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 tego protokołu jest opisanie metod ilościowego określania struktury naczyń krwionośnych i neuronów w siatkówce przy użyciu technik obrazowania siatkówki, które mogą odzwierciedlać zmiany w mózgu związane z demencją i potencjalnie pomóc w diagnozie i ocenie ryzyka demencji. Siatkówka ma podobne pochodzenie embriologiczne oraz cechy anatomiczne i właściwości fizjologiczne z mózgiem, dlatego oferuje unikalne i dostępne okno do badania demencji. Zmiany naczyniowe i neuronalne w siatkówce można teraz obrazować i określać ilościowo za pomocą zaawansowanej technologii obrazowania siatkówki, która jest nieinwazyjna, niedroga, łatwiejsza w użyciu i powszechnie dostępna.
Obecne biomarkery demencji, zwłaszcza choroby Alzheimera, są ograniczone. Opracowanie nowych biomarkerów lub testów, które umożliwią przewidywanie przyszłego pogorszenia funkcji poznawczych i wystąpienia wczesnej demencji, jest globalnym priorytetem badawczym. Procedurę zademonstrują Victor, Tiffany i Fangyao z naszego zespołu badawczego.
Aby rozpocząć tę procedurę, rozszerz źrenice podmiotu za pomocą środków rozszerzeniowych. Następnie odczekaj co najmniej 15 minut, aby uzyskać wystarczające rozszerzenie źrenicy. Następnie uruchom kamerę do badania dna oka i uruchom program do przechwytywania obrazu na komputerze.
Oprzyj podbródek osoby badanej prawidłowo na podbródku, opierając czoło o pasek na głowę. Następnie przesuń dźwignię sterującą, aby prawidłowo ustawić wiązkę światła do źrenic badanego. Ustaw punkty oświetlenia tak, aby wydawały się najmniejsze po obu stronach w wizjerze aparatu do badania dna oka.
Przesuń zewnętrzny cel fiksacji, aby poprowadzić wzrok fotografowanej osoby, aż tarcza nerwu wzrokowego znajdzie się w środku wizjera, a obszary zainteresowania znajdą się w granicach obrazu. Następnie wyreguluj pokrętło ostrości, aby ustawić ostrość na siatkówce. Poproś badanego, aby uważnie przyjrzał się zewnętrznemu celowi fiksacji i upewnił się, że oczy osoby nie są wypełnione łzami.
Następnie naciśnij spust migawki, aby zrobić zdjęcie. Następnie zapisz wszystkie obrazy w formacie tiff z rozdzielczością możliwą do stopniowania. Aby uzyskać wysokiej jakości obrazy siatkówki, ważne jest, aby wystarczająco rozszerzyć źrenice pacjenta i zachęcić pacjentów do uważnego patrzenia na cel fiksacji podczas obrazowania.
Aby uzyskać automatyczne śledzenie, otwórz obrazy za pomocą programu do analizy wspomaganej komputerowo. Kliknij przycisk OD Center (Środek zewnętrzny) na lewym panelu funkcji. Kursor myszy zostanie zastąpiony zielonym kółkiem.
Następnie kliknij lewym przyciskiem myszy środek tarczy optycznej, aby zamocować zielone kółko, a następnie kliknij przycisk Znajdź OD, aby poprosić oprogramowanie o wykrycie obrzeża tarczy optycznej i umieszczenie nowej siatki pomiarowej. Teraz kliknij przycisk Proces, aby zainicjować proces automatycznego śledzenia statków. Kliknij lewym przyciskiem myszy, aby wybrać statki z nieprawidłowymi etykietami statków i kliknij przycisk Typ statku, aby zmienić typ statku.
Kliknij przycisk Dodaj segment i rozszerz niekompletne ślady naczyń, klikając kursorem na dystalnym końcu niekompletnego śledzenia naczynia. Następnie kliknij lewym przyciskiem myszy punkty wzdłuż statku, aby przedłużyć śledzenie statku. Zatrzymaj śledzenie w najbardziej zewnętrznym białym okręgu, jeśli dystalna część naczynia znajduje się poza siatką pomiarową.
Następnie kliknij przycisk Znajdź pokrywy, aby automatycznie ułożyć pokrywy naczyń na wszystkich segmentach zbiornika. Wyłączyć pokrywy zbiorników, jeżeli nie są one ułożone prostopadle do ścian zbiornika, naczynie jest zasłonięte pod innym zbiornikiem lub pokrywy zbiorników przeszacowują lub zaniżają szerokość wewnętrznego światła. Nieprawidłowe przebiegi naczyń krwionośnych powinny być odpowiednio wyregulowane w celu uzyskania dokładnego pomiaru parametrów naczyniowych siatkówki.
Opanowanie tych kroków może wymagać wielokrotnych ćwiczeń, a także wskazówek doświadczonej równiarki. Zamknij okna oceniania i kliknij przycisk Wyślij w wyskakującym oknie dialogowym, aby przesłać oceniony obraz na serwer w chmurze i zapisać automatycznie zmierzone parametry naczyniowe siatkówki, takie jak kaliber naczynia, wymiar fraktala, krętość, kąt rozgałęzienia i współczynnik rozgałęzienia. Aby przeprowadzić akwizycję obrazu, otwórz program OCT i wybierz protokół skanowania kostki plamki żółtej, aby rozpocząć nowe skanowanie plamki żółtej.
Następnie zlokalizuj źrenice w rzutni tęczówki, regulując podpórkę podbródka. Kliknij przycisk Autofokus, a następnie przycisk Optymalizuj, aby poprawić jakość obrazu, a następnie kliknij przycisk Przechwyć, aby rozpocząć skanowanie, gdy obramowanie otaczające przycisk zmieni kolor na zielony. Wykonaj kolejny skan głowy nerwu wzrokowego za pomocą protokołu skanowania kostki tarczy wzrokowej i zapisz wyniki skanowania.
Następnie wybierz zapisy skanowania kostki plamki żółtej obu oczu w interfejsie analizy. Kliknij analizę jednostki organizacyjnej komórek zwojowych, aby zainicjować algorytm automatycznej analizy w celu oceny grubości GC IPL przechwyconego obrazu. Następnie zapisz wydruk analizy w formacie pdf.
Następnie wybierz zapisy skanowania kostki tarczy nerwu wzrokowego obu oczu w interfejsie analizy. Kliknij analizę ONH i RNFL OU, aby zainicjować algorytm automatycznej analizy w celu oceny grubości RNFL przechwyconego obrazu i zapisać wydruk analizy w formacie pdf. Zdjęcie dna oka może być wykorzystane do oceny unaczynienia siatkówki, co z kolei odzwierciedla stan mikrokrążenia mózgowego.
Są to fotografie dna oka osoby zdrowej i osoby z chorobą Alzheimera. W porównaniu ze zdrowym osobnikiem, pacjent z AD wykazywał węższy kaliber naczynia, mniejszy wymiar fraktalny naczyń siatkówki i większą krętość naczyń siatkówki. Optyczna koherentna tomografia może być wykorzystana do oceny struktury neuronalnej siatkówki, która z kolei odzwierciedla stan neuronu szyjnego.
Mapy grubości tego normalnego obiektu pokazują normalny rozkład grubości RNFL i GC-IPL. Algorytm analizy porównuje również zmierzoną grubość z normatywną bazą danych dopasowaną do wieku i generuje mapę istotności. Ten temat jest klasyfikowany jako normalny, ponieważ wszystkie sektory są pokazane na zielono lub biało.
Te dwa rysunki przedstawiają wyniki analizy w temacie AD. Jak wskazują niebieskie obszary na mapach grubości, ten obiekt AD wykazuje przerzedzenie w niektórych regionach RNFL i GC-IPL. Czerwone i żółte sektory na mapach istotności wskazują również na rozrzedzenie GC-IPL lub RNFL w odpowiednich obszarach jako nieprawidłowe w porównaniu z normatywną bazą danych dopasowania wiekowego urządzenia.
Po opanowaniu całą procedurę można wykonać w ciągu godziny. Ta metoda jest nieinwazyjna i wykonywana w zaufaniu, a także można łatwo uzyskać powtarzalne pomiary zarówno w krótkim, jak i długim okresie. Ponieważ siatkówka umożliwia nieinwazyjne i bezpośrednie obrazowanie ośrodkowego układu nerwowego, toruje to naukowcom drogę do oceny wpływu demencji na mikrokrążenie i strukturę nerwową.
Wykazano również, że zmiany w mikrokrążeniu siatkówki i strukturze neurologicznej są związane z demencją, zwłaszcza z chorobą Alzheimera. Po tych procedurach można również wykonać testy poznawcze i inne metody neuroobrazowania w celu zebrania innych informacji na temat demencji. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak korzystać z kamery siatkówkowej, optycznej tomografii koherentnej, programu do analizy wspomaganej komputerowo, aby uzyskać obrazy siatkówki i obiektywnie określić ilościowo zmiany naczyniowe i neuronalne w siatkówce.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten protokół opisuje metody ilościowego określania struktur wzrokowych i neuronowych w siatkówce za pomocą technik obrazowania siatkówki. Te metody mogą odzwierciedlać zmiany związane z demencją w mózgu i pomóc w diagnozowaniu i ocenie ryzyka demency.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Oftalmologia
- Neurologia
Tło
- Siatkówka dzieli pochodzenie embriologiczne i cechy anatomiczne z mózgiem.
- Obrazownictwo siatkówki zapewnia nieinwazyjną metodę badania demency.
- Obecne biomarkery demency są ograniczone, co podkreśla potrzebę nowych metod diagnostycznych.
- Zaawansowane technologie obrazowania siatkówki są szeroko dostępne i niedrogie.
Cel badania
- Rozwój nowych biomarkerów do przewidywania pogorszenia funkcji poznawczych.
- Wykorzystanie obrazowania siatkówki jako narzędzia do oceny ryzyka demency.
- Wykazanie procedury ilościowego określania zmian siatkówki związanych z demencją.
Stosowane metody
- Techniki obrazowania siatkówki do wizualizacji struktur wzrokowych i neuronowych.
- Ilościowe określenie zmian siatkówki związanych z demencją.
- Nieinwazyjne metody obrazowania dla dostępności.
- Współpraca członków zespołu badawczego w celu demonstracji.
Główne wyniki
- Identyfikacja zmian siatkówki, które mogą wskazywać na demencję.
- Wykazanie skuteczności technik obrazowania siatkówki.
- Potencjał poprawy diagnozy i oceny ryzyka demency.
- Wkład w rozwój nowych biomarkerów dla pogorszenia funkcji poznawczych.
Wnioski
- Obrazownictwo siatkówki jest obiecującym narzędziem do badania demency.
- Ilościowe określenie zmian siatkówki może pomóc we wczesnej diagnozie.
- Potrzebne są dalsze badania, aby zweryfikować te metody jako biomarkery.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Retinal imaging provides a non-invasive, scalable approach to detect early vascular and neuronal changes associated with dementia, offering a translational biomarker platform for preclinical and clinical risk assessment. By leveraging shared embryological and physiological properties between retina and brain, this method supports target validation and mechanistic de-risking in neurodegenerative disease programs. Its affordability and wide availability enable integration into longitudinal studies and multi-site trials, enhancing predictive confidence in early-stage discovery pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of retinal vascular and neuronal phenotypes as proxies for CNS pathology in dementia models.
- Operational Value: Supports functional target validation through quantifiable, repeatable imaging readouts linked to disease mechanisms.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by identifying compounds that modify retinal biomarkers of neurodegeneration.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, semi-automated quantitative outputs (vessel caliber, fractal dimension, tortuosity, GC-IPL thickness) for high-content screening.
- Reproducibility: Establishes normalized measurement grids and age-matched reference databases to reduce inter-operator variability.
- Scalability: Compatible with fundus photography and OCT platforms, enabling deployment across preclinical and clinical sites.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Demonstrates correlation between retinal thinning (RNFL, GC-IPL) and vascular alterations in Alzheimer’s disease models.
- Translational Continuity: Bridges in vitro findings to in vivo validation via non-invasive imaging of neurodegeneration biomarkers.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by tracking retinal structural changes as early indicators of therapeutic efficacy or toxicity.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum from target validation through lead optimization, providing mechanistic insights that inform preclinical candidate selection and disease model qualification.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of vascular and neurodegenerative pathways using retinal phenotypes as translational readouts.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative vascular and neuronal metrics for compound screening and target engagement studies.
- Analytics: Outputs include vessel caliber, fractal dimension, tortuosity, branching angle, coefficient, and retinal layer thickness for multivariate analysis.
- Translational Research: Connects retinal changes to cerebral microcirculation and neuronal status, supporting biomarker qualification efforts.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable imaging platform applicable across neurodegenerative disease programs beyond dementia.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by linking retinal phenotypes to CNS pathology in dementia.
- Operational Value: Ensures standardization through semi-automated tracing, calibration protocols, and cloud-based data upload.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early, non-invasive biomarkers of target engagement and disease modification.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on retinal safety and efficacy signals.
Implementation Considerations
- Requires expertise in retinal imaging, fundus photography, OCT operation, and computer-assisted analysis software.
- Dependent on high-resolution imaging systems and standardized analysis pipelines for vascular and neuronal quantification.
- Necessitates cross-team standardization between ophthalmology, neuroscience, and data science units for consistent interpretation.
- Adaptation considerations include species-specific retinal anatomy and age-related baseline variability in vascular and neuronal parameters.
- Practical limitations include image quality dependency on pupil dilation, subject fixation, and media clarity, which may affect quantification accuracy.
Biopharma FAQs
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
