網膜循環のドップラー光コヒーレンストモグラフィー

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

合計網膜血流はドップラー光コヒーレンストモグラフィーと半自動グレーディングソフトウェアによって測定されます。

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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

非接触型の網膜血流測定は、3.40ミリメートルと3.75ミリメートル径では視神経乳頭のまわりスキャンcircumpapillary二重円形走査(CDCS)を使用して、フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー(OCT)システムで実行されます。二重の同心円を2秒かけて6回連続して実行されます。 CDCSのスキャンが流れを計算することができるからドップラーシフト情報とともに保存されます。標準的な臨床プロトコルでは、10月のビームが瞳孔のsuperonasalエッジを通過すると3 CDCSがinferonal瞳孔を通してスキャンで作られた3 CDCSのスキャンのために呼び出します。この二重角プロトコルは許容ドップラー角が少なくとも1スキャンで各網膜血管枝上に得られることを保証します。 CDCSのスキャンデータ、視神経スキャンの3次元体積OCTスキャン、および視神経乳頭の色の写真は目の上の網膜血流測定を得るために一緒に使用される。私たちは、 "ドップラー視神経と呼ばれる血流測定ソフトウェアを開発してきた網膜循環のアルコヒーレンストモグラフィー "(DOCTORC)。この半自動化されたソフトウェアは、全網膜血流、血管断面積、および平均血流速度を測定するために使用されます。各血管の流れが血管クロスでドップラーシフトから計算され断面積と容器とOCTビーム間のドップラー角度。合計網膜血流測定は視神経乳頭の周りの静脈から加算されます私たちのドップラーOCT読書センターで得られた結果は、年生と方法(<10%の間の良好な再現性を示した)。合計網膜血流が緑内障、他の網膜疾患、網膜疾患の管理に有用である可能性があります。緑内障の患者では、10月網膜血流測定は非常に視野欠損(視野パターン偏差はR2> 0.57)と相関していた。ドップラーOCTは、広く利用可能なフーリエドメインOCT instrumentatioを使用して合計網膜血流の、急速な非接触、かつ再現性のある測定を行うための新しい方法ですnである。この新技術は、臨床研究と日常診療でこれらの測定を行う際の実用性を向上させることができます。

Protocol

1。プロトコルテキスト

  1. 患者はcircumpapillaryダブル円形走査(CDCS)と3D視神経スキャンを使用してRTVueフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー(OCT)システム(Optovue社、フリー​​モント、カリフォルニア州、米国)によってスキャンされます。
    1. CDCSのパターンは、視神経乳頭の周りに2つの同心円で構成されています。内輪径が3.40ミリメートルで、外輪の直径は3.75 mmです。このパターンは、視神経乳頭から発せられるすべてのブランチ網膜の動脈と静脈をトランセクト。二重丸は約2心周期をカバーするシングルスキャンで6回行われます。流速を計算するには、ドップラーシフトとドップラーは、OCT画像で検出された容器に推定されます。 ( 図1a、図1b)
    2. "二重角"プロトコルはドップラーOCTスキャンを取得するために使われます。 "デュアル·アングル"のプロトコルでは、3つのスキャンがinferonasal PORを通っsuperonasal瞳孔の部分と3スキャンを通過するOCTビームを用いて得られるる。
    3. 各スキャンの品質は、信号強度、運動誤差、およびドップラー角に対して評価されます。技術者は、品質チェックに合格しなかったやり直す任意のスキャンに必要です。 6許容CDCSのスキャンの合計は、それぞれの目に対して実行されます。 "デュアルアングル"プロトコルは船舶ごとに、スキャンの少なくとも半分は良いドップラー角を提供することが保証されます。
    4. 3Dディスク走査パターンは視神経乳頭の周りの6x6のmmの領域をカバーするラスタスキャンです。それは一度だけ行われ、この地域の詳細な専用顔画像を提供しています。 ( 図1b)
    5. 視神経乳頭の色の写真はまた、動脈と静脈を区別するためにインポートされます。

図1
図1a。circumpapillary二重円形走査とDOCTORCを使用して、3Dディスクスキャンと総血流量を測定します。

PHA ">
  • ドップラー角がプローブビームと容器の法線ベクトルの間の角度であり、ドップラー信号は、プローブビームの軸に流速平行な成分に比例したドップラー周波数シフトです。したがって、流速はドップラー角とドップラー信号から推定することができる。彼らはノイズレベル以下である場合しかし、ドップラー角とドップラー信号の両方が信頼できなくなる。一方、ドップラー角度が大きい場合には、ドップラーシフトが測定可能範囲外となります。ドップラー角が適切である場合には、本研究で使用したFD-OCTシステムのための約5から15度は、流速が正しくドップラーシフトや角度によって推定することができる。
  • 図1
    図1b。

    1. 各容器内のドップラー角がtの血管内腔の相対的な位置で測定されるWO同心円をスキャンします。流速の軸方向成分は、隣接する10月アキシャルスキャンの相対位相から測定ドップラーシフトすることによって得られる。合計流速は軸流成分とドップラー角から算出されています。各容器内の流れは、その後、血管断面積にわたる総速度プロファイルを統合することによって計算されます。血管パターンは、静脈又は動脈のいずれかとしてそれぞれの容器を識別するために3Dディスクスキャンや眼底写真のenの顔画像と照合されます。合計網膜フローは、主要網膜静脈、 すなわち 、33μmで上記の内腔の直径のものでフローを合計して計算されます。
    1. 同じ目のすべてのスキャンがRTVueソフトウェアを使用して生データとしてエクスポートされます。ドップラーと強度画像の両方を含む生のOCT画像は、最初に "網膜循環のドップラー光コヒーレンストモグラフィー"(DOCTORC)ソフトウェアを使用して画質のためにテストされています。
      1. 眼球運動はMEASアール内境界膜とバルク運動によって推定されている2つのフレーム間の最大差のプールされた標準偏差によってured。
      2. 信号の強さ(平均ドップラー角の反射率と推定)も計算されます。
      3. 平均的な眼球運動と繰り返しスキャンの信号強度に応じて、データは質の "良い"または "悪い"のいずれかに分類されています。唯一の良い品質のデータが評定されます。
    2. 許容可能なスキャンの場合は、自動セグメンテーションアルゴリズムは血管検出のための各OCT画像に適用されます。
      1. 血管に一致する自動アルゴリズムは、各フレームに同じ容器を見つけるために使用されます。同じ円周上のフレームが登録されており、内輪と外輪の二つの平均フレームが作成されます。反射率およびドップラー画像の両方が平均化されます。
      2. 概要については、検出された容器は、3Dディスクのスキャンから計算専用顔眼底画像上に線分として投影されます。
      3. グレーダーは、自動分割結果を表す円を重ねて平均化され、内側と外側のリングフレームの小さな部分に各容器を確認します。
        1. グレーダの位置、血管径、および2つのリング上で容器をマッチング容器タイプ(静脈/動脈)は10月のイメージに応じて正しいかどうかを判断し、専用顔OCT画像と、同じ目のディスク写真。
        2. 年生は、彼はそれが必要だと考えている場合は、上記のいずれかの値を変更することが許可されています。年生はまた裁判官容器内のドップラー信号の品質を、各スキャンで容器ラベルの主観的信頼スコアを与える。
        3. 0-5の信頼スコアは自動的に血管領域におけるドプラ信号強度に基づいて、それぞれの容器に与えられます。次いで、それを手動で血管ドップラー信号、容器バウンダリの規則性、容器の大きさの内輪と外輪との間の合意の強さに基づいてグレーダによって補正し、DOPの契約書に署名されている内輪と外輪の間にplerシフト。
      4. 全ての船舶が検 ​​証され、訂正された後に、自動化されたアルゴリズムは、私たちの前の刊行物から適応方法と各静脈の血流を計算するために適用されます。1
        1. ドップラー信号が血管領域にわたって積分し、すべてのフレーム間で平均化されます。その後、ドップラーフローはドップラー角で割っ加算ドップラー信号のように計算されます。
        2. 船舶ごとに、6スキャンが主観的な信頼度スコア、ドップラー角度、ドップラー角の変動係数で評価されます。静脈の流れは、1以上のスキャンが品質検査に合格した場合にのみ有効であると見なされます。品質チェックを通過船舶については、フローが有効なスキャンの間で平均化されます。
        3. 無効な結果を有する容器の場合は、フローが有効な静脈から血管面積と平均流速を用いて推定される。平均流速は、有効な静脈でフローを合計し、割ることによって計算されますこれらの静脈の合計面積で。流量の推定値は、平均流速から始まり、その後、血管領域の流速の依存性のために修正されます。大きい船はより高い平均流速を持っています。したがって補正は、我々が以前に報告されている平均速度対血管径の勾配、2.13、図2に基づいて行われる
        4. 有効および無効な静脈静脈の推定流量の計算されたフローは、合計網膜血流を決定するために追加されます。
        5. 合計網膜血流の結果が有効な静脈面積百分率、眼球運動、信号強度に基づいて評価されます。
        6. 静脈面積と総動脈領域はまた、血管領域を追加することによって得られる。合計網膜血流を仮定することは、動脈と静脈に同じであるが、動脈と静脈の速度は、動脈と静脈の領域面積と総血流量で除して算出されています。

      2。代表的な結果

      www.aigstudy.net )。 48目は "デュアルアングル"プロトコルと画質チェックに合格した生産スキャンでスキャンした。 DOCTORCソフトウェアを使用して、有効なフロー測定は目の83%から得ることができた。

      DOCTORCシステムの再現性を評価するために、20の目で別の小さなデータセットは、3年生で分類した。このデータセットは、また生を訓練し、テストするために使用されていました。 2年生は半自動DOCTORCソフトウェアを使用し、1は前の出版物で採用以前の完全マニュアルソフトウェアを使用していました。DOCTORCソフトウェアを使用して、2年生で決定2,3合計網膜血流( 表1)は互いに類似していて、流れるように手動のソフトウェアを使用して他のグレーダによって決定率。目のわずか65%は、tのいくつかのために有効な結果が得られた彼のデータは二重角プロトコルに基づいていますが、シングルアングルプロトコル2は、シングルアングルプロトコルは、瞳孔の中心を通るOCTビームを用いて得られた5ドップラースキャンが含まれていませんでした。したがってドップラー角がより頻繁に小さく、したがって血管の大部分は、通常、等級付けができるではありません。

      すべて年生、年生の間の再現性については、変動係数により測定された、緑内障と正常眼( 表2)の両方に似ています。同様に、2つの方法、DOCTORCおよびマニュアルソフトウェア、1-5再現性の測定は、( 表2)と同様です。 3年生を対象に、良好な相関関係は総血流量および緑内障の目の視野検査( 図2)からパターン標準偏差の間に存在します。

      DOCTORCソフトウェアマニュアルソフトウェア3
      条件グレーダ1 2年生
      ノーマル 47.0±9.1 48.7±7.2 48.0±6.5
      緑内障 36.5±5.5 36.7±5.9 34.9±5.1

      表1:2つの異なるソフトウェアを使用して合計網膜血流。

      </ TR>
      変動係数
      緑内障(7目)
      グレーダ1対2年生(DOCTORC) 9.58パーセント
      DOCTORCと手動方法3
      グレーダ1 8.00パーセント
      2年生 9.74パーセント
      ノーマル(6目)
      グレーダ1対2年生(DOCTORC) 5.99パーセント
      DOCTORCと手動方式
      グレーダ1 8.87パーセント
      2年生 9.98パーセント

      表2合計網膜血流測定の再現性。

      図2
      図2:緑内障における総網膜血流と視野の相関。DOCTORCソフトウェアを使用してグレーダ1。視野欠損はによって要約されるDOCTORCソフトウェアを使用してパターン標準偏差(P = 0.048)。 年生2。視野欠損は、パターン標準偏差(P = 0.032)に要約されている。

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    血流異常は、緑内障や糖尿病性網膜症などの網膜の血管疾患に起こります。網膜血流中6-10容積測定は、病気のプロセスに関する貴重な情報を得ることができます。4-6,11,12 DOCTORCが総網膜を推定するための実用的な方法を提供しています二重丸のスキャンパターンを使用して、ドップラーOCTによって決まる個別の容器内の測定に基づいて、血流1-5

    正常眼でドップラーOCTによって測定された全網膜血流が47から49μl/分、レーザードップラー技術を使用して得られた34から65μl/分の文献値と同等であることを意味します。以降で作られた13,14ドップラーOCTの測定は、半自動DOCTORCソフトウェアは、我々が以前に公開されている取扱説明書の測定の結果と密接に合意した。1月5日としてCVにより測定された個々のケースでDOCTORC測定と手動測定、の違いは、間GRAに似ていますファンデの違い。この違いは、主に主観的なグレーディング·プロセスの一部ではなく、ソフトウェアの違いに関連していたことを示しています。手動の方法とDOCTORCにより、我々は33μm以上の直径を有する唯一の静脈を測定します。直径未満33μmの静脈はDOCTORCを使用して、通常検出されなかった。これらの静脈は総静脈面積(0.2%)のごく一部を構成しており、これらの血管内の流れの速度は大きな容器に比べて小さいため、彼らは合計網膜血流にも少ない貢献していますつまり、2、含むとの違い非常に小型船を除くと、総網膜血流の測定のために重要ではありません。視覚的なフィールドテストと総網膜血流の間に高い相関が灌流と視覚機能の間の密接なリンクを示す、我々の以前の結果と一致する。緑内障の眼はまた、他の研究と一致して正常群よりも有意に低い血流を持っています15から17 </ sup>のこのようDOCTORCによって決定合計網膜血流が緑内障の進行の診断およびモニタリングに有用であろう。血流測定に加えて、DOCTORCもまた診療所で役に立つかもしれません血管面積及び血管速度測定を提供します。

    他の技術は、網膜血流を測定するためにも使用できますが、それぞれいくつかの制限があります。それは、一度に1つの容器をテストするように、レーザードップラー技術は、長いセッションを介して多くの測定を必要としています。超音波カラードプラ法は、より大きい球後血管においてのみ速度を評価し、それが体積血流量を決定することはできません。超音波ドップラー結果は、演算子と件名解剖によって異なります。変動性は、被験者と研究センター間の結果を比較することは問題が多くなります。18これらの商品は、高価での主要な研究センターでのみ使用可能です。フルオレセインのような他の技術とグリーン血管造影、静脈私が必要インドシアニンnjection、彼らは定量的な結果を提供していません。フーリエドメイン(またはスペクトルドメイン)OCTは眼科で人気があり、唯一のソフトウェア·アップグレードは、これらの機器でドップラー血流測定を有効にする必要があります。私たちのドップラーOCT方法は臨床的に利用可能なFD-OCTの楽器と血流を測定する唯一の手段です。この計測器の有病率と比較的低コストは、健康と疾患における網膜血流の可能性のある大規模な多施設共同研究を行う。

    DOCTORCの現在のバージョンにはいくつかの制限があります。グレーディング·プロセスはまだ完全に自動化されたものではなく、片方の目のグレーディング時間は最大30分までです。このグレーディング時間は、毎日の臨床使用のために十分に速く大規模臨床試験の許容ではないです。動脈の高流量が26000 a-scans/secの速さで選択されたOCTシステムの測定範囲を超えていますので、直接動脈の流量測定はDOCTORCには使用できません。高速なOCTシステムwouldは、動脈血流の測定を可能にする。スキャン目の約17%が主要血管に乏しいドップラー角による有効血流測定が得られなかった。

    要約すると、我々は市販のフーリエドメインOCTの測定器との合計網膜血流を測定するための実用的な方法を提供します。これは、視神経や緑内障、糖尿病性網膜症、非動脈炎性虚血性視神経症などの網膜疾患の幅広いアプリケーションを持つことになります。

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    博士HuangはOptovue社から助成金、特許使用料、ストックオプション、旅行のサポートや講演料を受け取る、博士タン博士とWang氏は特許使用料とOptovue社からの助成金の支援を受け、博士Koduru博士とSadda Optovueからの助成金の支援を受けた。

    Acknowledgments

    この研究は、NIHの助成金RO1 013516及び助成フォームOptovueによってサポートされています。

    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