Evaluatie van capillaire en andere vaatbijdrage aan maculaperfusiedichtheid gemeten met optische coherentietomografie angiografie

Summary

We beschrijven de evaluatie van een bepalingscoëfficiënt tussen vat en perfusiedichtheid van de parafoveale oppervlakkige capillaire plexus om de bijdrage van bloedvaten groter dan capillairen aan de perfusiedichtheid te identificeren.

Abstract

Parafoveale circulatie van de oppervlakkige retinale capillaire plexus wordt meestal gemeten met vaatdichtheid, die de lengte van haarvaten met circulatie bepaalt, en perfusiedichtheid, die het percentage van het geëvalueerde gebied berekent dat circulatie heeft. Perfusiedichtheid houdt ook rekening met de circulatie van bloedvaten groter dan haarvaten, hoewel de bijdrage van deze vaten aan de eerste meestal niet wordt geëvalueerd. Aangezien beide metingen automatisch worden gegenereerd door optische coherentietomografie-angiografie-apparaten, stelt dit artikel een methode voor om de bijdrage van bloedvaten groter dan haarvaten te schatten met behulp van een bepalingscoëfficiënt tussen vat- en perfusiedichtheden. Deze methode kan een verandering in het aandeel van de perfusiedichtheid van vaten groter dan haarvaten onthullen, zelfs als de gemiddelde waarden niet verschillen. Deze verandering zou compenserende arteriële vasodilatatie kunnen weerspiegelen als een reactie op capillaire uitval in de beginfase van retinale vaatziekten voordat klinische retinopathie verschijnt. De voorgestelde methode zou het mogelijk maken de veranderingen in de samenstelling van de perfusiedichtheid te schatten zonder dat er andere apparaten nodig zijn.

Introduction

Retinale circulatie is de combinatie van arteriolar, capillaire en venulaire stroom, waarvan de bijdrage kan variëren om aan de zuurstofbehoeften van de verschillende retinale lagen te voldoen. Deze circulatie is niet afhankelijk van de autonome regulatie van het zenuwstelsel en is traditioneel geëvalueerd met fluoresceïneangiografie, een invasieve methode die intraveneus contrast gebruikt om retinale vaten af te bakenen. Sequentiële foto’s maken de evaluatie van arteriële, arteriolar, venulaire en veneuze circulatie mogelijk, evenals plaatsen van capillaire schade bij retinale ^vaatziekten1.

Een huidige methode om de maculaire circulatie te meten is optische coherentietomografie-angiografie (OCTA), die interferometrie gebruikt om retinale beelden te verkrijgen en haarvaten en grotere retinale vaten kan ^schetsen2. In tegenstelling tot fluoresceïneangiografie wordt OCTA-beeldvorming niet beïnvloed door maculaire xanthofylpigmentschaduw, waardoor superieure beeldvorming van maculaire haarvaten ^{mogelijk is3}. Andere voordelen van OCTA ten opzichte van fluoresceïneangiografie zijn de niet-invasieve aanwezigheid en hogere ^resolutie4.

OCTA-apparaten meten de oppervlakkige capillaire plexus bij de parafovea in een kaart van 3 x 3 mm, concentrisch ten opzichte van het foveale centrum (figuur 1). De apparatuur meet automatisch de dichtheid van de romplengte (de lengte van de haarvaten met circulatie in het gemeten gebied) en de perfusiedichtheid (het percentage van het gemeten gebied met circulatie), inclusief dat van vaten groter dan haarvaten (figuur 2)⁵. De vaatdichtheid levert een aanzienlijke bijdrage aan de perfusiedichtheid onder fysiologische omstandigheden. Sommige apparaten meten de vaatdichtheid als een “geskeletiseerde vasculaire dichtheid” en perfusiedichtheid als “vaat / vasculaire dichtheid”. Ongeacht het apparaat is er meestal een meting voor lengte (gemeten in mm / ^mm2 of ^mm-1) en een andere voor het gebied met circulatie (gemeten in %), die automatisch worden gegenereerd.

De vaatdichtheid kan veranderen bij gezonde mensen bij blootstelling aan duisternis, flikkerlicht6 of cafeïnehoudende ^dranken7 vanwege de neurovasculaire koppeling die de bloedstroom herverdeelt tussen de oppervlakkige, middelste en diepe capillaire plexussen volgens de retinale laag met de hoogste activiteit. Elke afname van de vaatdichtheid veroorzaakt door deze herverdeling keert terug naar de uitgangswaarden nadat de stimulus is gestopt en vertegenwoordigt geen capillair verlies, een pathologische verandering die wordt gemeld voordat retinopathie verschijnt bij vaatziekten zoals ^diabetes8 of arteriële ^hypertensie9.

De afname van haarvaten kon gedeeltelijk worden gecompenseerd door arteriolar vasodilatatie. Het meten van slechts een percentage of geperfuseerd gebied geeft geen inzicht in de vraag of er sprake is van vasodilatatie, die kan optreden wanneer haarvaten een minimumdrempel bereiken. Het meten van de vaatdichtheid zou niet helpen bij het detecteren van een verhoogd circulatiegebied als gevolg van vasodilatatie. De bijdrage van arteriolarcirculatie aan de perfusiedichtheid kan indirect worden geschat met behulp van een bepalingscoëfficiënt tussen vaatdichtheid en perfusiedichtheid, en het bepalen van het percentage van het gebied met circulatie dat overeenkomt met haarvaten of andere vaten.

De redenering achter deze techniek is dat regressieanalyse kan bepalen in hoeverre de veranderingen van een onafhankelijke numerieke waarde resulteren in veranderingen van een afhankelijke numerieke waarde. Bij maculaire vatbeeldvorming met OCTA is capillaire circulatie een onafhankelijke variabele die het gebied met circulatie beïnvloedt omdat er weinig grotere vaten in het geëvalueerde gebied zijn. De parafovea heeft echter grotere vaten die kunnen verwijden en het percentage van het gebied met circulatie kunnen veranderen, wat niet direct kan worden geïdentificeerd door de huidige geautomatiseerde OCTA-metrieken. Het voordeel van het gebruik van een bepalingscoëfficiënt is dat het een relatie meet tussen twee bestaande metrieken om er nog twee te produceren: het percentage van het gebied met circulatie dat overeenkomt met haarvaten en het percentage dat overeenkomt met andere vaten. Beide percentages kunnen direct worden gemeten met behulp van een pixeltelling met beeldbewerkingssoftware. De bepalingscoëfficiënt kan echter voor een monster worden berekend met de getallen die de OCTA-apparaten automatisch ^{genereren10,11}.

Pathak et al. gebruikten een bepalingscoëfficiënt om magere spier- en vetmassa te schatten op basis van demografische en antropometrische metingen met behulp van een kunstmatig neuraal netwerk. Uit hun studie bleek dat hun model een ^R2-waarde van 0,92 had, wat de variabiliteit van een groot deel van hun afhankelijke variabelen ^verklaarde12. O’Fee en collega’s gebruikten een bepalingscoëfficiënt om een niet-fataal myocardinfarct uit te sluiten als een surrogaat voor alle oorzaken en cardiovasculaire mortaliteit omdat ze een ^R2 van 0,01 tot 0,21 vonden. Die resultaten toonden aan dat de onafhankelijke variabele minder dan 80% van de veranderingen van de afhankelijke variabelen verklaarde, vastgesteld als criterium voor draagmoederschap (^R2 = 0,8)¹³.

De bepalingscoëfficiënt wordt gebruikt om het effect te beoordelen van veranderingen van een variabele, een groep variabelen of een model op de veranderingen van een uitkomstvariabele. Het verschil tussen 1 en de ^R2-waarde vertegenwoordigt de bijdrage van andere variabelen aan de veranderingen van de uitkomstvariabele. Het is ongebruikelijk om het verschil toe te schrijven aan een enkele variabele, omdat er meestal meer dan twee bijdragen aan de uitkomst. Het deel van het maculaire gebied dat circulatie heeft, kan echter alleen afkomstig zijn van het gebied dat bedekt is met haarvaten en van het gebied dat bedekt is met grotere vaten, aangezien grotere vaten meer verwijden dan haarvaten. Bovendien wordt aangenomen dat reactieve vaatverwijding hoogstwaarschijnlijk afkomstig is van retinale arteriolen, omdat een verminderde capillaire circulatie de zuurstoftoevoer zou kunnen verminderen.

Slechts twee bronnen dragen bij aan een percentage van het gebied met circulatie in de macula: haarvaten en bloedvaten groter dan zij. De bepalingscoëfficiënt tussen vaatdichtheid en perfusiedichtheid bepaalt de bijdrage van haarvaten aan het gebied met circulatie, en de resterende veranderingen (het verschil tussen 1 en de ^R2-waarde ) vertegenwoordigen de bijdrage van de enige andere variabele die een gebied met circulatie vertegenwoordigt (die binnen grotere retinale vaten). Dit artikel beschrijft de methode om deze bijdrage te meten bij gezonde mensen (groep 1) en hoe deze verandert bij patiënten met retinale vaatziekten: arteriële hypertensie zonder hypertensieve retinopathie (groep 2) en diabetes mellitus zonder diabetische retinopathie (groep 3).

Protocol

Dit protocol werd goedgekeurd door de ethische commissie voor menselijk onderzoek van Sala Uno. Zie video 1 voor de secties 1 en 2 en de tabel met materialen voor meer informatie over de apparatuur die in dit onderzoek is gebruikt. 1. Retinale analyse in het OCTA-apparaat Selecteer het menu voor retinale analyse in het OCTA-apparaat. Selecteer een retinale kaart van 3 x 3 mm; selecteer oppervlakkig als het …

Representative Results

Er waren 45 proefpersonen in groep 1, 18 in groep 2 en 36 in groep 3. Tabel 1 toont de verdeling van leeftijd en dichtheden per groep; alleen de vat- en perfusiedichtheden in groep 1 waren lager dan in groep 2. De bepalingscoëfficiënten van de middenvat- en perfusiedichtheden zijn weergegeven in figuur 5. Er was geen significant verschil tussen de groepen. De bepalingscoëfficiënt tussen het binnenvat en de perfusiedichtheden was 0,818 in groep…

Discussion

De bijdrage van bloedvaten groter dan haarvaten aan perfusiedichtheidsveranderingen bij retinale vaatziekten vóór de ontwikkeling van retinopathie. Het nam af in het binnengebied van patiënten met arteriële hypertensie en varieerde tussen velden bij patiënten met diabetes. Er zijn directe methoden voor het meten van vasculaire reactiviteit in het netvlies, die afhankelijk zijn van de blootstelling aan een ^{stimulus14,15}. De in dit artikel voorgestelde meting …

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