多普勒光学相干断层扫描视网膜循环

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Summary

总的测量视网膜血流多普勒光学相干断层扫描和半自动化分级软件。

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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).

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Abstract

傅立叶域光学相干断层扫描(OCT)系统使用一个circumpapillary双循环扫描(CDCS),它可以扫描周围的视神经头3.40毫米和3.75毫米直径的非接触式视网膜血流进行测量。双同心圆连续进行了6倍,超过2秒。 CDCS扫描保存与多普勒频移信息可以计算出从该流。标准的临床协议要求3 CDCS扫描的OCT光束通过的superonasal瞳孔边缘3 CDCS扫描通过inferonal瞳孔。这双角协议,确保可接受的每个视网膜分支血管多普勒角度上获得至少1次扫描。 CDCS扫描数据,一个3 - 维体积OCT扫描的视盘扫描,和视盘的彩色照片一起使用,以获得上的眼睛的视网膜血流测量。我们已经开发出一种血流量测量软件被称为“多普勒光纤人相干断层扫描视网膜循环“(DOCTORC)。此半自动化的软件被用来测量视网膜全血流量,血管的横截面面积,和平均血流速度,每个容器中的流是从容器截面的多普勒频移计算截面面积和多普勒角之间的容器中,在OCT束。共有视网膜血流量测量从视盘周围静脉相加得到的结果在我们的多普勒OCT读取中心平地机和方法(<10%之间表现出良好的再现性,OCT在青光眼患者视网膜血流测量高度与视野缺损(R 2> 0.57,视野模式偏差),总视网膜血流可能是有用的管理,青光眼,视网膜疾病,视网膜疾病。)多普勒OCT是一种新的方法来进行快速,非接触式和可重复的测量使用广泛可傅立叶域OCT instrumentatio的的总视网膜血流的。N。这项新技术可以改善的临床研究和常规临床实践中进行这些测量的实用性。

Protocol

1。协议文本

  1. 患者被扫描RTVue傅立叶域光学相干断层成像(OCT)系统(公司Optovue,弗里蒙特,CA,美国)使用的circumpapillary的双圆形扫描(CDCS)和3D模型视盘扫描。
    1. CDCS图案周围的视神经头由两个同心圆。内圈直径为3.40毫米,环的外直径为3.75毫米。这种模式横断所有的视网膜分支动脉和静脉产生的视神经头。双圈在单次扫描覆盖约2个心动周期的6倍。为了计算,多普勒频移和多普勒流速将估计对船只在OCT图像检测。 ( 图1a,图1b)
    2. A“双角”的协议,用于获取多普勒OCT扫描。在“双角”协议中,3次扫描得到的OCT光束通过的瞳孔和3次扫描的的superonasal部通过inferonasal陈健波 TION。
    3. 每次扫描的质量进行评估信号强度,运动误差和多普勒角度。技术人员需要重新做任何扫描,没有通过质量检查。每只眼睛进行6可接受的CDCS扫描,总共。 “双角”协议确保了每艘船舶,至少有一半的扫描提供了良好的多普勒角度。
    4. 3D碟片扫描模式是一个光栅扫描覆盖6x6毫米视盘周围地​​区。它仅进行一次,并提供了一​​个详细的连接这个区域的人脸图像。 ( 图1b)
    5. 也是进口的彩色照片视盘,以帮助区分动脉和静脉。

图1
图1a。的双圆circumpapillary扫描和3D磁盘扫描,并使用DOCTORC的的总血流量。

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  • 多普勒角是该船只的探测光束与法线之间的角度,和多普勒信号的多普勒频移探测光束的轴线平行的流速分量成正比。因此流速可以估算,从多普勒角度和多普勒信号。然而,这两种多普勒角和多普勒信号变得不可靠的,当它们是低于噪声电平。另一方面,当多普勒角大时,多普勒频移将满分的可测量范围内。当多普勒角是合适的,在这项研究中使用的FD-OCT系统约5-15度,流速可以正确估计的多普勒频移和角度。
  • 图1
    图1b。

    1. 在每个容器中的多普勒角测量由容器管腔的相对位置在t禾同心圆形扫描。的轴向分量的流速是通过以下方式获得的多普勒频移测定从相邻的的华侨城轴向扫描的相对相位。的总的流速来计算从轴向流分量和多普勒角。每个容器中的流动,然后通过集成超过血管横截面面积的总的速度更新计算。匹配连接面部图像的3D磁盘扫描和眼底照片,以确定每个容器无论是作为静脉或动脉的血管图案。视网膜总流量的计算方法是总结在视网膜静脉, ,那些管腔直径33微米以上的流动。
    1. 使用RTVue软件的原始数据导出为所有的扫描相同的眼睛。原始的OCT图像,包括多普勒和强度的图像,首先对图像质量测试使用“多普勒光学相干断层扫描视网膜循环”软件(DOCTORC)。
      1. 眼球运动测量ured内界膜和两帧之间的最大差值,估计由散装议案由合并的标准偏差。
      2. 信号强度(反射率和估算的平均多普勒角)也计算。
      3. 根据平均眼球运动和信号强度的重复扫描,对数据进行分类是“好”或“差”的质量方针。只有高质量的数据进行分级。
    2. 对于可接受的扫描,自动分割算法船舶检测施加到每个OCT图像。
      1. 匹配船只一个自动化的算法,该算法是用来定位在每个帧中的同一容器。注册在同一圆上的帧中,以及在内圈和外圈的两个平均帧创建。反射率和多普勒图像被平均。
      2. 的概述,将检测到的容器投射到连接面从3D碟片扫描计算的眼底图像的线段。
      3. 平地机评论平均的内圈和外圈用一个圆圈表示自动分割结果重叠的帧的一小部分上的每个容器。
        1. 年级的法官的位置,血管直径,血管型(静脉/动脉)相匹配的船只上的两个环是正确的根据OCT形象的,恩面对OCT图像和光盘相同的眼睛的照片。
        2. 平地机允许改变上述的任何值,如果他认为这是必要的。平地机也判断容器中的多普勒信号的质量,并给出了一个主观的置信度得分为每个扫描容器标签上。
        3. 多普勒信号强度的血管面积的基础上,以每艘船舶被自动赋予一个置信度得分为0-5。然后手动校正年级的学生的实力血管多普勒信号,规律性的容器边界,容器大小的内圈和外圈之间的协议的基础上,签订协议的DOP在内圈和外圈之间的更简单移位。
      4. 后,所有船只进行验证和修正,自动算法计算每根血管的血流量,改编自我们以前发布的方法
        1. 多普勒信号集成在血管区之间的所有帧,然后平均。然后,计算的求和的多普勒信号的多普勒角除以多普勒血流。
        2. 对于每个容器,6的扫描评价主观置信度分数,多普勒角度,和变异系数的多普勒角度。如果超过1扫描通过质量检查,静脉的流动被认为是有效的。对于通过的质量检查的血管时,流程有效扫描之间的平均值。
        3. 对于容器的无效结果,流是使用从有效的静脉血管面积和平均流量速度估计。平均流动速度的计算方法是在有效的静脉并除以流求和总结领域的人脉。流量的估计从平均流量速度开始,然后校正流速对血管面积的依赖。较大的血管有较高的平均流速。因此,根据修正后的斜率平均速度与血管直径2.13,即我们之前所报道
        4. 有效的静脉和无效静脉的估计流量的计算流量被添加,以确定总的视网膜血流。
        5. 总的视网膜血流评估结果的基础上有效的静脉面积百分比,眼球运动,和信号强度。
        6. 静脉面积和总动脉面积也得到加入容器区域。假设全视网膜血流量在动脉和静脉,动脉和静脉的速度计算,除以动脉的面积和静脉区的血流。

      2。代表性的成果

      www.aigstudy.net )的先进的成像。 48眼进行扫描的“双角”协议和生产的扫描,通过图像质量检查。使用DOCTORC软件,有效的流量测量,可以得到83%的眼睛。

      为了评估的重复性的DOCTORC系统,另一个较小的数据集有20只眼进行分级3年级的学生。这个数据集也被用来训练和测试年级的学生。 2年级学生使用的半自动化DOCTORC的软件和1使用在以前的出版物中的较早的完全手动的软件。2,3的总的视网膜血流量( 表1)由两个年级学生使用DOCTORC软件确定是彼此相似的,并流入其他年级的学生使用手册软件的价格确定。只有65%的眼睛有有效的结果,因为有些的T他的数据没有根据双角协议,但单角协议。2单角协议包括5个多普勒扫描OCT光束通过瞳孔中心。因此,多普勒角度是更频繁地小,因此,较大部分的船只通常是不进行分级。

      对于所有年级的学生,跨年级的学生可重复性,变异系数作为衡量的,是类似青光眼与正常眼( 表2)。同样地,再现性测量的两种方法,DOCTORC和软件的操作手册,1-5是相似的( 表2)。对于三年级学生,良好的相关性之间存在着总的血流量和从视场试验( 图2),用于青光眼的图案的标准偏差。

      DOCTORC软件手册软件3
      条件平地机1 平地机2
      正常 47.0±9.1 48.7±7.2 48.0±6.5
      青光眼 36.5±5.5 36.7±5.9 34.9±5.1

      表1。视网膜全血流量使用2个不同的软件。

      </ TR>
      变异系数
      青光眼(7只眼)
      平地机1比平地机2(DOCTORC) 9.58%
      DOCTORC与手动方法3
      平地机1 8.00%
      平地机2 9.74%
      正常(6只眼)
      平地机1比平地机2(DOCTORC) 5.99%
      DOCTORC与手动方法
      平地机1 8.87%
      平地机2 9.98%

      表2。总视网膜血流测量的可重复性。

      图2
      图2,总视网膜血流和视野在青光眼的相关性平地机1 DOCTORC软件。视野缺损总结模式标准差(P = 0.048),B平地机2使用DOCTORC软件。视野缺损总结,模式标准差(P = 0.032)。

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    Discussion

    血流量异常发生在青光眼的视网膜血管性疾病,如糖 ​​尿病性视网膜病变。6-10体积测量视网膜的血流量提供了有价值的信息4-6,11,12 DOCTORC提供了一个实用的方法来估计全视网膜疾病的进程。血流量的测量值的基础上使用的双圆圈扫描图案由多普勒OCT确定个别船只。1-5

    平均总视网膜血流量测量多普勒OCT在正常的眼睛是47-49μl/ min的,与文献值34-65μl/ min的使用激光多普勒技术。10月13,14多普勒测量与新的半自动DOCTORC软件紧密合作,同意手动测量的结果,我们先前公布的1-5之间的差异DOCTORC测量和手动测量在个别情况下,通过CV测量,是同类间的梯度DER差异。这表明,差异主要是分级过程与主观部分相关联,而不是软件之间的差异。随着手动方法和DOCTORC的,我们只测量静脉直径大于33微米。静脉直径小于33微米,通常不检测使用DOCTORC。这些静脉构成只有一个非常小的部分区域(0.2%)的总静脉,它们有助于甚至少总视网膜血流量,因为在这些血管的流动速度是小于在较大的容器。2因此,包括和之间的差异不包括非常小的船只是不是全视网膜血流量的测定具有重要意义。视野测试和视网膜全血流量之间的高度相关性与我们以前的结果一致,表明灌注和视觉功能之间的密切联系。青光眼也有显着降低血液中的流量比正常对照组,这与其他研究一致。15-17 </ sup>的,总视网膜血管流量的DOCTORC确定将有用的诊断和监测青光眼进展。除了血流量测量,DOCTORC还提供船舶区域和船舶的速度测量,这也可能是有用的在诊所。

    其它技术也可用于测量视网膜血流,但每种方法具有一定的局限性。激光多普勒技术需要一个长会议上的多次测量,因为它测试在同一时间只有一个容器。超声彩色多普勒仅计算的速度在较大的球后的血管,并且它不能确定体积的血流。超声多普勒结果不同,与运营商,并须解剖。的变异,使问题的学科和研究中心之间的比较结果。 这些文书也很昂贵,只能在主要的研究中心。其他技术,如荧光素和吲哚青绿血管造影需要静脉我njection,并且它们不提供定量结果。傅立叶域(或谱域)是流行的眼科OCT,只需要软件升级,使多普勒血流测量在这些设备。我们的多普勒OCT方法是唯一的手段,临床上可用FD-OCT仪器测量血流量。本仪器的患病率和相对较低的成本,使视网膜血流在健康和疾病的可能大样本多中心的研究。

    当前版本的DOCTORC是有一些限制。分级过程仍然是不完全自动化,一只眼睛的分级时间高达30分钟。这种分级的时间是可以接受的大规模临床研究,但速度还不够快日常临床使用。直接动脉的流量测量是不提供为DOCTORC因为在动脉中的高流速超出26000 a-scans/sec的速度与选定的OCT系统的测量范围。更快的OCT系统WOUld的启用动脉血流的测量。约17%的目光扫视没有得到有效的因差多普勒角度对大血管的血流量测量。

    总之,我们提供了一个实用的方法,用市售的傅立叶域OCT仪测量视网膜全血流量。视神经和视网膜疾病,如青光眼,糖尿病性视网膜病和非动脉缺血性视神经病变,这将有广泛的应用。

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    Disclosures

    黄医生收到的资金支持,专利使用费,股票期权,交通费支援费,演讲费从Optovue,公司,谭智和王医生收取专利使用费和资金支持从Optovue,公司博士Koduru博士和Sadda收到的资金支持从Optovue。

    Acknowledgments

    这项研究是由美国国立卫生研究院授予RO1 013516和赠款形式Optovue的支持。

    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

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    References

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