Denne undersøkelsen beskriver en arbeidsflyt for å bestemme og sammenligne autofluorescensnivåer fra individuelle interesseområder (f.eks. Drusen og subretinale drusenoidavsetninger i aldersrelatert makuladegenerasjon [AMD]) mens de regner med varierende autofluorescensnivåer gjennom fundus.
Fundus autofluorescens (FAF) avbildning tillater ikke-invasiv kartlegging av inneboende fluoroforer av den okulære fundus, spesielt retinalpigmentepitelet (RPE), nå kvantifiserbar med bruk av konfokal skanning laser oftalmoskopibasert kvantitativ autofluorescens (QAF). QAF har vist seg å være generelt redusert ved bakre pol ved aldersrelatert makuladegenerasjon (AMD). Forholdet mellom QAF og ulike AMD-lesjoner (drusen, subretinale drusenoidavleiringer) er fortsatt uklart.
Dette dokumentet beskriver en arbeidsflyt for å bestemme lesjonsspesifikk QAF i AMD. En multimodal in vivo bildebehandlingstilnærming brukes, inkludert, men ikke begrenset til, spektraldomene, optisk koherenstomografi (SD-OCT), makulært volumskanning og QAF. Ved hjelp av tilpassede FIJI-plugin-moduler justeres det tilsvarende QAF-bildet med det nær-infrarøde bildet fra SD-OCT-skanningen (karakteristiske landemerker, dvs. fartøybifurkasjoner). Foveola og kanten av synsnervehodet er markert på OCT-bildene (og overført til det registrerte QAF-bildet) for nøyaktig posisjonering av analysegitterene.
AMD-spesifikke lesjoner kan deretter merkes på individuelle OCT BScans eller selve QAF-bildet. Normative QAF-kart er laget for å ta hensyn til det varierende gjennomsnittet og standardavviket til QAF-verdier gjennom hele fundus (QAF-bilder fra en representativ AMD-gruppe ble gjennomsnittet for å bygge normative standard retinal QAF AMD-kart). Plugin-modulene registrerer X- og Y-koordinater, z-poengsum (et numerisk mål som beskriver QAF-verdien i forhold til gjennomsnittet av AF-tilordninger i form av standardavvik fra gjennomsnittet), gjennomsnittlig intensitetsverdi, standardavvik og antall merkede bildepunkter. Verktøyene bestemmer også z-skår fra randsonen av markerte lesjoner. Denne arbeidsflyten og analyseverktøyene vil forbedre forståelsen av patofysiologien og klinisk AF-bildetolkning i AMD.
Fundus autofluorescens (FAF)-avbildning gir en ikke-invasiv kartlegging av naturlig og patologisk forekommende fluoroforer av okulær fundus1. Den vanligste blå (488 nm eksitasjon) autofluorescens (AF) eksiterer lipofuscin og melanolipofuscingranulat i retinalpigmentepitelet (RPE)2,3,4. Fordelingen og økningen/reduksjonen av granulat spiller en sentral rolle ved normal aldring og ulike netthinnesykdommer, inkludert aldersrelatert makuladegenerasjon (AMD)5.
En videreutvikling av FAF, kvantitativ fundus autofluorescens (QAF), tillater nå nøyaktig bestemmelse av topografisk oppløste retinale AF-intensiteter 4,6. Ved å innlemme en referanse i den optiske banen til FAF-bildeenheten, kan AF-intensiteter sammenlignes mellom enheter, tidspunkter og. Denne teknikken har resultert i et paradigmeskifte med hensyn til en antatt patogenetisk faktor i AMD, som lenge ble spekulert i å skyldes overdreven lipofuscinakkumulering i RPE-celler7. Histologisk og klinisk kvantifisering av AF har imidlertid vist en reduksjon i AF i AMD (på grunn av omfordeling og tap av autofluorescin lipofuscin og melanolipofuscingranulat), i stedet for den foreslåtte økningen i AF 8,9,10.
Overvåking av atrieflimmer har kliniske implikasjoner. Von der Emde et al. og andre har vist at AF ikke bare reduseres, men også ytterligere reduseres i løpet av AMD i høyrisiko, mellomliggende AMD-øyne 8,9. I tillegg tyder histologiske studier på at de fleste AMD-berørte RPE-celler viser en karakteristisk oppførsel med granulataggregering og ekstrudering før RPE-celletap via subduksjon, sloughing, migrasjon eller atrofi13,14,15,16. Dette indikerer videre at AF-tap kan være en utløser eller et surrogatsignal om forestående sykdomsprogresjon.
QAF-studier har så langt bare evaluert AF globalt ved de bakre polene ved hjelp av prefabrikkerte polarkoordinatsystemer (f.eks. QAF8/Delori Grid)17. Bruk av prefabrikkerte rutenett for å måle AF resulterer i flere AF-verdier på forhåndsbestemte områder per øye for et emne. Undersøkelse av AF-verdier på denne måten kan gå glipp av lokale endringer i områder med patologisk endret AF, for eksempel i AMD på toppen av eller nær drusen eller subretinale drusenoidavleiringer (SDD). Drusen, og i høyere grad SDD, er forbundet med høy risiko for å utvikle sen AMD og synstap. Drusen spesielt har en typisk syklus av økende i størrelse over mange år og kan forverres raskt før atrofi. Det kan tenkes at for eksempel global atrieflimmer reduseres ved AMD, men øker eller reduseres ytterligere i og rundt disse spesifikke sykdomsrelaterte fokale lesjonene.
Ulike lokale AF-mønstre kan også ha prognostisk relevans for sykdomsprogresjon. For eksempel kan autofluorescens nivåer brukes til å vurdere om drusen øker i størrelse eller er allerede i regresjon til atrofi. Det er allerede vist at endrede AF-perilesjonsmønstre ved geografisk atrofi i stor grad påvirker atrofiprogresjonen over tid18. I tillegg kan lokale autofluorescensmønstre avsløre ytterligere detaljer om helsen til RPE. Ofte viser den optiske koherenstomografien (OCT) hyperrefleksjon i choriocapillaris, selv om RPE-laget virker intakt. En multimodal tilnærming som kombinerer lokale QAF-verdier og OCT kan bidra til å skille lesjoner med høy risiko for RPE-forstyrrelser og forestående atrofi.
En grunn til at romlig oppløste analyser i studier ikke er utført, er at den mest brukte produsentens programvare ikke gir et verktøy for denne typen analyser. AF-egenskaper av forskjellige lesjoner avhengig av AMD-sykdomsstadiet kan ytterligere forklare patogenesen av AMD. Det vil derfor være ønskelig med et verktøy for å måle regional, lesjonsspesifikk atrieflimmer. For nøyaktig å sammenligne lesjoner som er lokalisert i hele netthinnen, trenger arbeidsflyten en måte å redegjøre for varierende grad av AF i human fundus19. Mest sentralt er AF karakteristisk lavere på grunn av skyggeeffektene av makulært pigment og forskjellige granulattall20,21.
AF når sitt høydepunkt ved ~9° (avstand til fovea i alle retninger) og avtar i større grad perifert4. Hvis man skulle sammenligne absolutte verdier av AF-nivåer fra bløt drusen (lokalisert ved fovea og parafovea i områder med lav AF) og SDD (plassert parasentralt i områder med høy AF), ville resultatene derfor ikke være sammenlignbare22. Inspirert av arbeidet til Pfau et al. og begrepet følsomhetstap (korrigering av følsomhet målt i AMD for synsfeltet [fallende retinal følsomhet med avstand til fovea] av friske kontroller) for funduskontrollert perimetri, sammenlignes AF med standardiserte AF-verdier gjennom makula23,24. Resultatene rapporteres som z-skår (numerisk måling av et område med interesseverdiens forhold til gjennomsnittet).
Hensikten med denne studien er å evaluere bruken av et nytt verktøy for å måle lokale QAF-nivåer i ulike typer lesjoner hos pasienter med AMD. Dette verktøyet er designet for å måle autofluorescensnivåer av lesjoner identifisert på OCT-skanninger. Dette muliggjør vurdering av lokale autofluorescensnivåer i lesjoner, som myk drusen eller SDD, og muliggjør sporing av AF-endringer fra lesjoner over tid. Den potensielle nytten av dette verktøyet er å aktivere en ny strukturell biomarkør som estimerer helsen til RPE og kan ha prognostisk verdi for de undersøkte lesjonene.
Denne arbeidsflyten gir en trinnvis veiledning for å bruke FIJI-plugin-verktøy med åpen kildekode til å bestemme og sammenligne AF for AMD-spesifikke lesjoner. Plugin-modulene gir brukervennlige maler som ikke krever kodingskunnskap og kan brukes av leger uten teknisk støtte27. Så vidt vi vet, er disse verktøyene enestående for lesjonsspesifikk AF-kvantifisering.
QAF-verdiene varierer naturlig over netthinnen, med verdier høyere i periferien og lavere i makulaen på grunn av ujevn lipofuscin- og melanolipofuscinfordeling i netthinnen, lav AF i kar og ujevn makulærpigmentfordeling. På grunn av den høye variasjonen av naturlig forekommende QAF-nivåer i netthinnen, er det ikke en lovende tilnærming å analysere absolutte QAF-verdier av lesjoner direkte. For eksempel kan en hypoautofluorescerende lesjon i periferien fortsatt ha høyere absolutte QAF-verdier enn fysiologiske fluorescensnivåer i makulaen. Bruk av StandardRetina og bruk av z-score for å måle fluorescensnivåene av drusen korrigerer for denne naturlig forekommende variansen av QAF-verdier.
En z-skår er en numerisk måling av et område med interesseverdiens forhold til gjennomsnittet i StandardRetina. Det beregnes ved å trekke gjennomsnittet fra et individ fra gjennomsnittet fra StandardRetina på samme sted, og deretter dele resultatet med standardavviket. Denne standardiseringen gjør det mulig å sammenligne forskjellige QAF-bilder, ettersom z-poengsummen indikerer hvor mange standardavvik en verdi avviker fra gjennomsnittet. En positiv z-skår indikerer at verdien er over gjennomsnittet, mens en negativ z-poengsum indikerer at den er under gjennomsnittet.
Det er viktig å merke seg at det kan være potensielle fallgruver som bør vurderes. Selv om denne metoden står for den varierende mengden AF-nivåer gjennom fundus, kan det fortsatt ikke være den mest nøyaktige måten å måle og sammenligne en RPEs AF. Individer har forskjellige nivåer og topografi av makulært lutealt pigment, og lesjoner kan påvirke translucensen til den overliggende netthinnen også28,29. Det er derfor plausibelt at målt redusert AF i områder med SDD (se representative resultater) er en konsekvens av skyggeeffekter snarere enn reduserte fluoroforer i RPE30,31,32.
Vi jobber for tiden med en arbeidsflyt for å ta hensyn til retinal reflektivitet, tykkelse og kvantifisert makulært pigment (ved bruk av grønn og blå AF) med lineære blandede modeller. I tillegg bruker QAF så langt en aldersavhengig korreksjonsfaktor for å ta hensyn til lentikulær opasifisering som ser bort fra interindividuelle forskjeller i lentikulær opasifisering av deltakere i samme alder33. Vi jobber derfor for tiden med en arbeidsflyt for en personlig korreksjonsfaktor for lentikulær autofluorescens og opacifisering. For pålitelig å trekke ut informasjon om AF fra små lesjoner, er tilstrekkelig test-retest-pålitelighet av QAF-bilder nødvendig. For ytterligere å differensiere de QAF-bildene der mer detaljert analyse er levedyktig, undersøker vi “QAF image reliability indices” som kan forutsi test-retest-påliteligheten til QAF-bilder. På det nåværende stadiet er den forsiktige tilnærmingen å skaffe dupliserte bilder og undersøke retestpåliteligheten til lesjonsspesifikk AF.
Den presenterte metoden for i tillegg å analysere iso-skrogene av lesjoner var teknisk vanskelig å implementere, da iso-skrog av nærliggende lesjoner smelter sammen. Områder med sammenslåtte iso-skrog kan karakteriseres særegent avhengig av hvilken lesjon som vurderes. Vår løsning var å betrakte alle lesjoner av en type som en lesjon og å analysere periferien som et felles iso-skrog. Denne metoden reduserer imidlertid drastisk evnen til å måle iso-skrogene til individuelle drusen og kan betraktes som en ytterligere fallgruve ved denne teknikken. Mer teknisk sofistikerte metoder for å redegjøre for sammenslåtte iso-skrog eller suspendert rapportering av AF i områder med sammenslåtte iso-skrog kan lette analysen av AF i omkretsen av lesjoner i fremtiden.
Vi brukte AMD som modellsykdom i denne studien. Arbeidsflyten kan tilpasses for å studere lesjoner i andre sykdommer også. Så langt har QAF blitt brukt i mange chorioretinale sykdommer, inkludert recessiv Stargardt sykdom, Bestrophin-1 assosierte sykdommer, ulike former for retinitis pigmentosa, akutt zonal okkult ytre retinopati, pseudoxanthoma elasticum og andre 17,33,34,35,36,37. Siden denne arbeidsflyten bruker programvare med åpen kildekode, oppfordrer vi andre til å duplisere dette arbeidet ved bestemmelse av lesjonsspesifikk atrieflimmer og utvide vår kunnskap om netthinnelidelser. Oppsummert presenterer vi en arbeidsflyt for å bestemme og sammenligne AF-nivåer av forskjellige retinale lesjoner gjennom makulaen. Denne arbeidsflyten baner vei for mer dyptgående analyse av AF og kan legge til rette for utvikling av nye biomarkører i AMD og utover.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble finansiert av German Ophthalmologic Society (DOG) stipend for doktorgradsstudenter (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. |