Doppler tomografía de coherencia óptica de la circulación retiniana

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Summary

Flujo sanguíneo retiniano total se mide por Doppler tomografía de coherencia óptica y semi-automatizado software de evaluación.

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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

Sin contacto retina mediciones de flujo de sangre se realiza con un dominio de Fourier tomografía de coherencia óptica (OCT) utilizando un sistema de doble circumpapillary exploración circular (CDCS) que escanea alrededor de la cabeza del nervio óptico a 3,40 mm y 3,75 mm de diámetro. Los círculos concéntricos dobles se realiza 6 veces consecutivamente durante 2 seg. La exploración CDCS se guarda información con desplazamiento Doppler de la que el flujo se puede calcular. El protocolo clínico estándar requiere 3 CDCS exploraciones realizadas con el haz de octubre pasa por el borde de la pupila superonasal y 3 CDCS escanear a través de la pupila inferonal. Este protocolo de doble ángulo asegura que aceptable ángulo Doppler se obtiene en cada rama vascular retiniana en al menos 1 de escaneo. Los datos de los CDC de escaneo, un 3-dimensional volumétrica octubre de exploración de la exploración del nervio óptico, y una fotografía del color de la cabeza del nervio óptico se utilizan conjuntamente para obtener la medición del flujo sanguíneo retiniano en el ojo. Hemos desarrollado un flujo de sangre software de medición denominada "Doppler ópticoal tomografía de coherencia de circulación de la retina "(DOCTORC). Este software semi-automatizado se utiliza para medir el flujo total de la sangre retiniana, área de sección transversal del vaso, y la velocidad media de la sangre. El flujo de cada recipiente se calcula a partir del desplazamiento Doppler en la cruz buque área de la sección y el ángulo Doppler entre el recipiente y el haz de octubre total de medición del flujo sanguíneo retiniano se resume a partir de las venas alrededor del disco óptico. Los resultados obtenidos en nuestro Doppler octubre lectura centro mostraron una buena reproducibilidad entre grado y métodos (<10% ). flujo total de sangre retina podría ser útil en el tratamiento del glaucoma, otras enfermedades de la retina, y enfermedades de la retina. En los pacientes con glaucoma, octubre de retina medición del flujo sanguíneo fue altamente correlacionada con la pérdida de campo visual (R 2> 0,57 con una desviación patrón del campo visual) . Doppler octubre es un nuevo método para llevar a cabo la medición rápida, no contacto, y repetible de flujo total de sangre retinal utilizando ampliamente disponibles Fourier-dominio octubre instrumentation. Esta nueva tecnología puede mejorar la viabilidad de hacer estas mediciones en los ensayos clínicos y la práctica clínica de rutina.

Protocol

1. Protocolo de Texto

  1. Los pacientes son analizados por RTVue Fourier-dominio tomografía de coherencia óptica (OCT) sistema (Optovue Inc., Fremont, CA, EE.UU.), utilizando el circumpapillary doble circular de exploración (CDCS) y la exploración 3D disco óptico.
    1. El patrón CDCS consiste en dos círculos concéntricos alrededor de la cabeza del nervio óptico. El diámetro del anillo interior es 3,40 mm y el diámetro del anillo exterior es de 3,75 mm. Este patrón de transectos todas las ramas arteriales retinianas y las venas que emanan de la cabeza del nervio óptico. Los círculos dobles se llevan a cabo 6 veces en una sola exploración para cubrir aproximadamente 2 ciclos cardíacos. Para calcular la velocidad de flujo, desplazamiento Doppler y Doppler se estima en barco detectado en la imagen octubre (Figura 1a, Figura 1b)
    2. A "ángulo dual" protocolo se utiliza para adquirir las exploraciones Doppler octubre En el "ángulo dual" protocolo, 3 scans se obtienen con el haz de octubre pasa a través de la porción superonasal de la pupila y 3 a través de las exploraciones del POR inferonasal ción.
    3. La calidad de cada exploración se evalúa la intensidad de señal, el error de movimiento, y el ángulo Doppler. El técnico está obligado a volver a hacer cualquier análisis que no ha pasado el control de calidad. Un total de 6 exploraciones CDCS aceptables se realizan para cada ojo. El "doble ángulo" protocolo garantiza que, para cada buque, al menos la mitad de las exploraciones proporcionar buenos ángulos Doppler.
    4. El patrón de exploración de discos 3D es una exploración de trama que cubre una región de 6x6 mm alrededor del disco óptico. Esto solo se hace una vez y proporciona una imagen detallada en la cara de esta zona. (Figura 1b)
    5. Una fotografía en colores del disco óptico también se importa para ayudar a distinguir las arterias y las venas.

Figura 1
Figura 1a. Medida del flujo sanguíneo total con el circumpapillary doble circular de exploración y la exploración del disco 3D utilizando DOCTORC.

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  • El ángulo Doppler es el ángulo entre el haz de la sonda y el vector normal de la embarcación, y la señal Doppler es el desplazamiento de frecuencia Doppler proporcional a la componente de velocidad de flujo paralelo al eje del haz de la sonda. Así, la velocidad de flujo se puede estimar a partir de Doppler ángulo y la señal Doppler. Sin embargo, tanto Doppler ángulo y la señal Doppler resultar inestable cuando se encuentran por debajo del nivel de ruido. Por otro lado, cuando Doppler ángulo es grande, el desplazamiento Doppler será de la gama medible. Cuando el ángulo Doppler es adecuado, aproximadamente 5-15 grados para el sistema de FD-OCT utilizados en este estudio, la velocidad de flujo puede ser correctamente estimada por el efecto Doppler y el ángulo.
  • Figura 1
    La Figura 1b.

    1. El ángulo Doppler en cada recipiente se mide por las posiciones relativas de los lúmenes de vaso en el two concéntrica circular escanea. El componente axial de la velocidad de flujo se obtiene por el desplazamiento Doppler medido de la fase relativa de octubre adyacentes cortes axiales. La velocidad de flujo total se calcula a partir de la componente de flujo axial y el ángulo Doppler. El flujo en cada vaso se calcula entonces mediante la integración del perfil de velocidad total sobre buque área de sección transversal. El patrón de los vasos se hace coincidir con la imagen de la cara en 3D de la exploración del disco y la fotografía del fondo de ojo para identificar cada recipiente, ya sea como una vena o una arteria. El flujo total de la retina se calcula mediante la suma de flujo en las venas retinianas principales, es decir., Aquellos con diámetros luminales por encima de 33 micras.
    1. Todas las exploraciones del mismo ojo se exportan como datos en bruto utilizando el software RTVue. Las primas imágenes de OCT, incluyendo tanto Doppler y la intensidad de las imágenes, se probó por primera vez para una calidad de imagen con "la tomografía de coherencia óptica Doppler de la circulación retiniana" (DOCTORC) de software.
      1. Los movimientos oculares son measmedidos por el desviación estándar agrupado de la membrana limitante interna y la diferencia máxima entre dos marcos que se estima por el movimiento a granel.
      2. Intensidad de la señal (reflectancia y la estimación de la media de ángulo Doppler) también se calculan.
      3. De acuerdo con el movimiento de los ojos y la intensidad de la señal promedio de las exploraciones repetidas, los datos se clasifican como "buena" o "mala" de la calidad. Datos de calidad única buena se califican.
    2. Para exploraciones aceptables, un algoritmo de segmentación automática se aplica a cada imagen de OCT para la detección de recipiente.
      1. Un algoritmo automatizado que coincide con los vasos se utiliza para localizar el mismo recipiente en cada trama. Los marcos en el mismo círculo están registrados, y dos marcos promedio del anillo interior y el anillo exterior se crean. Tanto la reflectancia y las imágenes Doppler se promedian.
      2. Para una visión general, el buque detectado se proyecta como un segmento de recta en la cara en la imagen del fondo de ojo calcula a partir de la exploración de discos 3D.
      3. Graders crítica cada recipiente en una pequeña parte de las tramas promediadas anillo interior y exterior superpuesta con un círculo que representa el resultado de la segmentación automatizada.
        1. Los jueces niveladora si la ubicación, el diámetro de los vasos y el tipo de vaso (vena / arteria) que coincida con la embarcación en los dos anillos son correctas de acuerdo a la imagen de OCT, la cara en octubre de imagen, y la fotografía del disco del mismo ojo.
        2. El clasificador se le permite cambiar cualquiera de los valores mencionados, si él piensa que es necesario. La niveladora también juzga la calidad de la señal Doppler en el vaso y le da una puntuación de confianza subjetiva en la etiqueta buque en cada exploración.
        3. Una puntuación de confianza de 0-5 se le asigna automáticamente a cada buque basado en la fuerza de la señal Doppler en el área del vaso. A continuación se corrigen manualmente por el clasificador basado en la resistencia del recipiente Doppler de la señal, la regularidad de límite buque, el acuerdo entre los anillos interior y exterior del tamaño del vaso, y firmar un acuerdo de Doppler cambio entre los anillos interior y exterior.
      4. Después de todos los buques son verificados y corregidos, un algoritmo automatizado se aplica para calcular el flujo de sangre de cada vena con un método adaptado de nuestra publicación anterior. 1
        1. La señal Doppler se integra sobre el área del vaso y luego se promedia entre todos los marcos. Entonces el flujo Doppler se calcula como la suma de la señal Doppler dividido por el ángulo Doppler.
        2. Para cada buque, 6 scans son evaluados en las puntuaciones subjetivas de confianza, ángulos Doppler, y el coeficiente de variación de los ángulos Doppler. El flujo de la vena se considera válida sólo si hay más de una exploración pasa el control de calidad. Para los buques que pasan el control de calidad, el flujo se calcula el promedio entre las exploraciones válidos.
        3. Para recipientes con resultados no válidos, el flujo se estima usando el área del vaso y la velocidad media de flujo de las venas válidos. La velocidad de flujo media se calcula mediante la suma de los flujos en las venas válidos y dividiendopor las áreas sumadas de las venas. La estimación de flujo se inicia desde la velocidad de flujo promedio y se corrige luego por la dependencia de la velocidad de flujo en el área del vaso. Los buques más grandes tienen una mayor velocidad de flujo promedio. Así, la corrección se realiza en base a la pendiente de diámetro promedio de velocidad versus buque, 2,13, que se informó anteriormente. 2
        4. El caudal calculado de venas válidos y el flujo estimado de venas no válidos se suman para determinar el flujo total de sangre retinal.
        5. El total del flujo sanguíneo retiniano resultado se evalúa en función del porcentaje venoso área válida, movimiento de los ojos, y la fuerza de la señal.
        6. Área venosa y arterial área total también se obtiene sumando las áreas de los vasos. Suponiendo que el flujo total de sangre retinal es el mismo en las arterias y las venas, las velocidades arterial y venosa se calcula dividiendo el flujo de sangre total con área arterial y venosa área.

      2. Los resultados representativos

      www.aigstudy.net ). 48 ojos fueron examinados por el "doble ángulo" protocolo de exploraciones y producción que pasaron la prueba de calidad de imagen. Usando el software DOCTORC, mediciones válidas de flujo podrían obtenerse a partir de 83% de los ojos.

      Para evaluar la reproducibilidad del sistema DOCTORC, otro pequeño conjunto de datos con 20 ojos se clasificó en 3 º grado. Este conjunto de datos se utilizó también para entrenar y probar grado. 2 º grado utiliza el software DOCTORC semi-automatizada y 1 utiliza un software totalmente manual anterior empleadas en las publicaciones anteriores. 2,3 Los flujos totales sanguíneos de la retina (Tabla 1) determinados por los dos niveladoras utilizando software DOCTORC son similares entre sí y a fluir tasas determinadas por el clasificador que utilice el software manual. Sólo el 65% de los ojos tenían resultados válidos porque algunos de tque los datos no se basa en el protocolo de doble ángulo, pero el protocolo solo ángulo. 2 El protocolo incluye solo ángulo Doppler 5 ecografías obtenidas con el haz de octubre pasa a través del centro de la pupila. Por lo tanto el ángulo Doppler es a menudo más pequeña y por lo tanto una mayor porción de los vasos no son generalmente graduable.

      Para todos los estudiantes, la reproducibilidad entre niveladora, según lo medido por el coeficiente de variación, es similar para ambos ojos glaucomatosos y normales (Tabla 2). Del mismo modo, las mediciones de reproducibilidad de los dos métodos, DOCTORC y el manual de software, 1-5 son similares (Tabla 2). Durante tres grado, existe una buena correlación entre el flujo de sangre total y la desviación estándar del patrón de pruebas de campo visual (Figura 2) para los ojos glaucomatosos.

      DOCTORC software Manual del software 3
      Condición Grader 1 Grader 2
      Normal 47,0 ± 9,1 48,7 ± 7,2 48,0 ± 6,5
      Glaucoma 36,5 ± 5,5 36,7 ± 5,9 34,9 ± 5,1

      Tabla 1. Flujo Total sanguíneos de la retina utilizando 2 diferentes programas informáticos.

      </ Tr>
      Coeficiente de Variación
      Glaucoma (7 ojos)
      Grader Grader 1 vs 2 (DOCTORC) 9,58%
      DOCTORC vs manual del método 3
      Grader 1 8,00%
      Grader 2 9,74%
      Normal (6 ojos)
      Grader Grader 1 vs 2 (DOCTORC) 5,99%
      DOCTORC vs manual de método
      Grader 1 8,87%
      Grader 2 9,98%

      Tabla 2. Reproducibilidad de las mediciones totales de retina del flujo sanguíneo.

      Figura 2
      Figura 2. Correlación entre el flujo total sanguíneos de la retina y el campo visual en el glaucoma. Un Grader. 1 utilizando software DOCTORC. La pérdida del campo visual se resume enpatrón de desviación estándar (p = 0,048). b. Grader 2 usando software DOCTORC. La pérdida del campo visual se resume por la desviación patrón estándar (p = 0,032).

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    Discussion

    Alteraciones del flujo sanguíneo se producen en el glaucoma y enfermedades vasculares de la retina tales como la retinopatía diabética. 6-10 medición volumétrica de flujo sanguíneo retiniano proporciona información valiosa sobre el proceso de la enfermedad. 4-6,11,12 DOCTORC proporciona una manera práctica para la estimación total de la retina del flujo sanguíneo sobre la base de las mediciones en los vasos individuales determinados por Doppler octubre utilizando el patrón del círculo de doble escaneado. 1-5

    La media del flujo total de sangre de retina medido por Doppler octubre en ojos normales es 47-49 l / min, comparable a los valores de la literatura de 34-65 l / min obtenidos mediante láser Doppler. 13,14 Doppler mediciones hechas octubre con la nueva semi- software automatizado DOCTORC acordado en estrecha colaboración con los resultados de las mediciones manuales que hemos publicado anteriormente. 1-5 La diferencia entre las mediciones DOCTORC y mediciones manuales en casos individuales, medidas por CV, es similar a la inter-grader las diferencias. Esto indica que la diferencia se asocia principalmente con la parte subjetiva del proceso de clasificación, y no la diferencia entre el software. Con el método manual y DOCTORC, medimos las venas sólo con diámetro mayor que 33 micras. Las venas con un diámetro inferior a 33 micras por lo general no eran detectables con DOCTORC. Estas venas constituyen sólo una porción muy pequeña del total de la zona venosa (0,2%), y que contribuyen menos al flujo total de sangre retinal debido a que la velocidad de flujo en estos vasos es menor que en los grandes vasos. 2 Así, la diferencia entre la inclusión y excluyendo los vasos muy pequeños no es significativo para la determinación del flujo sanguíneo total de retina. La alta correlación entre las pruebas del campo visual y el total de los flujos sanguíneos de la retina está de acuerdo con nuestro resultado anterior, lo que indica una estrecha relación entre la perfusión y la función visual. Glaucoma también tener flujo sanguínea significativamente más baja que los grupos normales, lo que concuerda con otros estudios. 15-17 </ Sup> Así flujo total de sangre retinal determinado por DOCTORC será útil en el diagnóstico y seguimiento de la progresión del glaucoma. Además de las mediciones de flujo de sangre, DOCTORC también proporciona área de vaso y mediciones de los vasos de velocidad, que también pueden ser útiles en la clínica.

    Otras técnicas también están disponibles para la medición del flujo sanguíneo retiniano, sin embargo cada uno tiene algunas limitaciones. Laser Doppler necesitan muchas mediciones durante un período de tiempo que pone a prueba sólo un recipiente a la vez. Ultrasonido Doppler color evalúa la velocidad sólo en los buques más grandes retrobulbar, y no se puede determinar el flujo volumétrico de la sangre. Ultrasonido Doppler resultados varían con el operador y la anatomía tema. La variabilidad hace que sea problemático para comparar los resultados entre los sujetos y centros de estudios. 18 Estos instrumentos también son caros y sólo está disponible en los centros de investigación más importantes. Otras técnicas tales como fluoresceína y verde de indocianina requieren intravenosa injection, y no proporcionan resultados cuantitativos. Dominio de Fourier (o dominio espectral) OCT es muy popular en oftalmología y actualización de software sólo es necesario para habilitar la sangre Doppler de medición de caudal en estos equipos. Nuestro método Doppler OCT es el único medio para medir el flujo sanguíneo con clínicamente disponibles FD-OCT instrumentos. El coste y relativamente baja prevalencia de esta instrumentación hacer posibles grandes estudios multicéntricos de flujo sanguíneo de la retina en la salud y la enfermedad.

    Existen varias limitaciones de la versión actual de DOCTORC. El proceso de clasificación todavía no está totalmente automatizado, y el tiempo de clasificación de un ojo es de hasta 30 min. Este tiempo de clasificación es aceptable para los grandes estudios clínicos escala, pero no lo suficientemente rápido para el uso clínico diario. La medición directa del flujo arterial no está disponible para DOCTORC porque la alta velocidad de flujo en la arteria está más allá del rango de medida del sistema seleccionado octubre con velocidad de 26.000 a-scans/sec. Faster octubre sistemas would permitir la medición del flujo arterial. Alrededor del 17% de los ojos analizados no dió medición válida del flujo sanguíneo debido a los malos ángulos Doppler de los vasos principales.

    En resumen, se proporciona un método práctico para medir el flujo sanguíneo total de retina con una comercialmente disponible Fourier-dominio instrumento octubre Se tendrá amplias aplicaciones para nervio óptico y enfermedades de la retina, tales como glaucoma, retinopatía diabética, y no arterítica neuropatía óptica isquémica.

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    Disclosures

    Dr. Huang recibe subvenciones, derechos de explotación, las opciones sobre acciones, apoyo para viajes y honorarios por conferencias de Optovue, Inc., el Dr. Tan y Wang Dr. recibe derechos de explotación y apoyo financiero de Optovue, Inc., el Dr. Koduru y Sadda Dr. recibió el apoyo de subvención Optovue.

    Acknowledgments

    Este estudio está apoyado por el NIH subvención RO1 013516 y un Optovue forma de subvención.

    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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