poprawić jakość obrazu, po czym kliknij przycisk Capture, aby rozpocząć skanowanie, gdy obramowanie wokół przycisku zmieni kolor na zielony. Wykonaj kolejny skan głowy nerwu wzrokowego, korzystając z protokołu skanowania kostki tarczy nerwu wzrokowego, i zapisz wyniki skanowania.
Następnie w interfejsie analizy należy wybrać zapisy skanowania sześcianu plamki dla obu oczu. Kliknij analizę komórek zwojowych OU, aby uruchomić automatyczny algorytm analizy oceniający grubość warstwy GC IPL na przechwyconym obrazie. Następnie zapisz wydruk analizy w formacie pdf.
Następnie w interfejsie analizy należy wybrać rekordy skanów kostkowych tarczy nerwu wzrokowego dla obu oczu. Kliknij analizę ONH i RNFL OU, aby uruchomić automatyczny algorytm analizy oceniający grubość RNFL na przechwyconym obrazie, a następnie zapisz wydruk analizy w formacie pdf. Fotografia dna oka może służyć do oceny naczyń krwionośnych siatkówki, co z kolei odzwierciedla stan mikrokrążenia mózgowego.
Są to fotografie dna oka zdrowego badanego oraz osoby z chorobą Alzheimera (AD). W porównaniu z osobą zdrową, u badanego z AD stwierdzono węższy kaliber naczyń, mniejszy wymiar fraktalny naczyń siatkówki oraz wyższą krętość naczyń siatkówki. Optyczna koherentna tomografia może być wykorzystana do oceny struktury neuronalnej siatkówki, co z kolei odzwierciedla stan neuronów mózgowych.
Mapy grubości tego zdrowego badanego wykazują prawidłowy rozkład grubości RNFL oraz GC-IPL. Algorytm analizy porównuje również zmierzoną grubość z normatywną bazą danych dopasowaną do wieku i generuje mapę istotności. Badany ten został zakwalifikowany jako zdrowy, ponieważ wszystkie sektory są zaznaczone kolorem zielonym lub białym.
Te dwie ryciny przedstawiają wyniki analizy u pacjenta z AD. Jak wskazują niebieskie obszary na mapach grubości, u tego pacjenta z AD występuje pocienienie w niektórych regionach RNFL oraz GC-IPL. Czerwone i żółte sektory na mapach istotności również wskazują, że pocienienie GC-IPL lub RNFL w odpowiadających im obszarach jest nieprawidłowe w porównaniu z normatywną bazą danych urządzenia, dopasowaną pod kątem wieku.
Po opanowaniu techniki cała procedura może zostać wykonana w ciągu jednej godziny. Metoda ta jest nieinwazyjna i bezpieczna, a powtarzalne pomiary można z łatwością przeprowadzać zarówno w krótkim, jak i długim terminie. Ponieważ siatkówka umożliwia nieinwazyjne i bezpośrednie obrazowanie ośrodkowego układu nerwowego, otwiera to przed badaczami drogę do oceny wpływu otępienia na mikrokrążenie i strukturę neuronalną.
Wykazano również, że zmiany w mikrokrążeniu siatkówki oraz strukturze neurologicznej są powiązane z otępieniem, w szczególności z chorobą Alzheimera. Po wykonaniu tych procedur można przeprowadzić testy poznawcze oraz inne badania neuroobrazowe w celu zgromadzenia dalszych informacji na temat otępienia. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak używać kamery siatkówkowej, optycznej koherentnej tomografii oraz programu analizy wspomaganej komputerowo, aby uzyskać obrazy siatkówki i obiektywnie ilościowo określić zmiany naczyniowe i neuronalne w siatkówce.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje metody ilościowego oznaczania struktur naczyniowych i neuronalnych w siatkówce z wykorzystaniem technik obrazowania siatkówki. Metody te mogą odzwierciedlać zmiany w mózgu związane z otępieniem oraz wspomagać diagnostykę i ocenę ryzyka wystąpienia otępienia.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Okulistyka
- Neurologia
Wstęp
- Siatkówka ma wspólne pochodzenie embrjologiczne i cechy anatomiczne z mózgiem.
- Obrazowanie siatkówki stanowi nieinwazyjną metodę badania otępienia.
- Obecne biomarkery otępienia są ograniczone, co podkreśla potrzebę opracowania nowych metod diagnostycznych.
- Zaawansowana technologia obrazowania siatkówki jest powszechnie dostępna i przystępna cenowo.
Cel badania
- Opracowanie nowych biomarkerów do przewidywania pogorszenia funkcji poznawczych.
- Wykorzystanie obrazowania siatkówki jako narzędzia do oceny ryzyka otępienia.
- Przedstawienie procedury ilościowego określania zmian w siatkówce związanych z otępieniem.
Zastosowane metody
- Techniki obrazowania siatkówki w celu wizualizacji struktur naczyniowych i neuronalnych.
- Ilościowe określanie zmian w siatkówce powiązanych z otępieniem.
- Nieinwazyjne metody obrazowania zapewniające dostępność.
- Współpraca członków zespołu badawczego podczas demonstracji.
Główne wyniki
- Identyfikacja zmian w siatkówce, które mogą wskazywać na otępienie.
- Demonstracja skuteczności technik obrazowania siatkówki.
- Potencjał w zakresie poprawy diagnostyki i oceny ryzyka wystąpienia otępienia.
- Wkład w opracowanie nowych biomarkerów funkcji poznawczych.
Wnioski
- Obrazowanie siatkówki jest obiecującym narzędziem w badaniu demencji.
- Ilościowe określanie zmian w siatkówce może pomóc we wczesnej diagnostyce.
- Dalsze badania są niezbędne, aby zwalidować te metody jako biomarkery.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Obrazowanie siatkówki zapewnia nieinwazyjne i skalowalne podejście do wykrywania wczesnych zmian naczyniowych i neuronalnych związanych z otępieniem, oferując translacyjną platformę biomarkerów do przedklinicznej i klinicznej oceny ryzyka. Wykorzystując wspólne właściwości embriologiczne i fizjologiczne siatkówki oraz mózgu, metoda ta wspiera walidację celów i ograniczanie ryzyka mechanistycznego w programach badań nad chorobami neurodegeneracyjnymi. Jej przystępność cenowa i szeroka dostępność umożliwiają integrację z badaniami podłużnymi oraz wieloośrodkowymi próbami klinicznymi, zwiększając pewność prognostyczną w rurociągach odkrywania leków na wczesnym etapie.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie fenotypów naczyniowych i neuronalnych siatkówki jako wskaźników patologii OUN w modelach otępień.
- Wartość operacyjna: Wspiera funkcjonalną walidację celów terapeutycznych poprzez mierzalne i powtarzalne wyniki obrazowania powiązane z mechanizmami choroby.
- Wartość prognostyczna: Ułatwia selekcję projektów badawczych poprzez identyfikację związków modyfikujących biomarkery neurodegeneracji w siatkówce.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Gotowość analizy: Generuje ustandaryzowane, półautomatyczne wyniki ilościowe (kaliber naczynia, wymiar fraktalny, krętość, grubość GC-IPL) do wysokoprzepustowych analiz obrazowych (HCS).
- Powtarzalność: Wprowadza znormalizowane siatki pomiarowe oraz bazy referencyjne dopasowane do wieku w celu zmniejszenia zmienności międzyoperatorowej.
- Skalowalność: Kompatybilność z platformami fotografii dna oka oraz OCT umożliwia wdrożenie w ośrodkach przedklinicznych i klinicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Znaczenie dla choroby: Wykazuje korelację między ścieńczeniem siatkówki (RNFL, GC-IPL) a zmianami naczyniowymi w modelach choroby Alzheimera.
- Ciągłość translacyjna: Łączy wyniki in vitro z walidacją in vivo poprzez nieinwazyjne obrazowanie biomarkerów neurodegeneracji.
- Postęp z uwzględnieniem ryzyka: Wspiera decyzje o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez śledzenie strukturalnych zmian w siatkówce jako wczesnych wskaźników skuteczności terapeutycznej lub toksyczności.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces odkrywania leków — od walidacji celu po optymalizację wiodących związków — dostarczając wglądu w mechanizmy, który umożliwia wybór kandydatów do badań przedklinicznych oraz kwalifikację modeli chorobowych.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących szlaków naczyniowych i neurodegeneracyjnych z wykorzystaniem fenotypów siatkówki jako translacyjnych odczytów.
- Przesiewy: Dostarcza gotowe do analizy, ilościowe wskaźniki naczyniowe i neuronalne do badań przesiewowych związków oraz badań angażowania celu.
- Analityka: Wyniki obejmują kaliber naczyń, wymiar fraktalny, krętość, kąt rozgałęzienia, współczynnik oraz grubość warstw siatkówki do analizy wielowymiarowej.
- Badania translacyjne: Łączy zmiany w siatkówce z mikrokrążeniem mózgowym i stanem neuronów, wspierając wysiłki w zakresie kwalifikacji biomarkerów.
- Ponowne wykorzystanie w organizacji: Tworzy wielokrotnego użytku platformę obrazowania, którą można zastosować w programach badawczych nad chorobami neurodegeneracyjnymi poza zakresem otępienia.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Redukuje niejednoznaczność mechanistyczną poprzez powiązanie fenotypów siatkówki z patologią OUN w otępieniu.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację dzięki półautomatycznemu śledzeniu, protokołom kalibracji oraz przesyłaniu danych do chmury.
- Wartość strategiczna: Usprawnia decyzje o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go), dostarczając wczesnych, nieinwazyjnych biomarkerów zaangażowania celu i modyfikacji choroby.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o sygnały bezpieczeństwa i skuteczności w siatkówce.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej w zakresie obrazowania siatkówki, fotografii dna oka, obsługi OCT oraz oprogramowania do analizy wspomaganej komputerowo.
- Zależne od systemów obrazowania o wysokiej rozdzielczości i zestandaryzowanych procedur analitycznych do ilościowego wyznaczania parametrów naczyniowych i neuronalnych.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej w ramach jednostek okulistyki, neuronauki i analizy danych w celu zapewnienia spójnej interpretacji.
- W rozważaniach dotyczących adaptacji należy uwzględnić gatunkową anatomię siatkówki oraz związaną z wiekiem zmienność parametrów naczyniowych i neuronalnych w wartościach bazowych.
- Ograniczenia praktyczne obejmują zależność jakości obrazu od rozszerzenia źrenic, fiksacji badanego oraz przejrzystości ośrodków załamujących, co może wpływać na dokładność analizy ilościowej.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:05
Title
1:19
Prepare the Subject for Retinal Imaging
1:38
Acquire Fundus Photographs of Retinal Vasculature
2:55
Perform Computer-assisted Analysis of Retinal Vasculature
5:01
Assess the Thickness of Ganglion Cell-inner Plexiform Layer (GC-IPL) and Retinal Nerve Fiber Layer (RNFL)
6:27
Results: An Example to Show the Differences in Retinal Vasculature and Neuronal Structure Between a Normal Subject and an AD Subject
8:03
Conclusion
