Valutazione del contributo capillare e di altri vasi alla densità di perfusione maculare misurata con tomografia a coerenza ottica Angiografia

Summary

Descriviamo la valutazione di un coefficiente di determinazione tra vaso e densità di perfusione del plesso capillare superficiale parafoveale per identificare il contributo di vasi più grandi dei capillari alla densità di perfusione.

Abstract

La circolazione parafoveale del plesso capillare retinico superficiale viene solitamente misurata con la densità dei vasi, che determina la lunghezza dei capillari con circolazione, e la densità di perfusione, che calcola la percentuale dell’area valutata che ha circolazione. La densità di perfusione considera anche la circolazione di vasi più grandi dei capillari, sebbene il contributo di questi vasi al primo non sia solitamente valutato. Poiché entrambe le misurazioni sono generate automaticamente da dispositivi di angiografia tomografica a coerenza ottica, questo documento propone un metodo per stimare il contributo di vasi più grandi dei capillari utilizzando un coefficiente di determinazione tra densità di vasi e perfusione. Questo metodo può rivelare un cambiamento nella proporzione della densità di perfusione da vasi più grandi dei capillari, anche quando i valori medi non differiscono. Questo cambiamento potrebbe riflettere la vasodilatazione arteriosa compensatoria come risposta all’abbandono capillare nelle fasi iniziali delle malattie vascolari retiniche prima che compaia la retinopatia clinica. Il metodo proposto consentirebbe di stimare i cambiamenti nella composizione della densità di perfusione senza la necessità di altri dispositivi.

Introduction

La circolazione retinica è la combinazione di flusso arteriolare, capillare e venulare, il cui contributo può variare per soddisfare il fabbisogno di ossigeno dei diversi strati retinici. Questa circolazione non dipende dalla regolazione autonoma del sistema nervoso ed è stata tradizionalmente valutata con l’angiografia con fluoresceina, un metodo invasivo che utilizza il contrasto endovenoso per delineare i vasi retinici. Le fotografie sequenziali consentono la valutazione della circolazione arteriosa, arteriolare, venulare e venosa, nonché dei siti di danno capillare nelle malattie vascolari ^retiniche1.

Un metodo attuale per misurare la circolazione maculare è l’angiografia con tomografia a coerenza ottica (OCTA), che utilizza l’interferometria per ottenere immagini retiniche e può delineare capillari e vasi retinici più ^grandi2. A differenza dell’angiografia con fluoresceina, l’imaging OCTA non è influenzato dall’ombreggiatura del pigmento xantofilla maculare, consentendo un’imaging superiore dei capillari maculari3. Altri vantaggi dell’OCTA rispetto all’angiografia con fluoresceina sono la sua non invasività e la sua risoluzione più ^elevata4.

I dispositivi OCTA misurano il plesso capillare superficiale alla parafovea in una mappa di 3 x 3 mm, concentrica al centro foveale (Figura 1). L’apparecchiatura misura automaticamente la densità della lunghezza del vaso (la lunghezza dei capillari con circolazione nell’area misurata) e la densità di perfusione (la percentuale dell’area misurata con la circolazione), che include quella dei vasi più grandi dei capillari (Figura 2)⁵. La densità dei vasi ha un contributo sostanziale alla densità di perfusione in condizioni fisiologiche. Alcuni dispositivi misurano la densità dei vasi come “densità vascolare scheletrata” e la densità di perfusione come “densità vascolare / vascolare”. Indipendentemente dal dispositivo, di solito c’è una misura per la lunghezza (misurata in mm / ^mm2 o ^mm-1) e un’altra per l’area con circolazione (misurata in %), che vengono generate automaticamente.

La densità dei vasi può cambiare nelle persone sane se esposte all’oscurità, alla luce ^tremolante6 o alle bevande contenenti ^caffeina7 a causa dell’accoppiamento neurovascolare che ridistribuisce il flusso sanguigno tra i plessi capillari superficiali, medi e profondi in base allo strato retinico con la più alta attività. Qualsiasi diminuzione della densità dei vasi causata da questa ridistribuzione ritorna ai valori basali dopo la cessazione dello stimolo e non rappresenta la perdita capillare, un cambiamento patologico riportato prima che la retinopatia compaia in malattie vascolari come il ^diabete8 o l’ipertensione ^arteriosa9.

La diminuzione dei capillari potrebbe essere parzialmente compensata dalla vasodilatazione arteriolare. Misurare solo una percentuale o un’area perfusa non fornisce alcuna informazione sul fatto che ci sia vasodilatazione, che può apparire quando i capillari raggiungono una soglia minima. Misurare la densità del vaso non aiuterebbe a rilevare un aumento dell’area di circolazione derivante dalla vasodilatazione. Il contributo della circolazione arteriolare alla densità di perfusione può essere stimato indirettamente utilizzando un coefficiente di determinazione tra densità del vaso e densità di perfusione e definendo la percentuale dell’area con circolazione che corrisponde ai capillari o ad altri vasi.

La logica alla base di questa tecnica è che l’analisi di regressione può identificare la misura in cui le modifiche di un valore numerico indipendente provocano modifiche di un valore numerico dipendente. Nell’imaging dei vasi maculari utilizzando OCTA, la circolazione capillare è una variabile indipendente che influenza l’area con la circolazione perché ci sono pochi vasi più grandi nella regione valutata. Tuttavia, la parafovea ha vasi più grandi che possono dilatarsi e modificare la percentuale dell’area con circolazione, che non può essere identificata direttamente dalle attuali metriche OCTA automatizzate. Il vantaggio di utilizzare un coefficiente di determinazione è che misura una relazione tra due metriche esistenti per produrne altre due: la percentuale dell’area con circolazione che corrisponde ai capillari e la percentuale che corrisponde ad altri vasi. Entrambe le percentuali possono essere misurate direttamente utilizzando un conteggio dei pixel con il software di imaging. Tuttavia, il coefficiente di determinazione può essere calcolato per un campione con i numeri che i dispositivi OCTA generano ^{automaticamente10,11}.

Pathak et al. hanno utilizzato un coefficiente di determinazione per stimare la massa muscolare magra e grassa da misure demografiche e antropometriche utilizzando una rete neurale artificiale. Il loro studio ha scoperto che il loro modello aveva un valore ^R2 di 0,92, il che spiegava la variabilità di gran parte delle loro variabili ^dipendenti12. O’Fee e colleghi hanno usato un coefficiente di determinazione per escludere l’infarto miocardico non fatale come surrogato per tutte le cause e la mortalità cardiovascolare perché hanno trovato un ^R2 da 0,01 a 0,21. Tali risultati hanno mostrato che la variabile indipendente spiegava meno dell’80% dei cambiamenti delle variabili dipendenti, impostati come criterio di maternità surrogata (^R2 = 0,8) ¹³.

Il coefficiente di determinazione viene utilizzato per valutare l’effetto delle variazioni di una variabile, di un gruppo di variabili o di un modello sulle variazioni di una variabile di risultato. La differenza tra 1 e il valore ^R2 rappresenta il contributo di altre variabili alle variazioni della variabile di risultato. È raro attribuire la differenza a una singola variabile perché di solito ce ne sono più di due che contribuiscono al risultato. Tuttavia, la proporzione dell’area maculare che ha circolazione può provenire solo dall’area coperta da capillari e da quella coperta da vasi più grandi, poiché i vasi più grandi si dilatano più dei capillari. Inoltre, si ritiene che la vasodilatazione reattiva provenga molto probabilmente dalle arteriole retiniche, perché una ridotta circolazione capillare potrebbe ridurre l’apporto di ossigeno.

Solo due fonti contribuiscono a una percentuale di area con circolazione nella macula: capillari e vasi più grandi di loro. Il coefficiente di determinazione tra densità del vaso e densità di perfusione determina il contributo dei capillari all’area con circolazione, e le restanti variazioni (la differenza tra 1 e il valore ^R2 ) rappresentano il contributo dell’unica altra variabile che rappresenta un’area con circolazione (quella all’interno di vasi retinici più grandi). Questo documento descrive il metodo di misurazione di questo contributo nelle persone sane (gruppo 1) e come cambia nei pazienti con malattie vascolari retiniche: ipertensione arteriosa senza retinopatia ipertensiva (gruppo 2) e diabete mellito senza retinopatia diabetica (gruppo 3).

Protocol

Questo protocollo è stato approvato dal comitato etico per la ricerca umana di Sala Uno. Vedere il video 1 per le sezioni 1 e 2 e la tabella dei materiali per i dettagli sulle attrezzature utilizzate in questo studio. 1. Analisi retinica nel dispositivo OCTA Selezionare il menu per l’analisi retinica nel dispositivo OCTA. Selezionare una mappa retinica 3 x 3 mm; selezionare superficiale se il dispositivo O…

Representative Results

C’erano 45 soggetti nel gruppo 1, 18 nel gruppo 2 e 36 nel gruppo 3. La tabella 1 mostra la distribuzione dell’età e delle densità per gruppo; solo le densità dei vasi e di perfusione nel gruppo 1 erano inferiori a quelle del gruppo 2. I coefficienti di determinazione delle densità del vaso centrale e della perfusione sono mostrati nella Figura 5. Non c’era alcuna differenza significativa tra i gruppi. Il coefficiente di determinazione tra il …

Discussion

Il contributo dei vasi più grandi dei capillari ai cambiamenti di densità di perfusione nelle malattie vascolari retiniche prima dello sviluppo della retinopatia. Diminuiva nella regione interna dei pazienti con ipertensione arteriosa e variava tra i campi nei pazienti con diabete. Esistono metodi diretti per misurare la reattività vascolare nella retina, che dipendono dall’esposizione a uno ^stimolo14,15. La misurazione proposta in questo articolo utilizza due…

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