Evaluering av kapillær og annet fartøybidrag til makulade perfusjonstetthet målt med optisk koherenstomografianografi

Summary

Vi beskriver evalueringen av en bestemmelseskoeffisient mellom kar og perfusjonstetthet av parafoveal overfladisk kapillær plexus for å identifisere bidraget av fartøy større enn kapillærer til perfusjonstetthet.

Abstract

Parafoveal sirkulasjon av overfladisk retinal kapillær plexus måles vanligvis med kartetthet, som bestemmer lengden på kapillærer med sirkulasjon og perfusjonstetthet, som beregner prosentandelen av det evaluerte området som har sirkulasjon. Perfusjonstetthet vurderer også sirkulasjonen av fartøy større enn kapillærer, selv om bidraget fra disse fartøyene til den første vanligvis ikke vurderes. Ettersom begge målingene genereres automatisk av optisk koherenstomografianografienheter, foreslår dette dokumentet en metode for å estimere bidraget av fartøy som er større enn kapillærene ved å bruke en bestemmelseskoeffisient mellom kar og perfusjonstetthet. Denne metoden kan avdekke en endring i andelen perfusjonstetthet fra fartøy større enn kapillærer, selv når gjennomsnittsverdier ikke er forskjellige. Denne endringen kan gjenspeile kompensatorisk arteriell vaskodilatasjon som svar på kapillær frafall i de første stadiene av retinal vaskulære sykdommer før klinisk retinopati vises. Den foreslåtte metoden vil tillate estimering av endringene i sammensetningen av perfusjonstetthet uten behov for andre enheter.

Introduction

Retinal sirkulasjon er kombinasjonen av arteriolar, kapillær og venulær strømning, hvis bidrag kan variere for å møte oksygenbehovene til de forskjellige netthinnelagene. Denne sirkulasjonen er ikke avhengig av den autonome nervesystemreguleringen og har tradisjonelt blitt evaluert med fluoresceinangiografi, en invasiv metode som bruker intravenøs kontrast for å avgrense retinalfartøy. Sekvensielle fotografier tillater evaluering av arteriell, arteriolar, venulær og venøs sirkulasjon, samt steder med kapillær skade ved retinal vaskulære ^sykdommer1.

En aktuell metode for å måle makuladesirkulasjonen er optisk koherenstomografi (OCTA), som bruker interferometri for å få retinal bilder og kan skissere kapillærer og større netthinnefartøy2. I motsetning til fluoresceinangiografi påvirkes ikke OCTA-avbildning av makulad xanthophyll pigmentskygge, noe som gir overlegen avbildning av makulade kapillærer3. Andre fordeler med OCTA fremfor fluoresceinangiografi er dens ikke-invasivitet og høyere ^oppløsning4.

OCTA-enheter måler den overfladiske kapillære plexusen ved parafovea i et kart på 3 x 3 mm, konsentrisk til fovealsenteret (figur 1). Utstyret måler automatisk fartøyets lengdetetthet (lengden på kapillærene med sirkulasjon i det målte området) og perfusjonstetthet (prosentandelen av det målte området med sirkulasjon), som inkluderer fartøy som er større enn kapillærene (figur 2)⁵. Fartøyets tetthet har et betydelig bidrag til perfusjonstetthet under fysiologiske forhold. Noen enheter måler fartøyets tetthet som en “skjelettisert vaskulær tetthet” og perfusjonstetthet som “kar / vaskulær tetthet”. Uansett enhet er det vanligvis en måling for lengde (målt i mm / ^mm2 eller ^mm-1) og en annen for området med sirkulasjon (målt i %), som genereres automatisk.

Kartetthet kan endre seg hos friske mennesker når de blir utsatt for mørke, flimmerlys6 eller koffeinholdige ^drikker7 på grunn av den nevrovaskulære koblingen som omfordeler blodstrømmen mellom de overfladiske, midtre og dype kapillære pleksisusene i henhold til retinallaget med høyest aktivitet. Enhver reduksjon i kartetthet forårsaket av denne omfordelingen går tilbake til baselineverdier etter at stimulansen opphører og representerer ikke kapillærtap, en patologisk endring rapportert før retinopati vises i vaskulære sykdommer som ^diabetes8 eller arteriell ^{hypertensjon9}.

Nedgangen i kapillærene kan kompenseres delvis ved arteriolarvadillatasjon. Måling av bare en prosentandel eller perfundert område gir ingen innsikt i om det er vasodilatasjon, som kan oppstå når kapillærene når en minimumsterskel. Måling av fartøyets tetthet vil ikke bidra til å oppdage et økt sirkulasjonsområde som følge av vasodilatasjon. Bidraget av arteriolar sirkulasjon til perfusjonstetthet kan estimeres indirekte ved hjelp av en bestemmelseskoeffisient mellom kartetthet og perfusjonstetthet, og definere prosentandelen av området med sirkulasjon som tilsvarer kapillærer eller andre fartøy.

Begrunnelsen bak denne teknikken er at regresjonsanalyse kan identifisere i hvilken grad endringene i en uavhengig numerisk verdi resulterer i endringer av en avhengig numerisk verdi. I maculafartøyavbildning ved hjelp av OCTA er kapillærsirkulasjon en uavhengig variabel som påvirker området med sirkulasjon fordi det er få større fartøy i den evaluerte regionen. Parafovea har imidlertid større fartøy som kan utvide og endre prosentandelen av området med sirkulasjon, som ikke kan identifiseres direkte av dagens automatiserte OCTA-beregninger. Fordelen med å bruke en bestemmelseskoeffisient er at den måler en sammenheng mellom to eksisterende beregninger for å produsere to til: prosentandelen av området med sirkulasjon som tilsvarer kapillærene, og prosentandelen som tilsvarer andre fartøy. Begge prosentene kan måles direkte ved hjelp av et pikselantall med bildebehandlingsprogramvare. Bestemmelseskoeffisienten kan imidlertid beregnes for et utvalg med tallene som OCTA-enhetene genererer ^{automatisk10,11}.

Pathak et al. brukte en bestemmelseskoeffisient for å estimere mager muskel- og fettmasse fra demografiske og antropometriske tiltak ved hjelp av et kunstig nevralt nettverk. Studien deres fant at modellen deres hadde en ^R2-verdi på 0,92, noe som forklarte variasjonen av en stor del av deres avhengige ^variabler12. O’Fee og kolleger brukte en viljeskoeffisient for å utelukke ikke-dødelig hjerteinfarkt som surrogat for all-cause og kardiovaskulær dødelighet fordi de fant en ^R2 på 0,01 til 0,21. Disse resultatene viste at den uavhengige variabelen forklarte mindre enn 80% av endringene i de avhengige variablene, satt som et kriterium for surrogati (^R2 = 0,8)¹³.

Bestemmelseskoeffisienten brukes til å vurdere effekten av endringer i en variabel, en gruppe variabler eller en modell over endringene i en resultatvariabel. Forskjellen mellom 1 og ^R2-verdien representerer bidraget fra andre variabler til endringene i resultatvariabelen. Det er uvanlig å tilskrive forskjellen til en enkelt variabel fordi det vanligvis er mer enn to som bidrar til resultatet. Imidlertid kan andelen av det makulære området som har sirkulasjon bare stamme fra området dekket av kapillærer og fra det som dekkes av større fartøy, da større fartøy utvider mer enn kapillærer. Videre anses reaktiv vasodilatasjon mest sannsynlig å stamme fra retinal arterioles, fordi en redusert kapillær sirkulasjon kan redusere oksygentilførselen.

Bare to kilder bidrar til en prosentandel av arealet med sirkulasjon i makula: kapillærer og fartøy større enn dem. Bestemmelseskoeffisienten mellom fartøyets tetthet og perfusjonstetthet bestemmer kapillærenes bidrag til området med sirkulasjon, og de resterende endringene (forskjellen mellom 1 og ^R2-verdien ) representerer bidraget fra den eneste andre variabelen som representerer et område med sirkulasjon (som innenfor større netthinnefartøy). Dette dokumentet beskriver metoden for å måle dette bidraget hos friske mennesker (gruppe 1) og hvordan det endres hos pasienter med retinal vaskulære sykdommer: arteriell hypertensjon uten hypertensiv retinopati (gruppe 2) og diabetes mellitus uten diabetisk retinopati (gruppe 3).

Protocol

Denne protokollen ble godkjent av Sala Unos forskningsetiske komité. Se video 1 for avsnitt 1 og 2 og Materialfortegnelser for detaljer om utstyret som brukes i denne studien. 1. Retinal analyse i OCTA-enheten Velg menyen for retinal analyse i OCTA-enheten. Velg et 3 x 3 mm retinal kart; velg overfladisk hvis OCTA-enheten måler forskjellige kapillære pleksiser. Velg fartøyets lengdetetthet (el…

Representative Results

Det var 45 forsøkspersoner i gruppe 1, 18 i gruppe 2 og 36 i gruppe 3. Tabell 1 viser fordelingen av alder og tetthet etter gruppe; kun fartøy og perfusjonstetthet i gruppe 1 var lavere enn i gruppe 2. Koeffisientene for bestemmelse av senterfartøy og perfusjonstetthet er vist i figur 5. Det var ingen signifikant forskjell mellom gruppene. Bestemmelseskoeffisienten mellom indre fartøy og perfusjonstetthet var 0,818 i gruppe 1, 0,974 i gruppe 2…

Discussion

Bidraget av fartøy større enn kapillærer til perfusjonstetthetsendringer i retinal vaskulære sykdommer før utviklingen av retinopati. Det reduserte i den indre regionen av pasienter med arteriell hypertensjon og varierte mellom felt hos pasienter med diabetes. Det finnes direkte metoder for måling av vaskulær reaktivitet i netthinnen, som avhenger av eksponering for en ^{stimulus14,15}. Målingen som foreslås i dette dokumentet bruker to beregninger, automat…

Materials

Cirrus 6000 with Angioplex	Carl Zeiss Meditec Inc., Dublin CA	N/A	3 x 3 vessel and perfusion density maps
Excel	Microsoft	N/A	spreadsheet
Personal computer	Generic	N/A	for running the calculations on the spreadsheet