Utvärdering av kapillär och andra fartygsbidrag till makulär perfusionstäthet uppmätt med optisk koherenstomografi angiografi

Summary

Vi beskriver utvärderingen av en bestämningskoefficient mellan kärl- och perfusionsdensitet hos den parafoveala ytliga kapillärplexus för att identifiera bidraget från kärl större än kapillärer till perfusionsdensiteten.

Abstract

Parafovealcirkulationen av den ytliga retinala kapillärplexus mäts vanligtvis med kärldensitet, som bestämmer längden på kapillärerna med cirkulation och perfusionsdensitet, som beräknar procentandelen av det utvärderade området som har cirkulation. Perfusionstätheten tar också hänsyn till cirkulationen av kärl som är större än kapillärerna, även om bidraget från dessa kärl till det första vanligtvis inte utvärderas. Eftersom båda mätningarna genereras automatiskt av optisk koherens tomografiangiografianordningar, föreslår denna uppsats en metod för att uppskatta bidraget från kärl större än kapillärer genom att använda en bestämningskoefficient mellan kärl- och perfusionsdensiteter. Denna metod kan avslöja en förändring i andelen perfusionstäthet från kärl större än kapillärer, även när medelvärdena inte skiljer sig åt. Denna förändring kan återspegla kompenserande arteriell vasodilatation som ett svar på kapillär dropout i de inledande stadierna av retinala kärlsjukdomar innan klinisk retinopati uppträder. Den föreslagna metoden skulle göra det möjligt att uppskatta förändringarna i sammansättningen av perfusionsdensiteten utan behov av andra anordningar.

Introduction

Retinal cirkulation är kombinationen av arteriolärt, kapillär och venulärt flöde, vars bidrag kan variera för att möta syrebehoven hos de olika retinala skikten. Denna cirkulation beror inte på den autonoma nervsystemets reglering och har traditionellt utvärderats med fluoresceinangiografi, en invasiv metod som använder intravenös kontrast för att avgränsa retinala kärl. Sekventiella fotografier möjliggör utvärdering av arteriell, arteriolär, venulär och venös cirkulation samt platser för kapillärskador vid retinala ^{kärlsjukdomar1}.

En aktuell metod för att mäta makulacirkulationen är optisk koherenstomografiangiografi (OCTA), som använder interferometri för att erhålla retinala bilder och kan skissera kapillärer och större retinala ^kärl2. Till skillnad från fluoresceinangiografi påverkas OCTA-avbildning inte av makulär xantofyllpigmentskuggning, vilket möjliggör överlägsen avbildning av makulakapillärer3. Andra fördelar med OCTA jämfört med fluoresceinangiografi är dess icke-invasivitet och högre ^upplösning4.

OCTA-enheter mäter den ytliga kapillärplexus vid parafovea i en 3 x 3 mm karta, koncentrisk till fovealcentret (Figur 1). Utrustningen mäter automatiskt kärllängdstätheten (kapillärernas längd med cirkulation i det uppmätta området) och perfusionsdensiteten (procentandelen av det uppmätta området med cirkulation), vilket inkluderar kärl som är större än kapillärerna (figur 2)⁵. Fartygstäthet har ett väsentligt bidrag till perfusionstätheten under fysiologiska förhållanden. Vissa enheter mäter kärldensitet som en “skelettiserad vaskulär densitet” och perfusionstäthet som “kärl / vaskulär densitet”. Oavsett anordning finns det vanligtvis en mätning för längd (mätt i mm / ^mm2 eller ^mm-1) och en annan för området med cirkulation (mätt i %), som genereras automatiskt.

Kärltätheten kan förändras hos friska människor när de utsätts för mörker, flimmerljus6 eller koffeinhaltiga ^drycker7 på grund av den neurovaskulära kopplingen som omfördelar blodflödet mellan ytliga, mellersta och djupa kapillärplexus enligt näthinnan med högsta aktivitet. Varje minskning av kärlets densitet orsakad av denna omfördelning återgår till utgångsvärdena efter att stimulansen upphört och representerar inte kapillärförlust, en patologisk förändring som rapporterats innan retinopati uppträder vid kärlsjukdomar som ^diabetes8 eller arteriell ^hypertoni9.

Minskningen av kapillärerna kan delvis kompenseras genom arteriolär vasodilatation. Att mäta endast en procentandel eller perfuserat område ger ingen inblick i huruvida det finns vasodilatation, vilket kan uppstå när kapillärerna når en minimitröskel. Mätning av kärldensitet skulle inte hjälpa till att upptäcka ett ökat cirkulationsområde till följd av vasodilatation. Bidraget från arteriär cirkulation till perfusionsdensitet kan uppskattas indirekt med hjälp av en bestämningskoefficient mellan kärldensitet och perfusionsdensitet och definiera procentandelen av området med cirkulation som motsvarar kapillärer eller andra kärl.

Motiveringen bakom denna teknik är att regressionsanalys kan identifiera i vilken utsträckning förändringarna av ett oberoende numeriskt värde resulterar i förändringar av ett beroende numeriskt värde. Vid makulakärlsavbildning med OCTA är kapillärcirkulationen en oberoende variabel som påverkar området med cirkulation eftersom det finns få större kärl i den utvärderade regionen. Parafovea har dock större kärl som kan utvidga och ändra procentandelen av området med cirkulation, vilket inte kan identifieras direkt av de nuvarande automatiserade OCTA-mätvärdena. Fördelen med att använda en bestämningskoefficient är att den mäter ett förhållande mellan två befintliga mätvärden för att producera ytterligare två: den procentandel av området med cirkulation som motsvarar kapillärer och den procentandel som motsvarar andra fartyg. Båda procentsatserna kan mätas direkt med hjälp av ett pixelantal med bildprogramvara. Bestämningskoefficienten kan dock beräknas för ett prov med de siffror som OCTA-enheterna genererar ^{automatiskt10,11}.

Pathak et al. använde en bestämningskoefficient för att uppskatta muskelmassa och fettmassa från demografiska och antropometriska mått med hjälp av ett artificiellt neuralt nätverk. Deras studie visade att deras modell hade ett ^R2-värde på 0,92, vilket förklarade variationen hos en stor del av deras beroende ^variabler12. O’Fee och kollegor använde en bestämningskoefficient för att utesluta icke-dödlig hjärtinfarkt som surrogat för all orsak och kardiovaskulär dödlighet eftersom de hittade en ^R2 på 0,01 till 0,21. Dessa resultat visade att den oberoende variabeln förklarade mindre än 80 % av förändringarna i de beroende variablerna, fastställda som ett kriterium för surrogatmoderskap (^R2= 0,8)¹³.

Bestämningskoefficienten används för att bedöma effekten av förändringar av en variabel, en grupp variabler eller en modell över förändringarna i en utfallsvariabel. Skillnaden mellan 1 och ^R2-värdet representerar bidraget från andra variabler till förändringarna i utfallsvariabeln. Det är ovanligt att tillskriva skillnaden till en enda variabel eftersom det vanligtvis finns fler än två som bidrar till resultatet. Den andel av makulaområdet som har cirkulation kan dock endast härröra från det område som omfattas av kapillärer och från det område som täcks av större kärl, eftersom större fartyg utvidgas mer än kapillärerna. Dessutom anses reaktiv vasodilatation troligen härröra från retinala arterioler, eftersom en minskad kapillärcirkulation kan minska syretillförseln.

Endast två källor bidrar till en procentandel av området med cirkulation i makula: kapillärer och kärl större än dem. Bestämningskoefficienten mellan kärldensitet och perfusionstäthet bestämmer kapillärernas bidrag till området med cirkulation, och de återstående förändringarna (skillnaden mellan 1 och ^R2-värdet ) representerar bidraget från den enda andra variabeln som representerar ett område med cirkulation (det inom större retinala kärl). Detta dokument beskriver metoden för att mäta detta bidrag hos friska människor (grupp 1) och hur det förändras hos patienter med retinala kärlsjukdomar: arteriell hypertoni utan hypertensiv retinopati (grupp 2) och diabetes mellitus utan diabetisk retinopati (grupp 3).

Protocol

Detta protokoll godkändes av Sala Unos humanforskningsetiska kommitté. Se video 1 för avsnitt 1 och 2 och materialförteckningen för detaljer om den utrustning som används i denna studie. 1. Retinalanalys i OCTA-enheten Välj menyn för retinalanalys i OCTA-enheten. Välj en 3 x 3 mm retinal karta; välj ytlig om OCTA-enheten mäter olika kapillärplexus. Välj kärllängdsdensitet (eller mot…

Representative Results

Det fanns 45 ämnen i grupp 1, 18 i grupp 2 och 36 i grupp 3. Tabell 1 visar fördelningen av ålder och densitet per grupp; endast kärl- och perfusionstätheten i grupp 1 var lägre än i grupp 2. Koefficienterna för bestämning av centrumkärl och perfusionsdensiteter visas i figur 5. Det fanns ingen signifikant skillnad mellan grupperna. Bestämningskoefficienten mellan det inre kärlet och perfusionsdensiteterna var 0,818 i grupp 1, 0,974 i …

Discussion

Bidraget från kärl större än kapillärer till perfusionstäthet förändringar i retinala kärlsjukdomar före utvecklingen av retinopati. Det minskade i den inre regionen hos patienter med arteriell hypertoni och varierade mellan fält hos patienter med diabetes. Det finns direkta metoder för att mäta vaskulär reaktivitet i näthinnan, som beror på exponeringen för en ^{stimulans14,15}. Mätningen som föreslås i detta dokument använder två mätvärden,…

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