Usando la formazione immagine retinica per studiare la demenza

Medicine

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Summary

La retina condivide importanti somiglianze con il cervello e rappresenta quindi una finestra unica per studiare il sistema vascolare e struttura di un neurone nel cervello non invadente. Questo protocollo descrive un metodo per studiare demenza usando tecniche di imaging retinici. Questo metodo può potenzialmente aiutare nella diagnosi e valutazione del rischio di demenza.

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Chan, V. T., Tso, T. H., Tang, F., Tham, C., Mok, V., Chen, C., Wong, T. Y., Cheung, C. Y. Using Retinal Imaging to Study Dementia. J. Vis. Exp. (129), e56137, doi:10.3791/56137 (2017).

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Abstract

La retina offre una straordinaria "vetrina" per studiare processi patofisiologici di demenza nel cervello, in quanto è un'estensione del sistema nervoso centrale (SNC) e condivide con il cervello in termini di origine embriologica, caratteristiche anatomiche importanti somiglianze e Proprietà fisiologiche.  La struttura vascolare e neuronale nella retina può ora essere retinico facilmente visualizzato e non invadente usando tecniche di formazione immagine, compreso fotographia e tomografia a coerenza ottica (OCT) e quantificati da semi-automaticamente programmi di analisi assistita da computer. Studiare le associazioni fra i cambiamenti vascolari e neuronali nella retina e demenza potrebbe migliorare la nostra comprensione della demenza e, potenzialmente, aiutare nella diagnosi e valutazione del rischio.  Questo protocollo mira a descrivere un metodo di quantificazione e l'analisi di sistema vascolare retinico e struttura di un neurone, che sono potenzialmente associati a demenza. Questo protocollo anche vengono forniti esempi dei cambiamenti retinici in soggetti con demenza e discute questioni tecniche ed attuali limiti dell'imaging retinico.

Introduction

Per effetto dei rincari dell'aspettativa di vita, demenza è diventato un grave problema medico, contribuendo alla significativa sociale e salute economica a livello globale grava1,2,3,4,5. Oggi, una persona negli Stati Uniti si sviluppa il morbo di Alzheimer (annuncio), la forma più comune di demenza, ogni 66 s6. È stato stimato che entro il 2050, 115 milioni di persone ne risentiranno di AD7.

La retina offre una straordinaria "vetrina" per studiare demenza dovuto le relative proprietà anatomiche e fisiologiche simili con il cervello. In termini di sistema vascolare, retiniche arteriole e venule, misura 100-300 µm di diametro, condividono caratteristiche simili con piccoli vasi cerebrali, come arteriole fine senza anastomosi, funzione di barriera e di auto-regolazione8, 9. in termini di struttura di un neurone, le cellule gangliari della retina (RGCs) condividono proprietà tipiche con neuroni nel sistema nervoso centrale (SNC) 10. Il RGCs prominente sono collegati con il cervello come formano i nervo ottico e progetto segnali visivi dalla retina per i nuclei genicolati laterali e il collicolo superiore. Il nervo ottico, simile a molte fibre neuronali nel SNC, è myelinated di oligodendrociti ed è ensheathed in strati meningei. In particolare, può risultare un insulto al nervo ottico in simili risposte osservate in altri assoni CNS, come retrograda e anterograda degenerazione dell'assone, formazione della cicatrice, distruzione della mielina, degenerazione secondaria e un livello anormale di neurotrophic fattori e neurotrasmettitori11,12,13,14. La comparsa di sintomi visivi in alcuni pazienti dell'annuncio può essere spiegata anche dalle associazioni robuste tra la retina e il cervello15,16. Di conseguenza, è stato suggerito che la retina può riflettere i processi patologici di demenza nel cervello e imaging retinico può essere usato per studiare la demenza.

Il vasculature retinico e la struttura di un neurone possono essere visualizzati in questo momento non invadente usando tecniche di imaging retinici. Per esempio, le fotografie del fondo retinico possono essere catturate utilizzando macchine fotografiche del fondo, e caratteristiche del vasculature retinico (ad es., la nave calibro, tortuosità e fractal dimensione) quindi possono essere quantificate utilizzando analisi assistita da computer programmi. Inoltre, i parametri della struttura neuronale retinica (ad esempio lo spessore di strato plessiforme interno cella di ganglio [GC-IPL] e strato delle fibre nervose retiniche [RNFL]) possono anche essere misurati utilizzando la tomografia a coerenza ottica (OCT) e quantificato utilizzando il built-in algoritmi di analisi.

Data l'importanza dell'imaging retinico nello studio di demenza, questo protocollo si propone di descrivere un metodo di imaging e l'analisi di sistema vascolare retinico e struttura neuronale in vivo usando tecniche di imaging retinici. Questo protocollo anche vengono forniti esempi dei cambiamenti retinici in soggetti con demenza e discute questioni tecniche ed attuali limiti dell'imaging retinico.

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Protocol

tutti i metodi descritti qui sono stati approvati da un comitato etico di ricerca clinica locale in Hong Kong.

Nota: per semplicità, l'equipaggiamento elencato nella Tabella materiali viene utilizzato per illustrare le procedure di formazione immagine retinica e la successiva analisi. Misurazione di parametri vascolari retinici è illustrato utilizzando il programma (SIVA) di Singapore I Vessel, valutazione 17 (versione 4.0, National University of Singapore, Singapore). Tuttavia, dovrebbe essere notato che un diverso insieme di apparecchiature può essere adottato come i principi sottostanti rimangono simili.

1. preparare i soggetti per Imaging retinico

  1. dilatare i soggetti ’ alunni utilizzando un agente mydriatic. Aspettare almeno 15 minuti stabilire sufficiente dilatazione della pupilla.

2. Misurare i parametri vascolari retiniche da Fundus fotografie utilizzando un programma di analisi Computer-assistita

Figure 1
Figura 1: Diagramma schematico che mostra la procedure di misurazione dei parametri vascolari retinici. (A) ottenere fotografie di ottica-disco-centrato del fondo utilizzando una macchina fotografica del fondo. Figura 1A e 2A figura sono due fotografie del fondo con una qualità ottimale. (B) caricare le fotografie del fondo sul server basato su cloud e immettere i dettagli di studio pertinenti, tra cui il fattore di conversione di immagine (ICF). Altri programmi di analisi computerizzata possono utilizzare metodi non basati su cloud per organizzare e archiviare le immagini. (C) Apri la fotografia del fondo nel programma di analisi assistita da computer. Mark (D) la posizione del centro del disco ottico e (E) richiedere il software automaticamente rilevare il bordo del disco ottico e posizionare una griglia di misurazione. (F) costrutto ricalchi la nave base ai percorsi di nave e laici nave copre per stimare i diametri dei vasi. (G) regola i tracciati non corretto nave e nave copre manualmente. (H) misura un spettro di parametri vascolari retinici, tra cui nave calibri, tortuosità, dimensione frattale e biforcazione. Passaggio (D) al punto (F) e passo (H) può essere eseguita automaticamente da alcuni programmi di analisi assistita da computer. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Catturare fotografie del fondo utilizzando una macchina fotografica del fondo. Programma
    1. Disabilita sulla macchina fotografica del fondo e il lancio la cattura delle immagini sul computer. Appoggiare il mento del soggetto correttamente su chinrest con la fronte contro il nastro per la testa. Spostare la leva di comando per allineare il fascio di luce correttamente al soggetto ’ allievo di s.
    2. L'allineamento dei punti di illuminazione fino a quando entrambi appaiono più piccoli su entrambi i lati nel mirino. Spostare l'obiettivo di fissazione esterna per guidare il soggetto ’ s occhi fino a quando il disco ottico è al centro del mirino e le regioni di interesse (ROI) sono ben all'interno dei confini. Regolare la manopola di messa a fuoco a fuoco sulla retina.
    3. Avere il soggetto saldamente guardare l'obiettivo di fissazione esterna e garantire il soggetto ’ gli occhi non sono pieni di lacrime.
    4. Premere il pulsante di scatto per catturare un'immagine ( Figura 1A).
    5. Verifica la qualità della fotografia del fondo catturata, usando Figura 2A come standard. Eliminare l'immagine e ripetere il processo di acquisizione di immagine (cioè, passo 2.1.1-2.1.4) se la pupilla è scarsamente dilatate ( Figura 2B), il disco ottico non è al centro dell'immagine ( Figura 2), o il immagine è fuori fuoco ( Figura 2D).
    6. Salvare l'immagine in formato TIFF con risoluzione Sfumabilità (vale a dire, circa 3.000 pixel x 2,000 pixel, a più di 150 dpi).
      Nota: Il protocollo può essere messo in pausa qui.
    7. Ripetere i punti 2.1.1 a 2.1.6 per acquisire fotografie del fondo per altri soggetti.
    8. Selezionare un campione di 10% delle immagini in modo casuale e misurare l'altezza dei dischi ottici in queste immagini ( Figura 3). Calcolare il fattore di conversione di immagine (ICF) utilizzando la formula:
      ICF = 1.800 µm / (media altezza in pixel di dischi ottici delle immagini campionate).
    9. Caricare le fotografie del fondo acquisito sul server basato su cloud e immettere i dettagli di studio pertinenti, tra cui il fattore di conversione di immagine (ICF) ( Figura 1B).
      Nota: Il protocollo può essere messo in pausa qui. Altri programmi di analisi computerizzata possono utilizzare altri metodi non basati su cloud per organizzare le immagini e registrare l'ICF.

Figure 2
Figura 2: le fotografie del fondo con una qualità ottimale e suboptimale. La qualità dell'immagine di una fotografia del fondo dovrà essere controllata immediatamente dopo acquisizione immagine, la qualità dell'immagine colpisce direttamente la successiva valutazione di parametri vascolari retiniche. L'immagine deve essere eliminata se uno di questi manufatti è osservato. Queste immagini sono state catturate utilizzando una macchina fotografica del fondo di 50°. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: calcolo del fattore di conversione immagine (ICF). Per calcolare l'ICF, selezionare in modo casuale un campione di 10% delle immagini dallo studio (passaggio 1). Quindi, misurare l'altezza di dischi ottici (in pixel) dalle immagini campionate (passaggio 2). Calcolare l'ICF utilizzando la formula: ICF = 1800 µm / (altezza in pixel di dischi ottici delle immagini campionate in media), dove 1800 µm è circa l'altezza di un normale disco ottico (passaggio 3). Come risoluzione di immagine e di effetto di ingrandimento differiscono da una telecamera a altra, è necessario calcolare un accurato ICF per ogni fotocamera utilizzata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. aprire la fotografia del fondo in un programma di analisi assistita da computer. Costruire i tracciati di nave e laici nave copertine per sistema vascolare retinico.
    Nota: In questa sezione, il programma di SIVA è utilizzato per illustrare le procedure. Tuttavia, il programma di SIVA può essere sostituito da altri programmi di analisi assistita da computer disponibile. Inoltre, passaggi 2.2.2-2.2.3 vengono automaticamente eseguiti da alcune analisi assistita da computer programmi quando una fotografia del fondo è aperto (cioè punto 2.2.1).
    1. Aprire la fotografia del fondo con il programma di analisi assistita da computer ( Figura 1).
    2. Segnare la posizione del centro del disco ottico ( Figura 1).
      1. Scegliere la “ centro OD ” pulsante sul pannello di sinistra funzione; il cursore del mouse verrà sostituito da un cerchio verde.
      2. Spostare il cerchio verde al centro della papilla ottica (OD) e sinistro del mouse per fissare il cerchio.
      3. Richiedere il software automaticamente posizionare una griglia di misurazione, costruire la e tracciamenti di navela nave y copre ( Figura 1E e 1F).
        Nota: La nave coperture sono linee di misura che stimano la larghezza approssimativa dei lumen interni dei vasi.
        1. Scegliere la “ trovare OD ” pulsante per richiedere il software per rilevare il bordo di OD e inserire quattro cerchi concentrici in una griglia di misurazione, basata sulla posizione del centro OD.
        2. Scegliere la “ processo ” pulsante per avviare il processo di tracciatura automatica nave.
  2. Tracciati di nave non corretto di regolare manualmente. Iniziare l'ispezione dal 12 o ’ posizione in senso orario per garantire che siano verificati tutti i tracciati di nave.
    1. Controllare che il disco ottico è accuratamente rilevato e la griglia di misurazione è posizionata correttamente. Regolare la griglia di misurazione manualmente come segue 2.2.2 a 2.2.3, se il cerchio più interno non vengono descritti con precisione il bordo del disco ottico ( Figura 4A).
    2. Click sinistro per selezionare la nave tracing(s) etichettato con il tipo di imbarcazione non corretto (arteriole e venule) e scegliere la “ nave (T) IPO ” pulsante per cambiare il tipo di imbarcazione.
      Nota: Arteriole sono etichettati in rosso e venule sono etichettate in blu. Arteriole possono distinguere dalle venule basate sulle loro differenze fisiologiche. Ad esempio, venule sono generalmente di colore più scuro e più ampio di arteriole. Vasi con lo stesso tipo di nave solitamente non incrociano.
    3. Estendi i tracciati nave incompleta come segue 2.3.3.1 per 2.3.3.2 ( Figura 4B).
      1. Usate il cursore, fare clic su all'estremità distale del ricalco nave incompleta. Click sinistro in punti lungo il percorso della nave per estendere il tracciato di nave.
      2. Interrompere il processo di analisi quando viene raggiunta la fine distale del vaso. Interrompere la traccia al cerchio più esterno bianco se la parte distale della nave cade all'esterno della griglia di misurazione (Vedi Figura 4B).
    4. Regolare i tracciati nave se i percorsi di nave non sono tracciati correttamente al sito crossover ( Figura 4).
      1. Clic la “ selezionare ” pulsante e quindi fare clic su nel punto errato del ricalco nave. Fare clic il “ Brea(k) Seg ” pulsante per disconnettere il tracciamento di nave al punto selezionato. Selezionare il segmento disconnesso e fare clic sul “ (Del) Seg ” pulsante per cancellare it.
      2. Ri-costruire una nuova traccia di nave tramite passaggi 2.3.3.1 e 2.3.3.2.

Figure 4
Figura 4: l'auto-analisi di errori comuni. Il tracciamento automatico nave non è completamente accurato e regolazioni manuali sono tenute a garantire l'accuratezza della misura. Questa figura mostra la traccia automatica di errori comuni e dimostra risultati ottimali dopo regolazioni manuali. (A), il centro del disco ottico è contrassegnato in modo non corretto e ciò ha portato alla deviazione della griglia di misurazione, che può riguardare le misure successive. Idealmente, il cerchio più interno della griglia di misurazione dovrebbe delineare il bordo del disco ottico. (B) l'analisi di nave incompleta potrebbe portare alla misura errata della dimensione frattale, tortuosità, ecc che dovrebbe essere tracciato il percorso della nave fino alla fine della nave. Se la parte distale della nave cade all'esterno della griglia di misurazione, l'analisi può essere interrotta in bianco cerchio più esterno. (C) la nave tracciamenti presso i siti di crossover sono soggetti a una maggiore tendenza di errore e quindi richiedono particolare attenzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. laici nave copre tutti i segmenti vascolari e disattivare manualmente le copertine non corrette.
    1. Scegliere la “ trovare copre ” pulsante per disporre automaticamente nave copertine su tutti i segmenti vascolari.
    2. Verifica se tutte le nave coperture siano posizionate correttamente. Tasto sinistro del mouse e trascinare il cursore per disattivare la nave copre se le coperture non sono esposte perpendicolare alle pareti del vaso ( Figura 5A), il percorso della nave è oscurato da un'altra nave ( figura 5B), o il copertine sopravvalutare o sottovalutare la larghezza del lume del vaso ( Figura 5).

Figure 5
Figura 5: vaso errato copre. Questa figura mostra esempi di copertine di nave non corretto che dovrebbero essere disattivati ed esclusa dalla misurazione successiva. Copre la nave devono essere disattivati se non sono perpendicolari ai vasi (A). Inoltre, copre la nave devono essere disattivati anche se la nave tracciata è nascosto sotto un altro vaso (B), o le coperture di nave non possono rappresentare la larghezza approssimativa della nave (C). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. misurare i parametri vascolari retinici dai tracciati di nave e le copertine di nave
    Nota: passo 2.5 viene eseguita automaticamente da un programma computerizzato di analisi.
    1. Etichetta disco zona 0.5-1.0 diametri dal margine del disco ottico come zona B e i diametri del disco zona 0.5-2.0 dal margine del disco ottico come zona C 18 ( Figura 6A), secondo la protocollo modificato di rischio di aterosclerosi nelle comunità (ARIC) studiare 19.
    2. Calibro vascolare retinico di misura dalla zona B e zona C, usando un metodo ampiamente adottato che è stato modificato dal ARIC studiare 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 ( Figura 6B).
      1. Misurare la lunghezza dei coperchi di vaso in sei più grande arteriole e le venule più grande sei per stimare calibri vaso retinico.
      2. Riassumere arteriolare retinico e delle venule calibri come arteria retinica centrale equivalente (CRAE) e retinica centrale della vena equivalente (CRVE) rispettivamente 17, utilizzando la riveduta Knudtson – formula Parr-Hubbard 18 , 19.
    3. identificare tutte le navi nella zona C con un larghezza > 40 µm. calcolare la tortuosità arteriolare e delle venule retiniche dall'integrale della curvatura totale quadrata lungo i tracciati di nave e normalizzare il valore con la lunghezza totale dell'arco, inchinandosi e punti di inflessione 27 , 28.
    4. Calcolare il totale, arteriolare, e delle venule frattale dimensioni dalla zona C, utilizzando la consolidata “ metodo di misura delle celle ” 29 , 30 , 31.
      1. Dividere l'immagine in una serie di altrettanto dimensioni piazze.
      2. Contare il numero di scatole che contengono una sezione dei tracciati nave.
      3. Ripetere il processo utilizzando una serie di piazze dimensioni ugualmente con differenti formati.
      4. Plot il logaritmo del numero di scatole contenenti i tracciati di nave contro il logaritmo della dimensione delle caselle e calcolare la pendenza della linea risultante; questa è la dimensione frattale.
    5. Identificare vasi con prima biforcazione nella zona C e calcolare gli angoli (θ) sottesi tra la prima due figlia navi 32 ( Figura 6). Calcolare il valore medio per ottenere l'angolo di ramificazione media.
    6. Calcolare il coefficiente di ramificazione da zona C utilizzando la formula:
      (d 1 2 + d 2 2) /d 0 2, dove d 0 è il calibro medio tronco e d 1 e d 2 sono i calibri medi ramo ( Figura 6).
  2. Chiudere la finestra di classificazione. Fare clic su “ inviare ” nella finestra di dialogo pop-up per caricare l'immagine graduata al server basato su cloud e registrare i parametri vascolari retinici automaticamente misurati.

Figure 6
Figura 6: quantificazione del sistema vascolare retinico. (A) zona B (definito come 0.5-1.0 disco diametri allontanandole dal margine del disco) è utilizzato per misurare i calibri di nave della zona B secondo il rischio di aterosclerosi nello studio delle Comunità. Zona C (definito come 0.5-2.0 diametri allontanandole dal margine del disco a disco) viene utilizzato per misurare i calibri di nave di zona C e uno spettro di parametri di rete vascolare retinica (quali la tortuosità, dimensione frattale e biforcazione). (B) nave copertine sono linee di misura utilizzate per stimare i calibri vaso retinico (o diametri). Copertine di nave non corretto dovrebbero escludersi manualmente dalla misurazione. (C) per tutte le navi che hanno la loro prima biforcazione all'interno zona C, il programma automaticamente misura gli angoli di ramificazioni (θ) della prima biforcazione. Inoltre, il coefficiente di ramificazione è anche calcolato utilizzando la formula: coefficiente di ramificazione = (d 1 2 + d 2 2) /d 0 2, dove d 0 è il calibro del tronco e d 1 e d 2 sono i calibri di ramo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

3. valutare lo spessore del GC-IPL e RNFL

Figure 7

Figura 7: diagramma schematico che mostra le procedure di misurazione spessore RNFL e GC-IPL. Tomografia a coerenza ottica (OCT) può essere utilizzata per misurare spessori di strato plexiform di cella-interno del ganglio (GC-IPL) e lo strato di fibre nervose retiniche (RNFL). (A, B) Misurare gli spessori di GC-IPL e RNFL utilizzando il built-in “ maculare cubo ” e “ cubo di disco ottico ” scansione protocolli rispettivamente. (C, D) Controllare la qualità di immagine immediatamente dopo l'acquisizione di immagini. Eliminare l'immagine e ripetere la scansione se la potenza del segnale è inferiore a 6, o artefatti di movimento vengono rilevati. (E, F) Quindi, richiedere il programma di analisi integrato automaticamente analizzare il risultato della scansione e generare un rapporto per l'interpretazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. Eseguire l'acquisizione di immagini mediante tomografia a coerenza ottica (OCT).
    1. Aprire il programma di OCT e selezionare il “ maculare cubo ” scansione protocollo per avviare una nuova scansione maculare ( figura 7A).
    2. Individuare la pupilla nel viewport iris regolando la mentoniera. Ridurre l'illuminazione, se la dimensione della pupilla è troppo piccola.
    3. Scegliere la “ messa a fuoco automatica ” pulsante e poi la “ ottimizza ” pulsante per migliorare la qualità dell'immagine.
    4. Indicare il soggetto a lampeggiare un paio di volte subito prima di iniziare la scansione.
    5. Clic la “ cattura ” pulsante per avviare la scansione quando il bordo che circonda il pulsante diventa verde. Istruire il soggetto a fuoco il target di fissazione visiva durante l'acquisizione delle immagini per evitare artefatti da movimento.
    6. Esaminare la qualità della scansione usando Figura 7 come standard. Scartare il risultato della scansione e ripetere la scansione se la potenza del segnale è inferiore a 6 ( Figura 8A), o artefatti di movimento vengono rilevati (indicato dalla discontinuità dei vasi sanguigni) ( Figura 8B).
    7. Salvare il risultato della scansione.
    8. Ripetere i punti 3.1.1 a 3.1.7 per un altro occhio.
    9. Eseguire un'esplorazione della testa del nervo ottico con il “ ottica disco cubo ” seguente protocollo di scansione passi 3.1.2 a 3.1.9 ( figure 7B e 7D).

Figure 8
Figura 8: sub-ottimali risultati di tomografia a coerenza ottica. Risultati comuni sub-ottimali della tomografia a coerenza ottica (OCT) includono (A) segnale debole forza (valore di forza < 6) e gli artefatti di movimento (B). La qualità di scansione dovrebbe essere rivisti immediatamente dopo l'acquisizione di immagini e la scansione dovrebbe essere ripetuto se vengono rilevati questi manufatti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

  1. generare una stampa di analisi dello spessore maculare GC-IPL.
    1. Selezionare il “ maculare cubo ” scansione record di entrambi gli occhi nell'interfaccia analisi.
    2. Clic la “ analisi di OU di cellule del ganglio ” per avviare l'algoritmo di analisi automatica per valutare lo spessore di GC-IPL della scansione ( Figura 7E).
      Nota: Passaggio 3.2.2 è completato automaticamente dall'algoritmo di analisi.
      1. Generare un 14,13 mm 2 fovea-centrato ellittica anulus che ha raggi orizzontali interne ed esterne di 0,6 mm e 2.4 mm, rispettivamente e raggi verticali interni ed esterni di 0,5 mm e 2,0 mm, rispettivamente.
        Nota: La dimensione e la forma dell'anulus ellittica si conformano strettamente all'anatomia maculare e così corrispondono alla zona dove il RGCs sono più spessa in occhi normali 33 , 34. L'area all'interno dell'anello interno dell'anulus non è misurata, come la GC-IPL in quest'area è molto sottile.
      2. Segmento il contorno esterno del RNFL e il contorno esterno di strato plessiforme interno (IPL) per individuare il GC-IPL ( Figura 9).
      3. Misurare la media, minimo e sei settoriali (superior, superotemporal, superonasal, inferonasal, inferior, inferotemporal) spessori di GC-IPL maculare entro la fovea-centered ellittica anulus.
      4. Confrontare gli spessori di GC-IPL misurati al dispositivo ’ s interna pari età normativi del database e generare una mappa di deviazione e una mappa di significato
      5. Segnalare i risultati di misurazione su una stampa analisi.
    3. Salvare la stampa di analisi in formato. pdf.

Figure 9

Figura 9: strati retinici utilizzati per la valutazione della struttura di un neurone retinica. Lo strato di fibre nervose retiniche (RNFL) è misurato utilizzando l'algoritmo (ONH) testa del nervo ottico, mentre lo strato di plexiform delle cellule-interno del ganglio è misurato utilizzando l'algoritmo di analisi (GCA) delle cellule del ganglio. L'algoritmo ONH segmenti il contorno interno ed esterno di RNFL per misurare lo spessore del RNFL. L'algoritmo di GCA rileva il contorno esterno dello strato di fibre nervose retiniche (RNFL) e strato plessiforme interno (IPL) per produrre il combinato spessore dello strato delle cellule del ganglio (GCL) e IPL. Gli spessori di GCL e IPL sono misurati insieme, come il confine tra GCL e IPL è anatomicamente indistinto. Tuttavia, lo spessore combinato di GCL e IPL (cioè GC-IPL) è comunque indicativo della salute del RGCs. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questo figura.

  1. generare la stampa analisi dello spessore del RNFL ( Figura 7F).
    1. Selezionare il “ ottica disco cubo ” scansione record di entrambi gli occhi nell'interfaccia analisi.
    2. Clic la “ ONH e RNFL OU analisi ” per avviare l'algoritmo di analisi automatica per valutare lo spessore RNFL della scansione.
      Nota: Passaggi 3.3.2.1 a 3.3.2.6 possono essere completati automaticamente dall'algoritmo di analisi.
      1. Misurare lo spessore RNFL in ciascun punto di scansione e di generare una mappa di spessore RNFL.
      2. Identificare il disco ottico rilevando una macchia scura vicino al centro della scansione che ha una dimensione e una forma coerenza con la gamma di un disco ottico.
      3. Posizionare una griglia di misurazione di 3,46 mm di diametro intorno al disco ottico sulla mappa spessore RNFL.
      4. Misura e calcolare i globali, quattro-quadranti (temporali, superiori, nasali e inferiori) e dodici-orologio-ora parapapillary RNFL spessori della griglia misura.
      5. Confrontare gli spessori RNFL misurati al dispositivo ’ s interna pari età normativi del database e generare una mappa di deviazione e mappa significato.
      6. Segnalare i risultati di misurazione su una stampa analisi.
    3. Salvare la stampa di analisi in formato. pdf.

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Representative Results

Figure 10
Figura 10: Un esempio per mostrare le differenze nel sistema vascolare retinico tra un soggetto normale e soggetto AD. Rispetto al soggetto normale, la fotografia del fondo del soggetto AD ha mostrato calibri di nave più stretti (CRAE della zona B, 116,4 µm vs 156,4 µm; CRVE della zona B, 186,9 µm vs 207,5 µm; CRAE della zona C, 138,5 µm vs 165,8 µm; CRVE della zona C, 206,6 µm vs 232,2 µm), fractal vascolare retinica più piccole dimensioni (dimensione frattale totale, 1.472 vs 1.517; dimensione frattale arteriolare, 1.246 vs 1.316; dimensione frattale delle venule, 1,253 vs 1,273) e superiore tortuosities vascolare retinica (tortuosità delle arterie [104], 0.61 vs 0,48; tortuosità delle venule [104], 1,41 vs 0,50).  Queste immagini sono state catturate utilizzando una macchina fotografica del fondo 50 gradi e sono state analizzate utilizzando il metodo descritto nel protocollo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Interpretazione dei parametri vascolari retinici: Con il nostro protocollo, parametri vascolari retinici possono essere misurati dalle fotografie del fondo. Questi parametri indicano lo stato del vasculature retinico, che a sua volta può riflettere i cambiamenti simili nel vasculature cerebrale. La figura 10 Mostra le fotografie del fondo ottenute da un soggetto AD e un soggetto sano. Da queste fotografie del fondo utilizzando il metodo descritto in questo protocollo sono stati misurati i parametri vascolari retinici riportati in tabella 1 .

ANNUNCIO Normale
CRAE della zona B (µm) 116,4 156,4
CRVE della zona B (µm) 186,9 207,5
CRAE di zona C (µm) 138,5 165,8
CRVE della zona C (µm) 206,6 232,2
Dimensione frattale totale 1.472 1.517
Dimensione frattale arteriolare 1.246 1.316
Dimensione frattale delle venule 1.253 1,273
Tortuosità delle arterie (x104) 0.61 0,48
Tortuosità delle venule (x104) 1.41 0.50
Coefficiente di ramificazione arteriolare 2.43 1.49
Arteriolare ramificazione angolo (deg) 67.17 81,16
Coefficiente di ramificazione delle venule 1.42 1,62
Angolo di ramificazione delle venule (deg) 60.11 73.19

Tabella 1: differenze nei parametri vascolari retiniche fra un soggetto normale e soggetto AD. I parametri vascolari retinici sono stati misurati dalle fotografie del fondo illustrate nella Figura 10. Rispetto al soggetto normale, il soggetto AD ha mostrato riduzioni nei calibri di nave (cioè CRAE e CRVE) e dimensione frattale, ma ha mostrato un aumento nella tortuosità. Inoltre, gli angoli di ramificazioni e coefficienti di ramificazioni del soggetto AD anche deviato dai rispettivi valori ottimali.

Vaso retinico calibri
Rispetto al soggetto normale, la fotografia del fondo del soggetto AD (Figura 10) hanno mostrato le diminuzioni in CRAE e CRVE della zona C (138.47 µm e 206,61 µm, rispettivamente), rispetto al soggetto sano (165.82 µm e 232.22 µm, rispettivamente).  La CRAE e CRVE riassumere i calibri vaso retinico, che approssimano la larghezza del lume interno in arteriole retiniche e venule, rispettivamente. Quindi, le riduzioni in CRAE e CRVE indicano generalizzato restringimento in venule e arteriole retiniche e suggeriscono disfunzione microvascolare35.

Parametri di rete vascolare retinica
In primo luogo, la retina tortuosities arteriolare e delle venule del soggetto AD (0.613 x 10-4 e 1.41 x 10-4, rispettivamente) erano superiori a quello del soggetto normale (0.476 x 10-4 e 0,501 x 10-4, rispettivamente). La tortuosities vascolare superiore indicano che i vasi retinici sono generalmente più dritti nel soggetto AD.

In secondo luogo, il soggetto AD inoltre aveva ridotto dimensioni frattali retinica (dimensione frattale totale, 1.472; dimensione frattale arteriolare, 1.246; dimensione frattale delle venule, 1.253) rispetto al soggetto sano (dimensione frattale totale, 1.517; arteriolare dimensione frattale, 1.316; dimensione frattale delle venule, 1.273). Poiché dimensioni frattali rappresentano misure "globale" che riassumono la complessità ramificazione della network30 vascolare retinica, dimensioni frattali ridotta indicano che il sistema vascolare retinico è meno complesso nel soggetto AD.

In terzo luogo, la maggior parte dei parametri di biforcazione della retina del soggetto AD deviato dal valore ottimo. In particolare, gli arteriolari e delle venule angoli ramificazioni del soggetto AD (67,17 ° e 60,109 °, rispettivamente) sono stati più lontani valori ottimali, che sono circa 75o 36, se confrontato con il soggetto normale (81,16 ° e 73.19 °, rispettivamente). Inoltre, il coefficiente di ramificazione arteriolare del soggetto AD (2.432) deviato anche gravemente il valore ottimale, che è approssimativamente 1.2636. Ciò rappresenta un aumento nell'area della sezione trasversale totale attraverso le biforcazioni37.

Interpretazione dei parametri di un neurone della retina
Con il nostro protocollo, si dovrebbe essere in grado di ottenere due stampe di analisi mostrando lo spessore medio e settoriale delle RNFL e GC-IPL (illustrato da Figura 11A e 11B, rispettivamente).  Mentre le misure di RNFL riflettono la salute degli assoni unmyelinated di RGCs, le misurazioni di GC-IPL indicano la salute dei corpi cellulari e dendriti dei RGCs. Poiché le dimensioni del corpo cellulare RGC sono 10 - 20 volte il diametro del loro assone, spessore di GC-IPL ha dimostrato di essere più fortemente legate a danno conoscitivo38.

In entrambe le relazioni, tre mappe sono state indicate per aiutare l'interpretazione, vale a dire (a) spessore mappe, mappe di deviazione (b) e (c) significato mappe. Nelle mappe di spessore, colori più caldi rappresentano valori più alti di spessore e colori più freddi rappresentano i valori più bassi di spessore; in altre parole, più denso l'arancione/giallo anello, il più spesso lo strato retinico interessato. Il software Inoltre confronta gli spessori misurati al database di pari età normativo interno del dispositivo e genera deviazione mappe e cartine di significato. Nelle mappe deviazione, un super-pixel è mostrato in rosso o giallo se il valore di spessore cade fuori il 99% o raggio centile di 95 – 99%, rispettivamente. Nelmappe di significato, lo strato retinico interessato è suddiviso in diversi settori, come la retina è improbabile essere omogeneamente colpite da demenza. Viene segnalato il valore di spessore di ogni settore e ogni settore è anche color-coded per abbinare il risultato del confronto, con valori all'interno della gamma normale in verde (p = 5 – 95%), i valori limiti in giallo (1% < p < 5%) e i valori di fuori della gamma normale in rosso (p < 1%).

Le stampe di analisi delle RNFL e GC-IPL in un soggetto di annuncio sono mostrate in Figura 11A e Figura 11B rispettivamente. La dissolvenza di colori caldi e la comparsa di zone di luce blu nelle mappe spessore di entrambe le relazioni indica assottigliamento di GC-IPL e RNFL nel soggetto AD. Mentre assottigliamento del GC-IPL suggerisce la perdita RGC, assottigliamento delle RNFL suggerisce perdita di assoni RGC. Inoltre, diversi settori delle mappe significato sono contrassegnate in rosso o giallo, suggerendo che gli spessori RNFL e GC-IPL delle aree corrispondenti sono ridotti nell'annuncio soggetti. Le precise zone di diradamento possono anche essere visualizzate dai Super-pixel rossa o gialla nelle mappe di deviazione.

Figure 11
Figura 11: Stampa di analisi della struttura retinica neuronale da un soggetto AD. Assottigliamento delle RNFL e GC-IPL nel soggetto AD è indicato dalla presenza di più aree blu luce nelle mappe di spessore. La grandezza di diradamento è considerata anormale dopo rispetto alla popolazione di pari età normativa; i settori rossi indicano il valore di spessore delle zone corrispondenti è caduto fuori della gamma normale (p < 1%), mentre il settore giallo indica il valore limito nell'area corrispondente (1% < p < 5%). Le zone esatte di RNFL e GC-IPL la diradamento possa anche essere visualizzato nelle mappe di deviazione, in cui i Super-pixel rossi e gialli (frecce rosse) indicano i valori di spessore dei punti corrispondenti è caduto fuori il 99% o all'interno di intervallo percentile 95 – 99%, rispettivamente. Tutte insieme, queste mappe indicano che spessori GC-IPL e RNFL erano anormalmente ridotta nel soggetto AD. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Unanalyzable o Ungradable della retina immagini: le fotografie del fondo o scansioni OCT possono essere unanalyzable a causa di diversi motivi. Per quanto riguarda le scansioni OCT, errore di segmentazione GC-IPL o RNFL può verificarsi a causa di patologie della retina, come la degenerazione maculare senile, retinopatia diabetica e la membrana di epiretinal. Figura 12A di seguito viene illustrato un esempio di errore di segmentazione a causa di edema maculare diabetico. Inoltre è stato indicato che le misure di qualità e spessore scansione OCT possono essere influenzate da secchezza degli occhi39, cataratte40,41,42,43, Floater e altri opacità del vitreo 44 , 45. per quanto riguarda le fotografie del fondo, la misura di parametri vascolari della retina può anche essere ostacolata da opacità media (ad esempio una cataratta), che influisce sulla visibilità del vasculature retinico (figura 12B).

Figure 12
Figura 12: Unanalyzable immagini retiniche. Mentre più risultati non ottimali potrebbero essere evitati utilizzando i metodi descritti, diversi tipi di immagini retiniche sono unanalyzable e dovrebbero essere scartati. Segmentazione (A) errore può verificarsi in alcuni PTOM esegue la scansione a causa di patologie retiniche, tra cui la degenerazione maculare senile, retinopatia diabetica e la membrana di epiretinal. Questa figura viene illustrato un errore di segmentazione a causa di edema maculare diabetico. Sistema vascolare (B) la visibilità di retinico può essere ridotto da opacità media, come l'opacità a causa di una cataratta. Questa figura viene illustrato che opacità media grave può oscurare il vasculature retinico e il rendering dell'immagine unanalyzable. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Parametro Zona misurata Interpretazione e associazione segnalata con l'annuncio
Calibro del vaso retinico
Equivalente arteriolare retinica centrale (CRAE) Zona B & C ♦ Modifiche in equivalente arteriolare retinica centrale (CRAE) e centrale retinica postcapillare equivalente (CRVE) indicano generalizzata vaso retinico restringimento o allargamento e possono suggerire la disfunzione microvascolare sottile35.
♦ è stato segnalato che l'aumento CRVE è associato con demenza di incidente46, demenza vascolare46, e in diminuzione CRVE e CRAE sono associati con la malattia di Alzheimer47,48.
Centrale retinica postcapillare equivalente (CRVE) Zona B & C
Parametri di rete vascolare retinica
Dimensioni frattali (dF) Zona C Dimensione frattale ♦ rappresenta una misura di "macro" che riassume la complessità ramificazione della rete vascolare retinica30; un valore maggiore indica un modello di ramificazione più complesso.
♦ è stato suggerito che ridotta dimensione frattale retinica è stata associata con demenza47,48,59 e funzione conoscitiva60.
Tortuosità
(TORT)
Zona C ♦ Tortuosità riflette la generale rettilineità dei vasi retinici, con una tortuosità più piccolo valore indica vasi retinici più dritti.
♦ è stato suggerito che l'aumento delle venule tortuosità e tortuosità delle arterie sono associati AD62.
Angolo di ramificazione
(BA)
Zona C ♦ Il valore ottimale della BA è circa 75o 36
♦ Alterazione nell'angolo di ramificazione può indicare cambiamenti nel flusso sanguigno63,64, disfunzione endoteliale65,66 e attenuazione di saturazione di ossigeno67.
Coefficiente di ramificazione (BC) Zona C ♦ Il valore ottimale della BC è circa 1.2636.
♦ Deviazione dal valore ottimo può aumentare il costo dell'energia, riducendo l'efficienza della circolazione e metabolica trasporto37.

Tabella 2: interpretazioni dei principali parametri vascolari retinici. Calibri di nave e pa rete vascolare retinicaparametri sono due categorie principali di parametri riportati dal programma Analisi assistita da computer. CRAE e documento CRVE generalizzato vaso retinico restringimento o ampliamento, riflettendo sottile disfunzione microvascolare retinica. Parametri di rete vascolare retinica catturano il "ottimalità" ed "efficienza" della distribuzione del sangue nella rete della retina, che a loro volta riflettono l'integrità della microcircolazione cerebrale.

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Discussion

Questo protocollo descrive le procedure di quantificare i cambiamenti vascolari e neuronali in retina in vivo. Come la retina condivide simili origini embriologiche, caratteristiche anatomiche e fisiologiche proprietà con il cervello, questi cambiamenti retinici possono riflettere i cambiamenti simili del sistema vascolare e struttura di un neurone nel cervello.

Come mostrato in Figura 10 e tabella 1, il soggetto AD ha mostrato calibri di nave in diminuzione rispetto al soggetto sano. È stato segnalato che in diminuzione CRVE e CRAE sono associati con la malattia di Alzheimer46,47, anche se questo non è sempre osservato48.

Inoltre, il soggetto AD inoltre ha mostrato dimensioni frattali in diminuzione, aumentato vascolare tortuosities e coefficienti di ramificazioni non ottimali e ramificazioni angoli rispetto al soggetto sano. Questi cambiamenti indicano alterazioni nei modelli geometrici globale della rete vascolare retinica49,50,51,52,53,54, 55,56. Poiché il modello di ramificazione della rete vascolare, secondo il principio di Murray, strutturalmente è stato sviluppato per ridurre al minimo l'energia necessaria per mantenere il flusso di sangue57, questi parametri anche catturano il grado di "ottimalità" ed "efficienza" di distribuzione del sangue nella rete vascolare retinica, che a sua volta può riflettere l'integrità della microcircolazione cerebrale58. È stato segnalato tale dimensione frattale retinica ridotta è associato con demenza47,48,59 e conoscitivo function60 ed è potenzialmente relativo a danni microvascolari che conduce a retinica ipossia61.  Aumento delle venule ed arteriolare tortuosities sono anche indicata per essere associata con D.C.62. Per quanto riguarda i parametri di biforcazione retinica, sub-ottimalizzazione degli angoli ramificazioni indica che la rete vascolare retinica nel soggetto AD ha diminuita efficienza della perfusione tissutale e aumentato di perdita di energia37. Alterazione nella diramazione angolo può anche indicare cambiamenti nel flusso sanguigno63,64, disfunzione endoteliale65,66e attenuazione di saturazione di ossigeno67. Inoltre, deviazione dal valore ottimo del coefficiente di ramificazione può anche aumentare il dispendio di energia, riducendo l'efficienza della circolazione e trasporto metabolico37. Presi insieme, i cambiamenti nei parametri di rete vascolare (cioè della dimensione frattale, tortuosità, diramazione angolo e coefficiente di ramificazione) suggeriscono il coinvolgimento microvascolare in patologia AD. Le associazioni segnalate dei principali parametri vascolare retinici con l'annuncio sono riassunti nella tabella 2 e sono state esaminate anche dettagli precedentemente8,58,68,69.

Come illustrato dalla Figura 11, il soggetto AD inoltre ha mostrato una riduzione spessori di RNFL e GC-IPL. Anche se gli spessori di GCL e IPL possono solo essere segnalati insieme a causa del loro limite anatomico ambiguo, lo spessore combinato (cioè GC-IPL) è indicativo della salute del RGCs38. È sempre più evidente che assottigliamento del GC-IPL38 e RNFL70,71,72,73,74,75,76 ,77,78 è associato con l'annuncio. Recentemente, uno studio di popolazione su larga scala ha anche riferito che più sottile RNFL è associato con la funzione conoscitiva più difficile, ad esempio memoria prospettica più povera e più povere prestazioni di ragionamento verbale e numerico79. Inoltre, assottigliamento delle RNFL è anche segnalato in demenze non annuncio80,81,82.

Fasi critiche dell'Imaging retinico
Diversi passaggi nel protocollo devono essere eseguite correttamente per ottenere un risultato accurato. Per quanto riguarda la procedura di acquisizione di immagini, è importante padroneggiare la procedura di imaging di ottobre e la fotographia del fondo, poiché un tempo prolungato di imaging può provocare affaticamento dell'occhio e quindi aumentare la probabilità di artefatti di movimento. Inoltre, il contrasto e la saturazione delle immagini dovrebbe essere standardizzate durante l'acquisizione delle immagini per evitare di regolazione grossolana in successivi passaggi di elaborazione delle immagini. Il contrasto e la saturazione può essere variate con Studio diverse coorti e tipi di telecamere.

Per quanto riguarda la misura di parametri vascolari della retina, è importante calcolare l'ICF per ogni fotocamera utilizzata nello studio per regolare l'effetto di ingrandimento e la differenza di risoluzione dell'immagine. Regolazione di ICF è importante per la misurazione accurata dei parametri dimensionali, tra cui calibri vaso retinico. Inoltre, quando le fotografie del fondo con un programma computerizzato di analisi di classificazione, livellatrici dovrebbero essere mascherati alle caratteristiche del partecipante come il processo di classificazione comporta una certa quantità di regolazione manuale. Inoltre, gli alunni devono ricevere una formazione adeguata e loro affidabilità di misura dovrebbero essere valutati in primo luogo, prima le immagini di classificazione.

È anche importante calibro vaso retinico relazione in zona B e zona C. Si ritiene che il calibro del vaso della zona C è più sensibile e più precisa con il più piccolo errore standard17, possibilmente dovuto l'inclusione di più periferici piccoli vasi della retina, che sono anatomicamente e fisiologicamente più simile per la piccoli vasi nel cervello. Tuttavia, il calibro della zona B dovrebbe essere segnalato anche come la misura di calibro all'interno zona che b è stato ampiamente utilizzato in numerosi studi epidemiologici.

Si deve osservare che l'apparecchiatura e il programma di analisi computer-assistita utilizzata nel presente protocollo sono a scopo illustrativo soli e simili risultati possono essere ottenuti utilizzando altre tecniche di imaging retinici. Tuttavia, nella maggior parte dei casi i parametri numerici riportati di misurazione diversi sistemi non dovrebbero essere interpretata in modo intercambiabile83. Yip et al hanno sviluppato un algoritmo per la conversione tra tre software comunemente usato misura vaso retinico calibri, che può essere utile confrontare i risultati di diversi studi83.

Significato di Imaging retinico
Imaging a risonanza magnetica (MRI) e tomografia a emissione di positroni (PET) sono due metodi di imaging in vivo ampiamente utilizzati per studiare la demenza. Tuttavia, l'applicazione di MRI è limitata dalla sua risoluzione spaziale per rilevare i cambiamenti degeneranti sottili di meno di 500 μm. L'uso di imaging PET è limitata anche dal suo alto costo e la disponibilità di strutture di PET. Inoltre, anche se la malattia dei piccoli vasi cerebrali è stato collegato a demenza84,85,86>,87,88,89,90, attuale neuroimaging tecnologie non consentono la valutazione diretta dei cambiamenti piccoli vasi cerebrali, come restringimento arteriolare cerebrale, cambia tortuosità vascolare e capillare micro-aneurisma. Quindi, un approccio complementare per lo studio di demenza è desiderato. La formazione immagine retinica dimostra diverse caratteristiche che la rendono differente dalle altre tecniche di neuroimaging e consentono di fornire nuove conoscenze per la ricerca sulla demenza.

In primo luogo, la retina è altamente accessibile per imaging non-invasivo se confrontato con altre parti del sistema nervoso centrale. Come la pupilla permette il passaggio bidirezionale per i raggi di luce illuminanti e di imaging, il vascualture della retina può essere imaged direttamente e velocemente usando una macchina fotografica del fondo, che è una tecnica di imaging retinica classica basato sul principio del monoculare indiretto oftalmoscopia. Fotografia del fondo ha dimostrato ad alta sensibilità, specificità ed Inter- esame e intra-esame accordo91. Inoltre, in vivo immagini a sezione trasversale della struttura neuronale retinica possono essere catturati anche da OCT basato sul principio dell'interferometria di basso-coerenza92,93,94, 95,,96. Di conseguenza, l'imaging retinico permette longitudinale e non-invasive imaging con costi relativamente bassi per osservare l'effetto di demenza sul SNC.

In secondo luogo, la struttura di un neurone retinica è organizzata come strati distinguibili e ogni livello rappresenta un elemento specifico dell'architettura neuronale. Per istanza, il GC-IPL rappresenta i corpi cellulari e dendriti dei RGCs, mentre il RNFL rappresenta gli assoni del RGCs. in particolare, precisa delimitazione degli strati retinici neuronali, quali GC-IPL e RNFL, possa ora essere realizzati con algoritmi di segmentazione avanzata 33 , 97e qualsiasi patologia di demenza che si manifesta come una distorsione dell'architettura neuronale possa essere facilmente individuata.

In terzo luogo, valutazione obiettiva, semi-automatizzata e standardizzata delle immagini retiniche è ora possibile utilizzando i programmi di analisi assistita da computer. Come illustrato dal presente protocollo, i programmi di analisi computerizzata possono automaticamente traccia del vasculature retinico catturato dalla fotografia del fondo e, sulla base dei risultati di analisi, misurare un spettro di parametri vascolari retinici, come nave calibri, tortuosities, dimensioni frattali e angoli di ramificazioni. Durante il processo di analisi, gli alunni sono tenuti solo per verificare l'esattezza dei tracciati di nave e, se necessario, regolare i tracciati di nave non corretto manualmente. Gli studi precedenti hanno riferito che intragrader e intergrader affidabilità erano moderate a elevata49. Analogamente, gli algoritmi di analisi integrato OCT possono automaticamente anche misurare parametri di spessori RNFL e GC-IPL e confrontare i risultati con il database normativo di pari età98. La natura semi-automatica di imaging retinico contribuisce a migliorare la misura efficienza e coerenza riducendo la quantità di lavoro richiesta da ogni selezionatore. Livellatrici anche rapidamente possono padroneggiare le abilità di misurazione e di interpretazione parametri della retina, senza dover apprendere conoscenze troppo avanzate oftalmologiche o neurologiche. Quindi, può applicarsi facilmente in un ambiente popolazionale imaging retinico.

Infine, le tecnologie di imaging retiniche possono ora immagine la retina alla risoluzione di alcuni micron, che è almeno un ordine di grandezza di quello può essere realizzato con tecniche di neuroimaging convenzionali. Per esempio, il dominio spettrale-ott può ora l'immagine della retina nel volume tridimensionale con un'alta risoluzione assiale (ad es. alcuni micron) e un alto grado di riproducibilità99,100,101 ,102,103,104,105. Questo permette la visualizzazione diretta e quantificazione dei cambiamenti sottili nella retina tra cui gli assoni RGC, l'estensione oculare dello SNC. Le associazioni tra demenza e cambiamenti microvascolari direttamente anche possono essere valutate misurando parametri vascolari retinici.

Presi insieme, retinica imaging può raccogliere informazioni univoche sul sistema vascolare cerebrale e la struttura neuronale che è distinta dalla corrente di brain imaging tecniche, suggerendo che la formazione immagine retinica può fornire un approccio complementare per studiare il patologia di demenza9,35,58,68,106,107,108.

Limiti del metodo
L'imaging retinico è un metodo sempre più popolare per visualizzare e quantificare microvasculature e struttura di un neurone nel retina8,109. Tuttavia, i lettori di questo protocollo dovrebbero essere consapevoli dei propri limiti potenziali al fine di interpretare criticamente i risultati.

In primo luogo, la qualità delle fotografie del fondo e immagini di ottobre può dipendere da una serie di fattori oculare. Per esempio, variazioni di errore refrattivo e lunghezza assiale possono influenzare l'ingrandimento e conseguenza le dimensioni apparenti del calibro vascolare retinico 110. Differenze di pigmentazione retinica, presenza di opacità media, tecnica fotografica, fotocamera tipo (ad es., midriatica, non midriatico, tenuto in mano), e qualità dell'immagine (ad esempio, luminosità, messa a fuoco e contrasto) può anche introdurre Ulteriori fonti di variazione ed interessano misure111,112,113,114,115,116. Inoltre, artefatti di movimento possono essere comune in vecchio-vecchio soggetti se l'acquisizione dell'immagine è prolungato.

In secondo luogo, l'architettura neuronale e vascolare retinico può essere influenzata da molti processi patologici sistemici e locali, e così alcune manifestazioni retiniche non sono specifici di una particolare malattia. Per esempio, lo stringimento arteriolare retinica è stato correlato a vasocostrizione periferica sistemica e ipertensione, mentre l'allargamento delle venule retiniche è stato correlato a disfunzione endoteliale, l'infiammazione, ipossia microvascolare117, e malattie quali la malattia cardiovascolare118 e diabetica retinopatia119. Assottigliamento RNFL è osservato anche in altre malattie neurodegenerative, tra cui glaucoma, malattia di Parkinson e sclerosi multipla10. Si osserva inoltre che la riduzione età-correlate RGCs e loro assoni può verificarsi anche senza demenza99,120.

In terzo luogo, le associazioni tra demenza e cambiamenti retinici rimangano inconcludenti. Per esempio, le associazioni di più piccoli calibri di nave con l'annuncio non sono state replicate da Williams et al. 59e l'associazione del calibro arteriolare più stretto con l'annuncio trovato per lo studio del programma di epidemiologia della malattia dell'occhio di Singapore era perso anche dopo aggiustamento per i fattori cardiovascolari48di confusione. Inoltre, aumentato delle venule e arteriolare tortuosities in annuncio sono anche non costantemente osservato47,59. Va inoltre osservato che l'associazione della dimensione frattale arteriolare con demenza è stato perso in un modello completamente ha regolato"xrif" > 59.

In quarto luogo, i programmi di analisi computer-assistita in questa fase sono solo semi-automatizzate e richiedono regolazioni manuali di livellatrici addestrato49,121. Manuali ingressi, anche a seguito di un protocollo standardizzato, possono introdurre ulteriori variabilità nelle misure della retina.

Future applicazioni del metodo
Dato l'accessibilità della retina e sue somiglianze ad altre parti del sistema nervoso centrale, la retina è un eccellente "vetrina" per studiare l'effetto di demenza sul microcircolo cerebrale e la struttura di un neurone. Poiché la demenza ora è pensato per coinvolgere processi vascolare84,85,86,87,88,89,90,122 , imaging e quantificazione del microcircolo retinico usando questo protocollo può anche fornire nuove intuizioni l'eziologia microvascolare (versus macrovascular eziologia) di demenza10,35,58 , 106 , 108 , 123 e facilitare la nostra comprensione sui sottotipi di demenza diverse.

Inoltre, imaging retinico potrebbe potenzialmente essere usato nelle regolazioni cliniche per facilitare la valutazione preclinica di diagnosi o rischio di demenza, per confermare clinicamente diagnosticata AD e per monitorare la progressione della malattia o la risposta alla terapia. L'applicazione di imaging retinico nello screening di popolazione è particolarmente intrigante come cambiamenti neuronali e microvascolare, che potrebbero essere riflessa dai cambiamenti retinici simili, si verificano molto prima di quanto la comparsa di atrofia corticale e declino conoscitivo 124 , 125. costantemente, gli studi hanno indicato che spessori RNFL e GC-IPL sono stati ridotti in pazienti con danno conoscitivo delicato (MCI) e D.C. quando confrontati con controlli di salute, ma le differenze di spessori RNFL e GC-IPL tra pazienti con MCI e quelli con l'annuncio non erano statisticamente significative8, suggerendo che assottigliamento delle RNFL e GC-IPL è un evento iniziale nella patologia AD. Tuttavia, la forza delle associazioni tra misure di imaging retinici e la demenza è solo modesta e correla diversi retinica dell'annuncio non è stati costantemente osservato8,47,48, 59 , 109. questo protocollo può potenzialmente essere adottato da più studi clinici prospettici con larghe coorti per valutare l'utilità clinica dell'imaging retinico nella diagnosi pre-clinica dell'annuncio.

Gli avanzamenti recenti nelle tecniche, quali l'imaging retinico campo ultra-wide e l'OCT-angiografia, di imaging retinico possono permetterci di ottenere ulteriori informazioni dalla retina. Retinico campo ultra-wide tecnologia, basata sul principio del laser confocale microscopia combinato con uno specchio concavo ellittico, di imaging in grado di catturare fino a 200o della retina in una singola immagine senza pupilla dilatazione126 ,127. Questo consente la più ampia valutazione delle lesioni retiniche periferiche, che possono fornire ulteriori informazioni sul sistema vascolare retinico nel complesso17. È stato segnalato che l'imaging retinico campo ultra-wide può raggiungere risultati soddisfacenti di segmentazione nave sia larghezza stima128. Inoltre, l'invenzione di OCT-angiografia consente inoltre non basati su tintura mappatura della rete capillare retinica, che potrebbe fornire ulteriori informazioni su cambiamenti microvascolari legate alla demenza. In considerazione di metodi di analisi di immagine, più ricerca è necessaria per esplorare altri elaborazione delle immagini di stato-of-the-art e metodi quantitativi, come albero topologia stima129, per analizzare le immagini catturate da queste nuove modalità di imaging.

Figure 13
Figura 13: imaging retinico è uno strumento potenzialmente importante per studiare i cambiamenti vascolari e neuronali, associati alla demenza. È stato proposto che la demenza è associata con la lesione di un neurone e malattia dei piccoli vasi nel cervello. Come la retina, essendo un'estensione del sistema nervoso centrale, condivide importanti somiglianze con il cervello, queste mutazioni patologiche possono riflettersi nella retina come danni neuronali e vascolari della retina. Usando questo protocollo, i cambiamenti di un neurone della retina possono essere quantificati come variazioni di spessori RNFL e GC-IPL mediante tomografia a coerenza ottica (OCT), mentre i cambiamenti vascolari retinici possono essere quantificati come cambiamenti in nave calibri e rete vascolare parametri utilizzando la fotographia del fondo e un programma di analisi assistita da computer. Studiare le associazioni fra i cambiamenti retinici e la demenza può fornire nuove intuizioni la patologia della demenza e, potenzialmente, aiutare nella diagnosi e valutazione del rischio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Questo protocollo descrive un metodo non invasivo, quantitativo e semi-automatizzato per studiare demenza usando tecniche di imaging retinici (Figura 13). Considerando l'accessibilità della retina e sue associazioni robusti con il cervello, retina di imaging può fornire nuove intuizioni demenza e, potenzialmente, facilitare la diagnosi e valutazione del rischio di demenza. Tuttavia, le associazioni segnalate in questa fase rimangono discutibili e ulteriori studi sono richiesti per valutare la potenziale utilità dell'imaging retinico. Si deve inoltre osservare che una valutazione clinica completa rimane essenziale nella valutazione della demenza.

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Disclosures

Vorremmo esprimere il nostro apprezzamento per la School of Computing, Università nazionale di Singapore per il supporto tecnico.

Acknowledgments

Per quanto riguarda potenziali legami finanziari, l'autore Tien Y. Wong è un co-inventore del programma Singapore I nave valutazione (SIVA) utilizzato in questo articolo.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Non-mydriatic Retinal Camera  Topcon, Inc, Tokyo, Japan TRC 50DX  N/A
Singapore I Vessel Assessment Program National University of Singapore Version 4.0 N/A
CIRRUS HD-OCT  Carl Zeiss Meditec, Inc, Dublin, CA Model 4000 N/A
Mydriatic Agents  N/A N/A Prepared from 1% tropicamide and 2.5% phenylephrine hydrochloride

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