Retina Sirkülasyon Doppler Optik Koherens Tomografi

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

Toplam retina kan akımının Doppler optik koherens tomografi ve yarı-otomatik sınıflandırma yazılımı ile ölçülür.

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

Nonkontakt retinal kan akımı ölçümleri circumpapillary çift 3.40 mm optik sinir başının etrafında tarar dairesel tarama (CDCS) ve 3,75 mm çapları kullanılarak Fourier domain optik koherens tomografi (OCT) sistemi ile yapılmaktadır. Çift konsantrik daireler 2 sn üzerinde arka arkaya 6 kez yapılmaktadır. CDCS tarama hesaplanabileceği hangi Doppler kayması bilgileriyle birlikte kaydedilir. Standart klinik protokolü OCT kiriş pupil nazal kenarına geçerek 3 CDCS inferonal pupilla yoluyla tarama ile yapılan 3 CDCS tarar için çağırır. Bu çift açılı protokolü kabul Doppler açısı en az 1 tarama her retina şube gemiye alınması sağlanmış olur. CDCS tarama verisi, optik disk tarama bir 3 boyutlu hacimsel OKT tarama ve optik diskin bir renkli fotoğraf, bir gözüne retina kan akımı ölçümü elde etmek için birlikte kullanılır. Biz "Doppler optik adı verilen bir kan akımı ölçüm yazılımı geliştirdikretina dolaşım al uyum tomografi "(DOCTORC). Bu yarı-otomatik bir yazılım olarak retinal kan akımı, damar enine kesit alanına ve ortalama kan akımı ölçmek için kullanılır. Her bir kabın akış damar çapraz Doppler kayması hesaplanır kesit alanı ve gemi ve OCT kiriş arasındaki Doppler açısı. Toplam retinal kan akımı ölçümü optik disk çevresindeki damarlar toplanır. Bizim Doppler Ekim okuma merkezinde elde edilen sonuçlar greyderler ve yöntemler (<% 10 arasında iyi tekrarlanabilirliği gösterdi ). Toplam retina kan akımı glokom yönetimi, diğer retina hastalıkları ve retina hastalıklarında yararlı olabilir. glokomlu hastalarda, Retina kan akımı ölçümü derece görme alanı kaybı (görme alanı desen sapma ile R 2> 0.57) ile korelasyon . Doppler Ekim yaygın kullanılan Fourier-Domain Ekim instrumentatio kullanan toplam retinal kan akımı, hızlı temassız ve tekrarlanabilir ölçüm gerçekleştirmek için yeni bir yöntemn. Bu yeni teknoloji klinik çalışmalar ve rutin klinik pratikte bu ölçümler yapma pratiklik artırabilir.

Protocol

1. Protokol Metni

  1. Hastalar circumpapillary çift dairesel tarama (CDCS) ve 3D optik disk tarama kullanarak RTVue Fourier-domain optik koherens tomografi (OCT) sistemi (Optovue A.Ş., Fremont, CA, USA) tarafından taranır.
    1. CDCS desen optik sinir başının etrafında iki konsantrik daireler oluşur. Iç bilezik çapı 3.40 mm ve dış bilezik çapı 3,75 mm'dir. Bu model tüm şube retinal arter ve optik sinir başı kaynaklanan damarlar transekt. Çift daireler yaklaşık 2 kardiyak döngü kapsayacak şekilde tek bir tarama içinde 6 kez yapılmaktadır. Akış hızı hesaplamak için, Doppler kayması ve Doppler OCT görüntüsünde tespit gemide tahmin edilecektir. (Şekil 1a, Şekil 1b)
    2. Bir "çifte açısı" protokolü Doppler OCT kesitleri elde etmek için kullanılır. "Dual-açı" protokol, 3 tarama OCT ışını inferonazalinin por aracılığıyla öğrenci ve 3 tarama nazal kısmı geçerek elde edilir tion.
    3. Her bir tarama kalitesi sinyal gücü, hareket hata ve Doppler açısı değerlendirilir. Teknisyen kalite denetiminden geçemedi yeniden yapılacak herhangi bir tarama için gereklidir. 6 kabul CDCS taramaları toplam her bir göz için yapılır. "Dual-açı" protokol, her gemi için, taramalar en az yarısının iyi Doppler açıları sağlamak sağlar.
    4. 3D disk tarama deseni optik disk etrafında 6x6 mm bölgeyi kapsayan bir raster tarama. Bu yalnızca bir kez yapılır ve bu alanda ayrıntılı tr yüz görüntüsü sağlar. (Şekil 1b)
    5. Optik disk bir renkli fotoğraf da arterler ve venler ayırt yardımcı olmak için ithal edilmektedir.

Şekil 1
Şekil 1a. Circumpapillary çift dairesel tarama ve DOCTORC kullanarak 3D disk taraması ile total kan akımı ölçümü.

alfa ">
  • Doppler açısı prob kiriş ve geminin normal vektör arasındaki açı, ve Doppler sinyali prob kiriş eksenine akış hızı bileşeni paralel orantılı Doppler frekans kayması olduğunu. Böylece akım hızı Doppler açısı ve Doppler sinyali tahmin edilebilir. Onlar aşağıda gürültü seviyesi olduğunda Ancak, Doppler açısı ve Doppler sinyali hem güvenilmez hale gelir. Diğer taraftan, Doppler açısı büyük olduğu zaman, kayma Doppler ölçülebilir aralığın dışında bırakılmıştır. Doppler açısı uygun olduğunda, bu çalışmada kullanılan FD-OCT sistemi için yaklaşık 5-15 derece, akış hızı doğru Doppler kayması ve açı ile tahmin edilebilir.
  • Şekil 1
    1b Şekil.

    1. Her bir kap içinde Doppler açı t damar lümenler göreli konumları ile ölçülürwo konsantrik dairesel tarar. Akış hızı eksenel bileşen bitişik Ekim eksenel tarama göreli faz ölçülen Doppler kayması ile elde edilir. Toplam akış hızı eksenel akış bileşen ve Doppler açı ile hesaplanır. Her bir kap içinde akış sonra damar kesit alanı boyunca toplam hız profilini entegre ederek hesaplanmaktadır. Damar deseni 3D disk tarama ve bir ven veya arter ya olarak her gemi tanımlamak için fundus fotografı ve en yüz görüntüsü ile eşleştirilir. Total retina akışı büyük retina damarları, yani., 33 mikron üzeri lümen çapları olanlarda akış toplanmasıyla hesaplanır.
    1. Aynı gözün tüm taramalar RTVue yazılımını kullanarak ham veri olarak ihraç edilmektedir. Doppler ve yoğunluğu görüntüler de dahil olmak üzere ham OCT görüntüleri, ilk "retinal dolaşımın Doppler optik koherens tomografi" (DOCTORC) yazılımı kullanılarak görüntü kalitesi için test edilir.
      1. Göz hareketleri ölçüm vardıriç limitan membran ve toplu hareket tarafından tahmin edilmektedir iki kare arasındaki maksimum fark standart sapmalar ile santimetreden.
      2. Sinyal gücü (ortalama Doppler açısı yansıma ve tahmin) da hesaplanmıştır.
      3. Ortalama göz hareketi ve tekrarlanan tarama sinyalinin gücüne göre, veri kalitesi "iyi" veya "kötü" olarak sınıflandırılır. Sadece iyi kalitede veri derecelendirilir.
    2. Olarak kabul edilebilir bir tarama için, otomatik bölütleme algoritması damar saptanması için her bir OCT görüntüsünde uygulanır.
      1. Kaplar uygun otomatik bir algoritma her bir çerçeve içinde aynı kap yerleştirmek için kullanılır. Aynı daire çerçeveleri kayıtlı, ve iç ve dış halkayı, iki ortalama kare oluşturulur. Yansıma ve Doppler görüntüleri Hem ortalaması alınır.
      2. Bir genel bakış için, tespit geminin 3D disk tarama hesaplanan en face fundus görüntüsü üzerine bir çizgi segmenti olarak tahmin edilmektedir.
      3. Greyderler yorum otomatik bölütleme sonucu temsil eden bir daire ile kaplanmış ortalama iç ve dış bilezik kare küçük bir bölümü üzerinde her gemi.
        1. Greyder konumu, damar çapı ve iki yüzük üzerindeki gemi eşleşen damar tipi (ven / arter) OCT görüntüsünde göre doğru olup olmadığını hakim, en face OCT görüntüsünde, ve aynı gözün disk fotoğraf.
        2. Greyder, bunu gerekli olduğunu düşünüyorsa Yukarıdaki değerlerden herhangi birini değiştirmek için izin verilir. Greyder ayrıca hakimlerin damar içinde Doppler sinyalinin kalitesini ve her tarama gemisi etiket için öznel bir güven puanı verir.
        3. 0-5 A güven puanı otomatik damar alanında Doppler sinyal gücüne bağlı olarak her gemiye verilir. Daha sonra el gemi Doppler sinyali, geminin sınır düzenliliği, damar büyüklüğü iç ve dış halkaları arasındaki anlaşmanın gücüne dayalı greyder tarafından düzeltilmiş ve Dop anlaşması imzalamakiç ve dış halkaları arasındaki Doppler kayması.
      4. Tüm damar doğrulanmış ve düzeltilir sonra, otomatik bir algoritma, önceki yayın uyarlanan bir yöntem ile her bir damar kan akışını hesaplamak için uygulanır. 1
        1. Doppler sinyali damar alana entegre ve sonra tüm kareleri arasına ortalaması alınır. Daha sonra Doppler akış Doppler açı ile bölünmüş toplanır Doppler sinyali olarak hesaplanır.
        2. Her gemi için, 6 taramaları öznel güven puanlarını, Doppler açıları ve Doppler açıları varyasyon katsayısı üzerinde değerlendirilir. 1'den fazla tarama kalite kontrolünden geçer yalnızca bir ven akım geçerli kabul edilir. Kalite kontrolünden geçmek gemileri için, akış geçerli taramaları arasında ortalama olarak kullanılır.
        3. Geçersiz sonuçlar gemi için, akış damar alanı ve geçerli damarlar ortalama akış hızı kullanılarak tahmin edilir. Ortalama akım hızı geçerli damarlarında akar toplanıp bölünmesiyle hesaplanırBu damarların özetledi alanlara göre. Akış tahmini ortalama akış hızı ile başlar ve daha sonra damar alana akış hızının bağımlılığı için düzeltilir. Büyük gemilerin daha yüksek bir ortalama akım hızı var. Böylece düzeltme daha önce bildirilen, ortalama hız karşı damar çapı, 2.13 eğimi dayalı yapılır. 2
        4. Geçerli damarlarının hesaplanan akış ve geçersiz damar tahmin edilen akış toplam retina kan akışını belirlemek için ilave edilir.
        5. Total retina kan akımı sonucu geçerli venöz alan yüzdesi, göz hareketleri, ve sinyal gücüne göre değerlendirilir.
        6. Venöz alanı ve toplam arteryel alanı da damar alanları eklenmesi ile elde edilir. Total retina kan akımı varsayarsak arterler ve venler aynı olan, arteriyel ve venöz hızları arteriyel alanı ve venöz alanı ile toplam kan akışı bölünmesi ile hesaplanır.

      2. Temsilcisi Sonuçlar

      www.aigstudy.net ). 48 Gözleri "dual-açı" protokolü ve görüntü kalitesini kontrol geçti üretilen taramaları ile tarandı. DOCTORC yazılımı kullanarak, geçerli akım ölçümleri gözlerin% 83 elde edilebilir.

      DOCTORC sisteminin tekrarlanabilirliği değerlendirmek için, 20 gözlü bir başka küçük bir dataset 3 greyderler tarafından derecelendirildi. Bu veri kümesi de greyderler eğitmek ve test etmek için kullanılmıştır. 2 greyderler yarı otomatik DOCTORC kullanılan yazılım ve 1 önceki yayınlarda istihdam bir önceki tamamen manuel yazılım kullanılmıştır. DOCTORC yazılımı kullanarak iki greyderler tarafından belirlenen 2,3 total retina kan akımları (Tablo 1) birbirine benzer ve akmasına kılavuz yazılımı kullanılarak diğer greyder oranları ile belirlenir. Gözlerin sadece% 65 geçerli sonuçlar vardı çünkü t bazıO veriler çift açılı protokolüne dayalı, ancak tek açı protokolü. 2 tek açısı protokolü pupil merkezinden geçen OCT ışını ile elde 5 Doppler taramaları içerir değildi. Bu nedenle Doppler açısı daha az sık ve damarların bu nedenle daha büyük bir bölümünün genellikle gradable değildir.

      Her sınıflar için, olduğu gibi varyasyon katsayısı ile ölçülen arası greyder tekrarlanabilirlik, glokomatöz hem normal hem de göz (Tablo 2) için benzer. Benzer şekilde, iki yöntem, DOCTORC ve yazılım Manual, 1-5 için üretim ölçümleri (Tablo 2) benzer olan. Üç greyderler için iyi bir korelasyon total kan akışını ve glokomlu gözlerde görme alanı testi (Şekil 2) patern standart sapma arasında bulunmaktadır.

      DOCTORC yazılım Manuel yazılım 3
      Koşul Greyder 1 Greyder 2
      Normal 47.0 ± 9.1 48.7 ± 7.2 48.0 ± 6.5
      Glokom 36.5 ± 5.5 36.7 ± 5.9 34.9 ± 5.1

      Tablo 1. 2 Farklı Yazılım kullanılarak Toplam Retina Kan Akışı.

      </ Tr>
      Varyasyon Katsayısı
      Glokom (7 göz)
      Greyder 1 vs Greyder 2 (DOCTORC) 9.58%
      DOCTORC vs manuel yöntem 3
      Greyder 1 8.00%
      Greyder 2 % 9.74
      Normal (6 göz)
      Greyder 1 vs Greyder 2 (DOCTORC) 5.99%
      DOCTORC vs manuel yöntem
      Greyder 1 8.87%
      Greyder 2 9.98%

      Tablo 2. Toplam Retinal Kan Akış Ölçümlerinin Tekrarlanabilirliği.

      Şekil 2,
      Şekil 2. Glokomda Toplam Retinal Kan Akımı ve Görme Alanı arasındaki korelasyon. DOCTORC yazılımı kullanarak. Greyder 1. Görme alanı kaybı ile özetlenmiştirpatern standart sapma (p = 0.048). b. Greyder 2 DOCTORC yazılımı kullanarak. Görme alanı kaybı patern standart sapma (p = 0.032) tarafından özetlenmiştir.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Kan akımı bozuklukları ve glokom, diyabetik retinopati gibi retina damar hastalıkları ortaya çıkar. Retina kan akımının 6-10 volumetrik ölçümler hastalık süreci hakkında değerli bilgiler verir. 4-6,11,12 DOCTORC total retina tahmin etmek pratik bir yol sağlar çift ​​daire tarama deseni kullanarak Doppler OCT ile belirlenen bireysel damarlarda ölçümlerine dayanan kan akışı. 1-5

    Normal gözlerde Doppler OCT ile ölçülen ortalama total retinal kan akımı 47-49 ul / dk, 34-65 ul / lazer Doppler teknikleri. 13,14 Doppler OCT ölçümlerinin yeni yapılan kullanılarak elde min literatür değerleri ile karşılaştırılabilir yarı- otomatik DOCTORC yazılımı daha önce yayınlanan manuel ölçüm sonuçları ile yakından anlaştılar. 1-5 olarak CV ile ölçülen bireysel vakalarda DOCTORC ölçümleri ve manuel ölçümler arasındaki fark, inter-gra benzerder farklılıklar. Bu fark, esas yazılım arasındaki farkı değil derecelendirilmesi işlemi sübjektif bölümü ile bağlantılıdır ve olduğunu gösterir. Manuel yöntem ve DOCTORC ile, 33 mikron daha büyük çapa sahip tek damarlar ölçün. Çapları az 33 mikron olan damarlar DOCTORC kullanarak genellikle saptanabilir düzeyde değildir. Bu damarlar venöz toplam alan (% 0.2), sadece çok küçük bir bölümünü oluşturur, ve bu kaplar içinde daha büyük bir akış hızı kap içinde daha az olduğu için toplam retina kan akışı için daha az katkıda bulunur. Böylece 2 de dahil olmak üzere arasındaki fark çok küçük damarları hariç toplam retina kan akımının belirlenmesi için önemli değildir. Görme alanı testleri ve total retina kan akımları arasındaki yüksek korelasyon perfüzyon ve görsel fonksiyon arasında yakın bir bağlantıyı gösteren, önceki sonuç ile aynı fikirde. Glokom gözleri de diğer çalışmalar ile aynı fikirde normal gruplarda, anlamlı olarak daha düşük kan akışı var. 15-17 </ Sup> Böylece DOCTORC tarafından belirlenen toplam retinal kan akımı glokom progresyonu tanısında ve takibinde faydalı olacaktır. Kan akış ölçümleri yanı sıra, aynı zamanda DOCTORC da klinik olarak yararlı olabilir damar alan ve kap hızı ölçümleri sağlar.

    Diğer teknikler de retina kan akışını ölçmek için kullanılabilir, ancak her bazı sınırlamalar vardır. Bir seferde sadece bir gemi testleri gibi Lazer Doppler teknikleri uzun bir seans boyunca birçok ölçümün gerekir. Ultrason Renkli Doppler büyük retrobulber damarların sadece hızı değerlendirir, ve hacimsel kan akışını belirleyemiyor. Ultrason Doppler sonuçları operatörü ve konu anatomisi ile değişir. Değişkenliği konular ve etüt merkezleri arasındaki sonuçları karşılaştırmak için sorunlu hale getirir. 18. Bu araçlar büyük araştırma merkezlerinde de pahalı ve sadece kullanılabilir. Böyle floresein gibi ve indosiyanin yeşili anjiografi Diğer teknikler intravenöz gerektiren injection, ve kantitatif sonuçlar vermemektedir. Fourier etki alanı (veya spektral) Ekim Oftalmolojide popüler ve sadece yazılım yükseltme bu ekipmanları Doppler kan akış ölçümü sağlamak için gereklidir. Bizim Doppler Ekim yöntemi yalnızca klinik olarak mevcut FD-OCT cihazları ile kan akımını ölçmek için bir yöntemdir. Bu enstrümantasyon yaygınlığı ve nispeten düşük maliyetli sağlık ve hastalık retina kan akışının olası büyük çok merkezli çalışmalar yapmak.

    DOCTORC en güncel sürümü için çeşitli sınırlamalar vardır. Notlandırma süreci hala tam otomatiktir ve bir gözün derecelendirilmesi süresi 30 dk için değildir. Bu derecelendirme kez günlük klinik kullanım için yeterince hızlı geniş ölçekli klinik çalışmalar için kabul edilebilir ama değil. Arterde yüksek debisi 26.000 a-scans/sec hızı ile seçilen OCT sistemi arasında ölçüm aralığı dışındadır çünkü Direkt arteryel akımı ölçümü DOCTORC için mevcut değildir. Daha hızlı OCT sistemleri would arteryal akışın mümkün olmaktadır. Taranan gözlerin yaklaşık% 17 büyük damarlara yoksul Doppler açıları nedeniyle geçerli kan akış ölçümü verim vermedi.

    Özetle, biz piyasada bulunan Fourier-Domain Ekim alet ile total retina kan akımını ölçmek için pratik bir yöntem sağlar. Bu optik sinir ve bu tür glokom, diyabetik retinopati ve non-arteritik iskemik optik nöropati gibi retina hastalıkları için geniş bir uygulama olacaktır.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    Dr Huang Optovue, Inc hibe desteği, patent telif, hisse senedi opsiyonları, seyahat destek ve konferans ücretleri alır; Dr Tan ve Dr Wang patent telif ve Optovue, Inc hibe desteği alır; Dr Koduru ve Dr Sadda Optovue alınan hibe desteği.

    Acknowledgments

    Bu çalışma, NIH vermek RO1 013516 ve bir biçim vermek Optovue tarafından desteklenmektedir.

    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