Denne forskning beskriver en arbejdsgang til at bestemme og sammenligne autofluorescensniveauer fra individuelle interesseområder (f.eks. drusen og subretinale drusenoidaflejringer i aldersrelateret makuladegeneration [AMD]), mens der tages højde for varierende autofluorescensniveauer i hele fundus.
Fundus autofluorescens (FAF) billeddannelse muliggør ikke-invasiv kortlægning af iboende fluoroforer i den okulære fundus, især retinal pigmentepitel (RPE), der nu kan kvantificeres med fremkomsten af konfokal scanning laser oftalmoskopi-baseret kvantitativ autofluorescens (QAF). QAF har vist sig generelt at være nedsat ved den bageste pol i aldersrelateret makuladegeneration (AMD). Forholdet mellem QAF og forskellige AMD-læsioner (drusen, subretinale drusenoidaflejringer) er stadig uklart.
Dette papir beskriver en arbejdsgang til bestemmelse af læsionsspecifik QAF i AMD. Der anvendes en multimodal di vivo-billeddannelsesmetode, herunder, men ikke begrænset til, spektraldomænets optiske kohærenstomografi (SD-OCT), makulær volumenscanning og QAF. Ved hjælp af tilpassede FIJI-plug-ins justeres det tilsvarende QAF-billede med det nær-infrarøde billede fra SD-OCT-scanningen (karakteristiske vartegn; dvs. fartøjsforgreninger). Foveola og kanten af synsnervehovedet er markeret i OCT-billederne (og overført til det registrerede QAF-billede) for nøjagtig placering af analysegitterne.
AMD-specifikke læsioner kan derefter markeres på individuelle OCT BScans eller selve QAF-billedet. Normative QAF-kort oprettes for at tage højde for den varierende middel- og standardafvigelse af QAF-værdier i hele fundus (QAF-billeder fra en repræsentativ AMD-gruppe blev beregnet i gennemsnit for at opbygge normative standard retinale QAF AMD-kort). Plug-ins registrerer X- og Y-koordinaterne, z-score (en numerisk måling, der beskriver QAF-værdien i forhold til gennemsnittet af AF-kort med hensyn til standardafvigelse fra middelværdien), middelintensitetsværdi, standardafvigelse og antal markerede pixel. Værktøjerne bestemmer også z-score fra grænsezonen for markerede læsioner. Denne arbejdsgang og analyseværktøjerne vil forbedre forståelsen af patofysiologi og klinisk AF-billedfortolkning i AMD.
Fundus autofluorescens (FAF) billeddannelse giver en ikke-invasiv kortlægning af naturligt og patologisk forekommende fluoroforer af den okulære fundus1. Den mest almindelige blå (488 nm excitation) autofluorescens (AF) ophidser lipofuscin og melanolipofuscingranulat i retinale pigmentepitel (RPE)2,3,4. Fordelingen og forøgelsen/faldet af granulater spiller en central rolle i normal aldring og forskellige nethindesygdomme, herunder aldersrelateret makuladegeneration (AMD)5.
En videreudvikling af FAF, kvantitativ fundus autofluorescens (QAF), muliggør nu nøjagtig bestemmelse af topografisk opløste retinale AF-intensiteter 4,6. Ved at inkorporere en reference i FAF-billeddannelsesenhedens optiske vej kan AF-intensiteter sammenlignes mellem enheder, tidspunkter og emner. Denne teknik har resulteret i et paradigmeskift med hensyn til en formodet patogenetisk faktor i AMD, som i lang tid blev spekuleret i at skyldes overdreven lipofuscinakkumulering i RPE-celler7. Histologisk og klinisk kvantificering af AF har imidlertid afsløret et fald i AF i AMD (på grund af omfordeling og tab af autofluorescerende lipofuscin og melanolipofuscingranulat) i stedet for den foreslåede stigning i AF 8,9,10.
Overvågning af AF har kliniske implikationer. Von der Emde et al. og andre har vist, at AF ikke kun reduceres, men også falder yderligere i løbet af AMD i højrisiko, mellemliggende AMD-øjne 8,9. Derudover tyder histologiske undersøgelser på, at de fleste AMD-påvirkede RPE-celler viser en karakteristisk adfærd med granulataggregering og ekstrudering før RPE-celletab via subduktion, sloughing, migration eller atrofi13,14,15,16. Dette indikerer yderligere, at AF-tab kan være en udløser eller et surrogatsignal for forestående sygdomsprogression.
QAF-undersøgelser har indtil videre kun evalueret AF globalt ved hjælp af præfabrikerede gitterpolære koordinatsystemer (f.eks. QAF8/Delori Grid)17. Brug af præfabrikerede gitre til måling af AF resulterer i flere AF-værdier på forudbestemte områder pr. øje af et emne. Undersøgelse af AF-værdier på denne måde kan gå glip af lokale ændringer i områder med patologisk ændret AF, for eksempel i AMD oven på eller tæt på drusen eller subretinale drusenoidaflejringer (SDD’er). Drusen, og i højere grad SDD’er, er forbundet med en høj risiko for at udvikle sen AMD og synstab. Især Drusen har en typisk cyklus med stigende størrelse over mange år og kan forværres hurtigt før atrofi. Det er tænkeligt, at for eksempel global AF falder i AMD, men stiger eller endda reduceres yderligere i og omkring disse specifikke sygdomsrelaterede fokale læsioner.
Forskellige lokale AF-mønstre kan også have prognostisk relevans for sygdomsprogression. For eksempel kan autofluorescensniveauer bruges til at vurdere, om drusen stiger i størrelse eller allerede er i regression til atrofi. Det er allerede blevet vist, at ændrede AF-perilesionale mønstre i geografisk atrofi i høj grad påvirker atrofiprogression over tid18. Derudover kan lokale autofluorescensmønstre afsløre yderligere detaljer om RPE’s sundhed. Ofte viser den optiske kohærenstomografi (OCT) hyperreflektans i choriocapillaris, selvom RPE-laget ser intakt ud. En multimodal tilgang, der kombinerer lokale QAF-værdier og OCT, kan hjælpe med at differentiere læsioner med høj risiko for RPE-forstyrrelser og forestående atrofi.
En af grundene til, at rumligt opløste analyser i undersøgelser ikke er blevet udført, er, at den mest almindeligt anvendte producentsoftware ikke giver et værktøj til denne type analyse. AF-egenskaber ved forskellige læsioner afhængigt af AMD-sygdomsstadiet kan yderligere forklare patogenesen af AMD. Derfor ville et værktøj til måling af regional, læsionsspecifik AF være ønskeligt. For nøjagtigt at sammenligne læsioner, der er placeret i hele nethinden, har arbejdsgangen brug for en måde at tage højde for forskellige grader af AF i den menneskelige fundus19. Mest centralt er AF karakteristisk lavere på grund af skyggevirkningerne af makulært pigment og forskellige granulattal20,21.
AF når sit højdepunkt ved ~9° (afstand til fovea i alle retninger) og falder i større grad perifert4. Hvis man derfor skulle sammenligne absolutte værdier af AF-niveauer fra blød drusen (placeret ved fovea og parafovea i lave AF-områder) og SDD’er (placeret paracentralt i områder med høj AF), ville resultaterne ikke være sammenlignelige22. Inspireret af arbejdet af Pfau et al. og begrebet følsomhedstab (korrigering af følsomhed målt i AMD for synsbakken [faldende retinal følsomhed med afstand til fovea] af sunde kontroller) for funduskontrolleret perimetri, sammenlignes AF med standardiserede AF-værdier i hele makulaen23,24. Resultaterne rapporteres som z-scores (numerisk måling af en region med interesseværdiens forhold til middelværdien).
Formålet med dette studie er at evaluere brugen af et nyt værktøj til måling af lokale QAF-niveauer i forskellige typer læsioner hos patienter med AMD. Dette værktøj er designet til at måle autofluorescensniveauer af læsioner identificeret på OCT-scanninger. Dette muliggør vurdering af lokale autofluorescensniveauer i læsioner, såsom blød drusen eller SDD’er, og muliggør sporing af AF-ændringer fra læsioner over tid. Den potentielle nytte af dette værktøj er at muliggøre en ny strukturel biomarkør, der estimerer sundheden for RPE og kan have prognostisk værdi for de undersøgte læsioner.
Denne arbejdsgang indeholder en trinvis vejledning til brug af open source FIJI-plug-in-værktøjer til at bestemme og sammenligne AF af AMD-specifikke læsioner. Plug-ins giver brugervenlige skabeloner, der ikke kræver nogen kodningskendskab, og kan anvendes af læger uden teknisk support27. Så vidt vi ved, er disse værktøjer enestående til læsionsspecifik AF-kvantificering.
QAF-værdier varierer naturligt over nethinden, hvor værdierne er højere i periferien og lavere i makulaen på grund af ujævn lipofuscin- og melanolipofuscinfordeling i nethinden, karrets lave AF og ujævn makuladepigmentfordeling. På grund af den store variation af naturligt forekommende QAF-niveauer i nethinden er det ikke en lovende tilgang at analysere absolutte QAF-værdier af læsioner direkte. For eksempel kan en hypoautofluorescerende læsion i periferien stadig have højere absolutte QAF-værdier end fysiologiske fluorescensniveauer af makulaen. Brugen af en StandardRetina og brugen af z-scores til at måle fluorescensniveauerne af drusen korrigerer for denne naturligt forekommende varians af QAF-værdier.
En z-score er en numerisk måling af et område med interesseværdiens forhold til middelværdien i StandardRetina. Det beregnes ved at trække middelværdien fra et individ fra gennemsnittet fra StandardRetina på samme sted og derefter dividere resultatet med standardafvigelsen. Denne standardisering giver mulighed for sammenligning af forskellige QAF-billeder, da z-scoren angiver, hvor mange standardafvigelser en værdi adskiller sig fra gennemsnittet. En positiv z-score angiver, at værdien er over middelværdien, mens en negativ z-score angiver, at den er under middelværdien.
Det er vigtigt at bemærke, at der kan være potentielle faldgruber, der bør overvejes. Selvom denne metode tegner sig for den varierende mængde AF-niveauer i hele fundus, er det muligvis stadig ikke den mest nøjagtige måde at måle og sammenligne en RPE’s AF. Individer har forskellige niveauer og topografi af makulært lutealpigment, og læsioner kan også påvirke gennemskinneligheden af den overliggende nethinden28,29. Det er derfor plausibelt, at den målte reducerede AF i områder med SDD’er (se repræsentative resultater) er en konsekvens af skyggeeffekter snarere end nedsat fluorofor i RPE30,31,32.
Vi arbejder i øjeblikket på en arbejdsgang for at tage højde for retinal reflektionsevne, tykkelse og kvantificeret makulært pigment (ved hjælp af grøn og blå AF) med lineære blandede modeller. Derudover bruger QAF indtil videre en aldersafhængig korrektionsfaktor til at tage højde for lentikulær opacifikation, der ser bort fra interindividuelle forskelle i den lentikulære opakificering af deltagere i en lignende alder33. Vi arbejder derfor i øjeblikket på en arbejdsgang for en personlig korrektionsfaktor for lentikulær autofluorescens og opacifikation. For pålideligt at udtrække information om AF fra små læsioner er der behov for tilstrækkelig test-retest-pålidelighed af QAF-billeder. For yderligere at differentiere de QAF-billeder, hvor mere detaljeret analyse er levedygtig, undersøger vi “QAF-billedpålidelighedsindekser”, der kan forudsige test-retest-pålideligheden af QAF-billeder. På nuværende tidspunkt er den forsigtige tilgang at erhverve duplikatbilleder og undersøge pålideligheden af læsionsspecifik AF.
Den præsenterede metode til yderligere analyse af iso-skrog af læsioner var teknisk vanskelig at implementere, da iso-skrog af nærliggende læsioner smelter sammen. Områder med fusionerede isoskrog kan karakteriseres tydeligt afhængigt af hvilken læsion der overvejes. Vores løsning var at betragte alle læsioner af én type som én læsion og analysere deres periferi som et fælles iso-skrog. Denne metode reducerer imidlertid drastisk evnen til at måle iso-skrog af individuelle drusen og kan betragtes som en yderligere faldgrube ved denne teknik. Mere teknisk sofistikerede metoder til at tage højde for fusionerede isoskrog eller suspenderet rapportering af AF i områder med fusionerede isoskrog kunne lette analysen af AF i omkredsen af læsioner i fremtiden.
Vi brugte AMD som en modelsygdom til denne undersøgelse. Arbejdsgangen kan også tilpasses til at studere læsioner i andre sygdomme. Indtil videre er QAF blevet brugt i mange chorioretinale sygdomme, herunder recessiv Stargardt sygdom, Bestrophin-1 associerede sygdomme, forskellige former for retinitis pigmentosa, akut zonal okkult ydre retinopati, pseudoxanthoma elasticum og andre 17,33,34,35,36,37. Da denne arbejdsgang bruger open source-software, opfordrer vi andre til at duplikere dette arbejde ved bestemmelse af læsionsspecifik AF og udvide vores viden om retinale lidelser. Sammenfattende præsenterer vi en arbejdsgang for at bestemme og sammenligne AF-niveauer af forskellige retinale læsioner i hele makulaen. Denne arbejdsgang baner vejen for mere dybdegående analyse af AF og kan lette udviklingen af nye biomarkører i AMD og videre.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret af det tyske oftalmologiske selskabs (DOG) tilskud til ph.d.-studerende (MW) og NIH / NEI 1R01EY027948 (TA).
BatchStandardRetina plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
FIJI (Image J) | n.a. | n.a. | n.a. |
Mark_Bscans_OCT plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
Microspft office | Microsoft | n.a. | n.a. |
QAF_xml_reader plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
Register_OCT_2 plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
Spectralis | Heidelberg Engineering | n.a. | QAF extension |
StandardRetina plugin | n.a. | n.a. | n.a. |