Доплеровского Оптическая когерентная томография сетчатки обращения

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Всего сетчатки кровотока измеряется с помощью доплеровского оптической когерентной томографии и полуавтоматической классификации программного обеспечения.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Tan, O., Wang, Y., Konduru, R. K., Zhang, X., Sadda, S. R., Huang, D. Doppler Optical Coherence Tomography of Retinal Circulation. J. Vis. Exp. (67), e3524, doi:10.3791/3524 (2012).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Бесконтактные сетчатки измерения потока крови выполнены с Фурье области оптической когерентной томографии (ОКТ) системы с помощью circumpapillary двойной круговой обзор (CDCS), который сканирует вокруг зрительного нерва в 3,40 мм и 3,75 мм диаметром. Двойные концентрические круги выполняется 6 раз последовательно в течение 2 сек. Сканирования CDCS сохраняется с доплеровского сдвига информацию, из которой поток может быть рассчитан. Стандартный клинический протокол предусматривает 3 CDCS сканирует сделано с пучком октября, проходящей через superonasal края зрачка и 3 CDCS сканировать через inferonal ученика. Этот двойной угол протокол гарантирует, что приемлемо доплеровского угла получается на сетчатке каждого судна филиала, по крайней мере, 1 сканирования. CDCS данные сканирования, 3-мерный объемный октября сканирования оптического сканирования диска и цветную фотографию диска зрительного нерва используются вместе, чтобы получить сетчатки измерения потока крови на глаз. Мы разработали измерения кровотока программное обеспечение под названием "доплеровского оптическихАль когерентной томографии сетчатки обращения "(DOCTORC). Эта полуавтоматическая программное обеспечение используется для измерения общего кровотока сетчатки, судно площадь поперечного сечения, а средняя скорость крови. потока каждого судна рассчитывается исходя из доплеровского сдвига в сосуд крестом сечения и угла доплеровского между судном и луч октябре Всего сетчатки измерения кровотока суммируется из вены вокруг диска зрительного нерва. Полученные результаты в наших доплеровского октября чтении центра показали хорошую воспроизводимость между классов и методов (<10% ). Всего сетчатки кровотока могут быть полезны в лечении глаукомы и других заболеваний сетчатки и заболеваний сетчатки. Кроме пациентов с глаукомой, ОКТ сетчатки измерения потока крови тесно коррелирует с потеря поля зрения (R 2> 0,57 с визуальной картины отклонение поля) . доплеровский октября новый метод для выполнения быстрой, бесконтактной и повторяемость измерений от общего числа сетчатки потока крови с помощью широко доступных Фурье-домен октября instrumentatioн. Эта новая технология может повысить практичность делает эти измерения в клинических исследованиях и клинической практике.

Protocol

1. Текст протокола

  1. Пациенты проверяются RTVue Фурье-области оптической когерентной томографии (ОКТ) системы (Optovue Inc, Фремонт, штат Калифорния, США) с использованием circumpapillary двойной круговой обзор (CDCS) и 3D-сканирования оптических дисков.
    1. Шаблон CDCS состоит из двух концентрических кругов вокруг зрительного нерва. Внутренний диаметр кольца 3,40 мм и наружный диаметр кольца составляет 3,75 мм. Эта модель пересекает все ветви сетчатки артерии и вены, исходящие из зрительного нерва. Двойные круги проводятся 6 раз в одну проверку, чтобы покрыть около 2 сердечного цикла. Для расчета скорости потока, доплеровский сдвиг и доплеровское будет оцениваться на судне обнаружены в изображении октября (Рис. 1а, 1б)
    2. "Двойного угла" протокол используется для получения доплеровского октября сканирования. В «двойного угла" протокол, 3 сканирование, полученных с пучком октября, проходящей через superonasal часть учеников и 3 просматривает inferonasal пор ния.
    3. Качество каждого сканирования вычисляется для сигнала, движение ошибку, и доплеровского угла. Техник необходимо заново делать любые проверки, которые не прошли проверку качества. Всего 6 приемлемо CDCS сканирование выполняется для каждого глаза. "Двойного угла" протокол гарантирует, что для каждого судна, по крайней мере половина сканирования обеспечивает хорошие углы Доплера.
    4. 3D-скан диск растрового сканирования охватывает область 6х6 мм вокруг диска зрительного нерва. Это делается только один раз и предоставляет подробные лица ан образ этой области. (Рис. 1б)
    5. Цветную фотографию диска зрительного нерва также импортируется, чтобы помочь отличить артерий и вен.

Рисунок 1
На рисунке 1а. Измерение общего кровотока с circumpapillary двойного кругового сканирования и 3D-сканирование диска с помощью DOCTORC.

PHA ">
  • Угол Доплера угол между пучком зонда и нормальный вектор судна, и доплеровского сигнала является доплеровский сдвиг частоты пропорционально компонент скорости потока параллельно оси пробного пучка. Таким образом, скорость потока может быть оценена из доплеровского угла и доплеровского сигнала. Однако, как доплеровский угол и доплеровского сигнала становятся ненадежными, когда они находятся ниже уровня шума. С другой стороны, когда доплеровский угол большой, доплеровский сдвиг будет из измеримых диапазоне. Когда угол Допплера необходимо, около 5-15 градусов для FD-OCT системы, используемые в этом исследовании, скорость потока может быть правильно оценена доплеровского смещения и угла наклона.
  • Рисунок 1
    Рисунок 1б.

    1. Угол Доплера в каждом сосуде измеряется относительное положение судна в просветах тгоре концентрических круговых сканов. Осевой составляющей скорости потока получается доплеровский сдвиг измеряется от относительной фазы соседних октября сканирования осевой. Общая скорость потока рассчитывается по осевой составляющей потока и угол Доплера. Потока в каждом сосуде затем рассчитывается путем интеграции общего профиля скорости на судне площадью поперечного сечения. Судно совпадения с изображением анфас 3D-сканирование диска глазного дна и фотографии для идентификации каждого судна либо в вену или артерию. Общая сетчатки потока рассчитывается путем суммирования потоков в крупных вен сетчатки, то есть., Те, с диаметром просвета выше 33 мкм.
    1. Все сканирования одного и того же глаза экспортируется как сырье данных с помощью RTVue программного обеспечения. Сырье ОКТ-изображений, в том числе и Доплера и интенсивность изображения, сначала проверяются на качество изображения с помощью "доплеровского оптической когерентной томографии сетчатки обращения" (DOCTORC) программного обеспечения.
      1. Движения глаз являются измеренияизмерял на объединенном стандартном отклонении внутренней пограничной мембраны и максимальную разницу между двумя кадрами, что, по оценкам основная движения.
      2. Мощность сигнала (отражение и оценка средний угол Доплера) также рассчитывается.
      3. Согласно среднему движения глаз и уровень сигнала повторного сканирования, данные классифицируются как "хороший" или "плохой" по качеству. Только хорошее качество данных оцениваются.
    2. Для получения информации о сканировании, автоматизированных алгоритмов сегментации применительно к каждому изображению октября судно для обнаружения.
      1. Автоматизированный алгоритм, который соответствует судов используется для обнаружения и то же судно в каждом кадре. Кадров на той же окружности зарегистрированы, и две усредненные рамки внутреннего кольца и внешнего кольца создаются. Оба отражения и доплеровского изображения усредняются.
      2. Для обзора, обнаружил судно проектируется как отрезок на фас изображение глазного дна рассчитывается из 3D-сканирования диска.
      3. Грейдеры обзор каждого судна на небольшой части усредненной внутреннем и внешнем кольце кадров обложил кругом, который представляет автоматизированную результате сегментации.
        1. Грейдер судей, если расположение, диаметр сосуда, и судно типа (вены / артерии) для судна, на два кольца правильно в соответствии с изображением октября, в фас октября изображение, и диск фотографии одного и того же глаза.
        2. Грейдер может изменять любой из вышеуказанных значений, если он считает это необходимым. Грейдер также судей качества доплеровского сигнала в сосуд и дает субъективную оценку доверия для судна этикетки на каждом сканировании.
        3. Уверенность счетом 0-5, автоматически присваивается каждому судна на основе доплеровского сигнала в сосуд области. Затем вручную исправить грейдер на основе прочности судна доплеровского сигнала, регулярность судна границе, соглашение между внутренним и внешним кольцами размера судна, и подписать соглашение Dopдопплеровского сдвига между внутренним и внешним кольцами.
      4. После всех судов будут проверены и исправлены, автоматизированные алгоритм применяется для расчета притока крови из вены с каждым метод адаптирован из нашей предыдущей публикации 1.
        1. Доплеровский сигнал интегрируется на судне области, а затем среднем среди всех кадрах. Тогда поток доплеровского рассчитывается как суммарная доплеровского сигнала разделен на угол Доплера.
        2. Для каждого судна, 6 сканов оцениваются на субъективной оценки уверенности, доплеровский углами, а коэффициент вариации углов Доплера. Поток вены считается действительным, только если более чем на 1 сканирование проходит проверку качества. Для судов, которые проходят проверку качества, поток среднее между действительным сканирования.
        3. Для судна с недействительными результаты, поток оценивается с использованием область судна и средней скорости потока от действительным вены. Средняя скорость потока рассчитывается путем суммирования потоков в действующем вен и деленияпо области подвели тех вены. Оценка потока начинается от средней скорости потока, а затем с поправкой на зависимость скорости потока на судно области. Крупные суда имеют более высокую среднюю скорость потока. Таким образом, поправка сделана основана на склоне средней скорости от диаметра сосуда, 2,13, что мы ранее сообщали 2.
        4. Расчетная поток действительно жил и предполагаемых потоков недействительным вены добавляют для определения общего сетчатки кровотока.
        5. Общая сетчатки результате кровоток оцениваются на основе действующего процент площади вен, движения глаз, и силы сигнала.
        6. Области венозной и артериальной общая площадь также получены путем добавления судно области. Если предположить, что общее сетчатки кровоток же в артериях и венах, артериальной и венозной скорости рассчитывается путем деления общего потока крови с артериальной и венозной район области.

      2. Представитель Результаты

      www.aigstudy.net ). 48 Глаза были отсканированы на "двойного угла" протокол и производится сканирование, которые прошли проверку на качество изображения. Использование DOCTORC программного обеспечения, действительных измерений потока может быть получен от 83% на глазах.

      Для оценки воспроизводимости DOCTORC системы, еще один небольшой набор данных с 20 глаза оценивалась на 3 классов. Этот набор данных был также использован для обучения и тестирования классов. 2 грейдеры использовать полуавтоматическую DOCTORC программного обеспечения и 1 использовались ранее в ручном режиме программного обеспечения, используемого в предыдущих публикациях. 2,3 общая сетчатки потоки крови (табл. 1) определяются два грейдера DOCTORC использованием программного обеспечения похожи друг на друга и течь цены определяются другими грейдер с помощью ручного программного обеспечения. Только 65% глаз имели достоверных результатов, поскольку некоторые из тОн данные не были основаны на двойных протоколов угол, но один протокол угол 2. один протокол угол включает в себя 5 доплеровское сканирование, полученных с пучком октября, проходящая через центр зрачка. Поэтому угол доплеровского чаще небольшие, и поэтому большая часть судов, как правило, не Градуируемые.

      Для всех классов, между грейдером воспроизводимость, измеряемая коэффициентом вариации, аналогично как для глаукоматозной и нормальный глаз (табл. 2). Кроме того, воспроизводимость измерений для этих двух методов, DOCTORC и эксплуатации программного обеспечения, 1-5 аналогичны (табл. 2). В течение трех классов, хорошая корреляция между общим потоком крови и образец стандартного отклонения от визуальных тестов поля (рис. 2) при глаукоме глаза.

      DOCTORC программного обеспечения Руководство программное обеспечение 3
      Состояние Грейдер 1 Грейдер 2
      Нормальный 47,0 ± 9,1 48,7 ± 7,2 48,0 ± 6,5
      Глаукома 36,5 ± 5,5 36,7 ± 5,9 34,9 ± 5,1

      Таблица 1. Всего сетчатки кровотока с помощью 2 различных программ.

      </ TR>
      Коэффициент изменчивости
      Глаукома (7 глаз)
      Грейдер 1 vs Грейдер 2 (DOCTORC) 9,58%
      DOCTORC по сравнению с ручной метод 3
      Грейдер 1 8,00%
      Грейдер 2 9,74%
      Нормальный (6 глаз)
      Грейдер 1 vs Грейдер 2 (DOCTORC) 5,99%
      DOCTORC по сравнению с ручным методом
      Грейдер 1 8,87%
      Грейдер 2 9,98%

      Таблица 2. Воспроизводимость Всего сетчатки измерения кровотока.

      Рисунок 2
      Рисунок 2. Корреляция между общим сетчатки кровотока и поля зрения при глаукоме.. Грейдер 1, используя DOCTORC программного обеспечения. Потеря поля зрения суммируетсяшаблон стандартного отклонения (р = 0,048). б. Грейдер 2 DOCTORC использованием программного обеспечения. Потеря поля зрения приводится по образцу стандартного отклонения (р = 0,032).

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Нарушения кровотока происходит при глаукоме и сосудистых заболеваний сетчатки, таких как диабетическая ретинопатия. 6-10 Объемные измерения кровотока сетчатки дает ценную информацию о процессе болезни. 4-6,11,12 DOCTORC обеспечивает практический способ оценки общего сетчатки кровотока на основе измерений в отдельных судов определяется доплеровским октября использованием двойной скан круг. 1-5

    Среднее общее сетчатки кровотока измеряли доплеровским октября в нормальных глаз 47-49 мкл / мин, сопоставимые с литературой значений 34-65 мкл / мин, полученные с использованием лазерной доплеровской техники. 13,14 доплеровских измерений октября с новой полу- автоматизированное программное обеспечение DOCTORC согласились тесно сотрудничать с результатами ручного измерения, которые мы публиковали ранее. 1-5 разницу между DOCTORC измерений и ручного измерения в отдельных случаях, если судить по резюме, похож на меж-градер различия. Это означает, что разница была в первую очередь связана с субъективными часть процесса сортировки, а не разница между программным обеспечением. При ручном методе и DOCTORC, мы измеряем только вен с диаметром более 33 мкм. Жилы с диаметром менее 33 мкм, как правило, не обнаруживается использованием DOCTORC. Эти вены составляют лишь очень небольшую часть от общей площади венозной (0,2%), и они способствуют еще меньше общего кровотока сетчатки, потому что скорость потока в этих сосудах меньше, чем в более крупных сосудов. 2 Таким образом, разница между в том числе и исключая очень небольшие суда не является существенным для определения общего сетчатки кровотока. Высокая корреляция между визуальными полевых испытаний и общей сетчатки потоки крови согласуется с нашими предыдущими результат, что свидетельствует о тесной связи между перфузии и зрительной функции. Глаукома глаза также имеют значительно более низкий приток крови, чем обычно группами, что согласуется с результатами других исследований. 15-17 </ SUP> Таким образом, общая сетчатки кровотока определяется DOCTORC будет полезна в диагностике и мониторинге прогрессирование глаукомы. В дополнение к измерениям кровотока, DOCTORC также площадь сосудов и измерения скорости судна, которая также может быть полезна в клинике.

    Другие методы также доступны для измерения кровотока сетчатки, однако каждый из них имеет некоторые ограничения. Лазерные доплеровские методы нужно много измерений в течение длительного сессии, он проверяет только одного судна на время. Ультразвуковое цветного допплеровского оценивает только скорость в большей ретробульбарной суда, и он не может определить объемный кровоток. Ультразвуковое доплеровское результаты меняются в зависимости от оператора и с учетом анатомии. Изменчивости делает его проблематичным для сравнения результатов между субъектами и учебных центров 18. Эти инструменты также являются дорогими и доступными только в крупных научно-исследовательских центров. Другие методы, такие как флуоресцеин и индоцианин зеленый ангиографии требуют внутривенного яnjection, и они не дают количественные результаты. Фурье домена (или спектральной области) окт популярен в офтальмологии и только обновления программного обеспечения необходимо для обеспечения доплеровских измерений кровотока в этих оборудований. Наши доплеровского метода октября является единственным средством для измерения потока крови с клинически доступных FD-октябре инструментов. Распространенность и относительно низкая стоимость этой аппаратуры позволяют больших многоцентровых исследованиях сетчатки поток крови в норме и патологии.

    Есть несколько ограничений для текущей версии DOCTORC. Классификация процесс еще не полностью автоматизирован, и градуировкой время один глаз до 30 мин. Эта градуировка время является приемлемым для крупномасштабных клинических исследований, но недостаточно быстро для ежедневного клинического использования. Прямая артериальной измерения расхода не доступна для DOCTORC, потому что высокая скорость потока в артерии выходит за диапазон измерения от выбранной системы октябре со скоростью 26000 a-scans/sec. Быстрее октября систем WouLD позволяет измерять артериальное потока. Около 17% из глаз сканировать не дала достоверного измерения кровотока из-за плохих углов доплеровского на крупных сосудах.

    Таким образом, мы предоставляем практический метод для измерения общего кровотока сетчатки с коммерчески доступными Фурье-домен инструментом октября Она будет иметь широкое применение для зрительного нерва и сетчатки заболеваний, таких как глаукома, диабетическая ретинопатия, и не arteritic ишемической оптической невропатии.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Доктор Хуан получает грантовую поддержку, патентных роялти, опционы на акции, путешествия поддержки и лекции сборы от Optovue, Inc, д-р Тан и д-р Ван получает роялти патента и грантовую поддержку от Optovue, Inc, д-р Koduru и д-р Садда получили грантовую поддержку от Optovue.

    Acknowledgments

    Это исследование проводится при поддержке гранта NIH RO1 013516 и Optovue грант форме.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    RTVue Fourier Domain optical coherence tomography Optovue N/A Version 6.1.0.21 or higher Installed with blood flow double ring scan pattern

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Wang, Y., Bower, B. A., Izatt, J. A., Tan, O., Huang, D. Retinal blood flow measurement by circumpapillary Fourier domain Doppler optical coherence tomography. J. Biomed. Opt. 13, 064003 (2008).
    2. Wang, Y. Pilot study of optical coherence tomography measurement of retinal blood flow in retinal and optic nerve diseases. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 52, 840-845 (2011).
    3. Wang, Y. Measurement of total blood flow in the normal human retina using Doppler Fourier-domain optical coherence tomography. Br. J. Ophthalmol. 93, 634-637 (2009).
    4. Wang, Y., Bower, B. A., Izatt, J. A., Tan, O., Huang, D. In vivo total retinal blood flow measurement by Fourier domain Doppler optical coherence tomography. J. Biomed. Opt. 12, 041215 (2007).
    5. Wang, Y., Fawzi, A., Tan, O., Gil-Flamer, J., Huang, D. Retinal blood flow detection in diabetic patients by Doppler Fourier domain optical coherence tomography. Opt. Express. 17, 4061-4073 (2009).
    6. Berisha, F., Feke, G. T., Hirose, T., McMeel, J. W., Pasquale, L. R. Retinal blood flow and nerve fiber layer measurements in early-stage open-angle glaucoma. Am. J. Ophthalmol. 146, 466-472 (2008).
    7. Cuypers, M. H., Kasanardjo, J. S., Polak, B. C. Retinal blood flow changes in diabetic retinopathy measured with the Heidelberg scanning laser Doppler flowmeter. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 238, 935-941 (2000).
    8. Hafez, A. S., Bizzarro, R. L., Lesk, M. R. Evaluation of optic nerve head and peripapillary retinal blood flow in glaucoma patients, ocular hypertensives, and normal subjects. Am. J. Ophthalmol. 136, 1022-1031 (2003).
    9. Klaver, C. C., Wolfs, R. C., Vingerling, J. R., Hofman, A., de Jong, P. T. Age-specific prevalence and causes of blindness and visual impairment in an older population: the Rotterdam Study. Arch. Ophthalmol. 116, 653-658 (1998).
    10. Logan, J. F., Rankin, S. J., Jackson, A. J. Retinal blood flow measurements and neuroretinal rim damage in glaucoma. Br. J. Ophthalmol. 88, 1049-1054 (2004).
    11. Chung, H. S., Harris, A., Kagemann, L., Martin, B. Peripapillary retinal blood flow in normal tension glaucoma. Br. J. Ophthalmol. 83, 466-469 (1999).
    12. Deokule, S., Vizzeri, G., Boehm, A., Bowd, C., Weinreb, R. N. Association of visual field severity and parapapillary retinal blood flow in open-angle glaucoma. J. Glaucoma. 19, 293-298 (2010).
    13. Riva, C. E., Grunwald, J. E., Sinclair, S. H., Petrig, B. L. Blood velocity and volumetric flow rate in human retinal vessels. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 26, 1124-1132 (1985).
    14. Garcia, J. P., Garcia, P. T., Rosen, R. B. Retinal blood flow in the normal human eye using the canon laser blood flowmeter. Ophthalmic Res. 34, 295-299 (2002).
    15. Flammer, J. The impact of ocular blood flow in glaucoma. Prog. Retin. Eye Res. 21, 359-393 (2002).
    16. Mitchell, P. Retinal vessel diameter and open-angle glaucoma: the Blue Mountains Eye Study. Ophthalmology. 112, 245-250 (2005).
    17. Nicolela, M. T., Hnik, P., Drance, S. M. Scanning laser Doppler flowmeter study of retinal and optic disk blood flow in glaucomatous patients. Am. J. Ophthalmol. 122, 775-783 (1996).
    18. Goebel, W. Color Doppler imaging: a new technique to assess orbital blood flow in patients with diabetic retinopathy. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 36, 864-870 (1995).

    Comments

    0 Comments


      Post a Question / Comment / Request

      You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

      Usage Statistics