Evaluering af kapillær og andet fartøjs bidrag til makulær perfusionstæthed målt med optisk kohærenstomografi angiografi

Summary

Vi beskriver evalueringen af en bestemmelseskoefficient mellem beholder og perfusionstæthed af den parafoveale overfladiske kapillære plexus for at identificere bidraget fra fartøjer større end kapillærer til perfusionstæthed.

Abstract

Parafoveal cirkulation af den overfladiske retinale kapillære plexus måles normalt med beholderdensitet, som bestemmer længden af kapillærer med cirkulation og perfusionstæthed, som beregner procentdelen af det evaluerede område, der har cirkulation. Perfusionstæthed overvejer også cirkulationen af fartøjer, der er større end kapillærer, selv om disse fartøjers bidrag til den første normalt ikke vurderes. Da begge målinger automatisk genereres af optiske kohærenstomografiangiografianordninger, foreslår dette papir en metode til estimering af bidraget fra beholdere, der er større end kapillærer, ved hjælp af en bestemmelseskoefficient mellem beholder- og perfusionstætheder. Denne metode kan afsløre en ændring i andelen af perfusionstæthed fra beholdere, der er større end kapillærer, selv når middelværdierne ikke er forskellige. Denne ændring kan afspejle kompenserende arteriel vasodilatation som et svar på kapillær frafald i de indledende faser af retinale vaskulære sygdomme, før klinisk retinopati fremkommer. Den foreslåede metode vil gøre det muligt at estimere ændringerne i sammensætningen af perfusionstætheden uden behov for andet udstyr.

Introduction

Retinal cirkulation er kombinationen af arteriolær, kapillær og venulær strømning, hvis bidrag kan variere for at imødekomme iltbehovet i de forskellige retinale lag. Denne cirkulation afhænger ikke af reguleringen af det autonome nervesystem og er traditionelt blevet evalueret med fluoresceinangiografi, en invasiv metode, der bruger intravenøs kontrast til at afgrænse retinale kar. Sekventielle fotografier tillader evaluering af arteriel, arteriolær, venulær og venøs cirkulation samt steder for kapillær skade i retinale vaskulære ^sygdomme1.

En aktuel metode til måling af makulær cirkulation er optisk kohærenstomografi angiografi (OCTA), som bruger interferometri til at opnå retinale billeder og kan skitsere kapillærer og større retinale ^kar2. I modsætning til fluoresceinangiografi påvirkes OCTA-billeddannelse ikke af makulær xanthophyll pigmentskygge, hvilket muliggør overlegen billeddannelse af makulære ^kapillærer3. Andre fordele ved OCTA i forhold til fluoresceinangiografi er dens noninvasivitet og højere ^opløsning4.

OCTA-enheder måler den overfladiske kapillære plexus ved parafovea på et 3 x 3 mm kort, koncentrisk til fovealcentret (figur 1). Udstyret måler automatisk beholderlængdetætheden (længden af kapillærer med cirkulation i det målte område) og perfusionstætheden (procentdelen af det målte areal med cirkulation), hvilket omfatter længden af beholdere, der er større end kapillærerne (figur 2)⁵. Beholdertæthed har et væsentligt bidrag til perfusionstæthed under fysiologiske forhold. Nogle enheder måler kardensitet som en “skeletiseret vaskulær densitet” og perfusionstæthed som “kar / vaskulær densitet.” Uanset anordningen er der normalt en måling for længde (målt i mm/^mm2 eller ^mm-1) og en anden for det område med cirkulation (målt i %), som genereres automatisk.

Kardensiteten kan ændre sig hos raske mennesker, når de udsættes for mørke, flimmerlys6 eller koffeinholdige ^{drikkevarer7 på} grund af den neurovaskulære kobling, der omfordeler blodgennemstrømningen mellem de overfladiske, midterste og dybe kapillære plexuser i henhold til retinallaget med den højeste aktivitet. Ethvert fald i kardensiteten forårsaget af denne omfordeling vender tilbage til baselineværdier, efter at stimulus ophører og repræsenterer ikke kapillærtab, en patologisk ændring rapporteret før retinopati forekommer i vaskulære sygdomme som ^diabetes8 eller arteriel ^{hypertension9}.

Faldet i kapillærer kunne kompenseres delvist ved arteriolær vasodilatation. Måling af kun en procentdel eller perfuseret areal giver ingen indsigt i, om der er vasodilatation, som kan vises, når kapillærerne når en minimumstærskel. Måling af kardensitet ville ikke hjælpe med at detektere et øget cirkulationsområde som følge af vasodilatation. Den arteriolære cirkulations bidrag til perfusionstætheden kan estimeres indirekte ved hjælp af en bestemmelseskoefficient mellem beholdertæthed og perfusionstæthed og definition af den procentdel af arealet med cirkulation, der svarer til kapillærer eller andre beholdere.

Rationalet bag denne teknik er, at regressionsanalyse kan identificere, i hvilket omfang ændringerne af en uafhængig numerisk værdi resulterer i ændringer af en afhængig numerisk værdi. I makulær fartøjsbilleddannelse ved hjælp af OCTA er kapillærcirkulation en uafhængig variabel, der påvirker området med cirkulation, fordi der er få større fartøjer i den evaluerede region. Parafovea har dog større fartøjer, der kan udvide og ændre procentdelen af området med cirkulation, hvilket ikke kan identificeres direkte ved hjælp af de nuværende automatiserede OCTA-målinger. Fordelen ved at anvende en bestemmelseskoefficient er, at den måler et forhold mellem to eksisterende målinger for at producere to mere: procentdelen af arealet med cirkulation, der svarer til kapillærer, og den procentdel, der svarer til andre fartøjer. Begge procentsatser kan måles direkte ved hjælp af et pixelantal med billedbehandlingssoftware. Bestemmelseskoefficienten kan dog beregnes for en prøve med de tal, som OCTA-enhederne genererer ^{automatisk10,11}.

Pathak et al. brugte en bestemmelseskoefficient til at estimere magert muskel- og fedtmasse fra demografiske og antropometriske målinger ved hjælp af et kunstigt neuralt netværk. Deres undersøgelse viste, at deres model havde en ^R2-værdi på 0,92, hvilket forklarede variabiliteten af en stor del af deres afhængige ^variabler12. O’Fee og kolleger brugte en bestemmelseskoefficient til at udelukke ikke-dødelige myokardieinfarkt som surrogat for all-cause og kardiovaskulær dødelighed, fordi de fandt en ^R2 på 0,01 til 0,21. Disse resultater viste, at den uafhængige variabel forklarede mindre end 80% af ændringerne i de afhængige variabler, der er fastsat som et surrogatkriterium (^R2 = 0,8)¹³.

Bestemmelseskoefficienten bruges til at vurdere effekten af ændringer af en variabel, en gruppe variabler eller en model i forhold til ændringerne af en resultatvariabel. Forskellen mellem 1 og ^R2-værdien repræsenterer andre variablers bidrag til ændringerne af resultatvariablen. Det er ualmindeligt at tilskrive forskellen til en enkelt variabel, fordi der normalt er mere end to, der bidrager til resultatet. Den andel af makulærområdet, der har cirkulation, kan dog kun stamme fra det område, der er dækket af kapillærer, og fra det område, der er dækket af større fartøjer, da større fartøjer udvider sig mere end kapillærer. Desuden anses reaktiv vasodilatation for sandsynligvis at stamme fra retinale arterioler, fordi en reduceret kapillærcirkulation kan reducere iltforsyningen.

Kun to kilder bidrager til en procentdel af arealet med cirkulation i makulaen: kapillærer og fartøjer større end dem. Bestemmelseskoefficienten mellem beholdertæthed og perfusionstæthed bestemmer kapillærernes bidrag til området med cirkulation, og de resterende ændringer (forskellen mellem 1 og ^R2-værdien ) repræsenterer bidraget fra den eneste anden variabel, der repræsenterer et område med cirkulation (det inden for større retinale beholdere). Dette papir beskriver metoden til måling af dette bidrag hos raske mennesker (gruppe 1), og hvordan det ændrer sig hos patienter med retinale vaskulære sygdomme: arteriel hypertension uden hypertensiv retinopati (gruppe 2) og diabetes mellitus uden diabetisk retinopati (gruppe 3).

Protocol

Denne protokol blev godkendt af Sala Unos komité for humanforskningsetik. Se video 1 for afsnit 1 og 2 og materialetabellen for detaljer om det udstyr, der blev brugt i denne undersøgelse. 1. Retinal analyse i OCTA-enheden Vælg menuen til nethindeanalyse i OCTA-enheden. Vælg et 3 x 3 mm retinal kort; vælg overfladisk , hvis OCTA-enheden måler forskellige kapillære plexuser. Vælg beholderl?…

Representative Results

Der var 45 forsøgspersoner i gruppe 1, 18 i gruppe 2 og 36 i gruppe 3. Tabel 1 viser fordelingen af alder og tæthed efter gruppe; kun beholder- og perfusionstætheder i gruppe 1 var lavere end i gruppe 2. Koefficienterne for bestemmelse af centerbeholder og perfusionstætheder er vist i figur 5. Der var ingen signifikant forskel mellem grupperne. Bestemmelseskoefficienten mellem det indre kar og perfusionstæthederne var 0,818 i gruppe 1, 0,974 …

Discussion

Bidraget fra kar større end kapillærer til perfusionstæthed ændres i retinale vaskulære sygdomme før udviklingen af retinopati. Det faldt i den indre region af patienter med arteriel hypertension og varierede mellem felter hos patienter med diabetes. Der findes direkte metoder til måling af vaskulær reaktivitet i nethinden, som afhænger af eksponeringen for en ^{stimulus14,15}. Den måling, der foreslås i dette papir, bruger to målinger, der automatisk ge…

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