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Method Article
视网膜与大脑有着显著的相似性, 因此它是研究脑性中血管和神经元结构的独特窗口。本协议描述了一种利用视网膜成像技术研究痴呆症的方法。这种方法对痴呆的诊断和风险评估有潜在的帮助。
视网膜提供了一个独特的 "窗口" 来研究大脑中的老年痴呆的病理生理过程, 因为它是中枢神经系统 (CNS) 的延伸, 与大脑在胚胎起源、解剖特征和生理特性。 视网膜的血管和神经元结构现在可以很容易地被形象化和性使用视网膜成像技术, 包括眼底摄影和光学相干断层扫描 (OCT), 和量化半自动使用计算机辅助分析程序。研究视网膜和痴呆的血管和神经元变化之间的联系可以提高我们对痴呆症的认识, 并可能有助于诊断和风险评估。 本议定书的目的是描述一种量化和分析视网膜血管和神经元结构的方法, 这可能与痴呆有关。该协议还提供了一些例子, 视网膜变化的主题与痴呆, 并讨论技术问题和目前的局限性, 视网膜成像。
由于预期寿命的增加, 痴呆已成为一个重大的医疗问题, 导致重大的社会和经济健康负担全球1,2,3,4,5。今天, 一个人在美国发展老年痴呆症 (AD), 最常见的形式的痴呆, 每六十六年代6。据估计, 到公元 2050, 1亿1500万人将受到 AD7的影响。
视网膜提供了一个独特的 "窗口", 以研究痴呆, 由于其类似的解剖和生理特性与大脑。在血管方面, 视网膜动脉和静脉, 测量直径100至300µm, 与脑小血管有相似的特征, 如无吻合的端动脉, 屏障功能, 和调节8,9. 在神经元结构方面, 视网膜节细胞 (视网膜) 与中枢神经系统 (CNS) 10 的神经元有着典型的特性。视网膜是突出的连接与大脑, 因为他们形成的视神经和项目的视觉信号从视网膜到外侧膝状核和优越的丘。视神经, 类似于中枢神经系统中的许多神经纤维, 由突髓, ensheathed 于脑膜层。值得注意的是, 对视神经的污辱会导致其他中枢神经系统轴突的类似反应, 如轴突逆行和顺变性、瘢痕形成、髓鞘破坏、继发变性和神经营养异常水平因素和神经递质11,12,13,14。一些 AD 患者的视觉症状的出现也可以通过视网膜和大脑之间的强关联来解释15,16。因此, 有人建议, 视网膜可能反映痴呆的病理过程中的大脑和视网膜成像可以用来研究痴呆症。
视网膜血管和神经元结构现在可以可视化性利用视网膜成像技术。例如, 视网膜眼底照片可以使用眼底照相机捕捉, 而视网膜血管的特征 (例如,血管口径、曲折和分形维数) 可以通过计算机辅助分析进行量化程序.此外, 还可以使用光学相干断层扫描 (OCT) 测量视网膜神经元结构 (如神经节细胞-内状层的厚度 [GC-光子) 和视网膜神经纤维层 [纤维]) 的参数, 并使用内置分析算法。
鉴于视网膜成像对研究痴呆的重要性, 本议定书的目的是描述一种成像和分析视网膜血管和神经元结构在体内使用视网膜成像技术的方法。该协议还提供了一些例子, 视网膜变化的主题与痴呆, 并讨论技术问题和目前的局限性, 视网膜成像。
此处描述的所有方法均已得到香港当地临床研究伦理委员会的批准.
注意: 为了简单起见, 在 材料表中列出的设备 用于说明视网膜成像的过程和随后的分析。利用新加坡 I 船评估计划 (湿婆) 17 (新加坡国立大学, 新加坡), 对视网膜血管参数的测量进行了说明。然而, 应该指出的是, 可以采用一套不同的设备, 因为基本原则仍然是相似的.
1. 准备视网膜成像的对象
2。使用计算机辅助分析程序测量眼底照片中的视网膜血管参数
图 1:示意图显示了测量视网膜血管参数的过程。 ( ) 使用眼底照相机获取以光盘为中心的眼底照片。 图 1A 和 图 2A 是两张具有最佳质量的眼底照片。( B ) 将眼底照片上载到基于云的服务器, 并输入相关的研究细节, 包括图像转换因子 (ICF)。其他计算机辅助分析程序可以使用 non-cloud-based 的方法来组织和存储图像。( C ) 在计算机辅助分析程序中打开眼底照片。( D ) 标记光盘中心的位置, ( E ) 提示软件自动检测光盘边缘并放置测量网格。( F ) 根据船只的路径建造船只脉象, 并放置容器盖以估计船只的直径。( G ) 手动调整不正确的容器脉象和容器盖。( H ) 测量视网膜血管参数的频谱, 包括血管口径、曲折、分形维数和分岔。步骤 ( D ) 到步骤 ( F ), 步骤 ( H ) 可以由某些计算机辅助的分析程序自动执行。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 2: 眼底照片的最佳和次优质量. 图像采集后必须立即检查眼底照片的图像质量, 因为图像质量直接影响后续的视网膜血管参数测量。如果观察到这些文物中的一个, 则应丢弃该图像。这些图像是使用50和 #176; 眼底摄像头拍摄的。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 3: 图像转换因子 (ICF) 的计算。为了计算 ICF, 从研究中随机选择10% 样本 (步骤 1)。然后, 从采样的图像 (步骤 2) 中测量视盘的高度 (以像素为单位)。使用公式计算 icf: icf = 1800 和 #181; m/(采样图像的光盘的平均像素高度), 其中1800和 #181; m 近似于普通光盘的高度 (步骤 3)。由于放大效果和图像分辨率不同于相机, 所以有必要为每个使用的相机计算一个精确的 ICF。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 4: 自动的常见错误. 船舶自动跟踪不完全准确, 需要进行手动调整, 以确保测量的准确性。此图显示了自动的常见错误, 并演示了手动调整后的最佳结果。( A ) 光盘中心被错误地标记, 这会导致测量网格的偏差, 这可能会影响随后的测量。理想情况下, 测量网格的最内圈应该勾勒出视盘边缘。( B ) 不完整的船只追踪可能导致不正确地测量分形维数、曲折、 等 船只的路径应追查到船只的末端。如果容器的远端落在测量网格之外, 则可以在最外层的白色圆圈处停止跟踪。( C ) 在交叉点的船只脉象有较高的错误倾向, 因此需要特别注意。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 5: 不正确的容器盖. 此图显示了不正确的容器盖的示例, 应将其停用并排除在随后的测量中。如果不垂直于容器 ( A ), 则应停用容器盖。此外, 如果被追查的船只在另一船只 ( B ) 下被遮蔽, 或船只盖不能代表船只的大致宽度 ( C ), 也应停用船只盖。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 6: 视网膜血管的量化。( A ) 区域 b (定义为距离光盘边缘 0.5-1.0 圆盘直径) 用于根据社区研究中的动脉粥样硬化风险测量 b 区的血管口径。区域 c (定义为 0.5-2.0 圆盘直径远离光盘边缘) 用于测量 c 区的容器口径和视网膜血管网络参数 (如曲折、分形维数和分岔) 的频谱。( B ) 容器盖是用于估计视网膜血管口径 (或直径) 的测量线。不正确的容器盖应手动排除在测量之外。( c ) 对于在 C 区内有第一个分支的所有容器, 程序自动测量分支角 (和 #952 第一个分支的;)。此外, 还使用公式计算分支系数: 分支系数 = (d 1 2 + d 2 2 )/d 0 2 , 其中 d 0 是主干口径, d 1 和 d 2 是分支口径。 请单击此处查看此图的较大版本.
3. 评估 GC 和纤维的厚度
图 7: 显示测量纤维和气相色谱厚度的过程的原理图. 光学相干断层扫描 (OCT) 可用于测量神经节细胞-内状层 (GC) 和视网膜神经纤维层 (纤维) 的厚度。( A, B )使用内置和 #8220 测量色谱和纤维厚度; 黄斑立方体和 #8221; 和 #8220; 光盘立方体和 #8221; 分别扫描协议。( C, D )图像采集后立即检查图像质量。如果信号强度小于 6, 或检测到运动伪影, 则丢弃图像并重复扫描。( E, F )然后, 提示内置的分析程序自动分析扫描结果, 并生成一份解释报告。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 8: 光学相干层析成像的次优结果. 光学相干层析成像 (OCT) 的常见次优结果包括 ( A ) 信号强度差 (强度值和 #60; 6), 以及 ( B ) 运动制品。扫描质量应立即审查后, 图像采集, 并应重复扫描, 如果这些文物遇到。 请单击此处查看此图的较大版本.
图 9: 用于视网膜神经元结构的评估. 用视神经头 (ONH) 算法测量视网膜神经纤维层 (纤维), 用神经节细胞分析 (配合力) 算法测量神经节细胞内状层。ONH 算法对纤维的内边界和外界进行了分段, 以测量纤维的厚度。该算法检测视网膜神经纤维层 (纤维) 和内状层 (光子) 的外边界, 以产生神经节细胞层 (协合) 和彩光的复合厚度。协鑫和彩光的厚度是一起测量的, 因为协鑫和光子的边界在解剖学上是模糊的。然而, 协鑫和彩光的组合厚度 ( 即 GC) 仍然是视网膜的健康. 请点击这里查看更大版本的图
图 10:一个例子, 以显示在正常的主题和一个广告主题之间的视网膜血管的差异.与正常人相比, AD 的眼底照片显示狭窄的血管口径 (CRAE 区 B、116.4 µm vs. 156.4 µm;CRVE 区 B, 186.9 µm vs. 207.5 µm;CRAE 区 C, 138.5 µm vs. 165.8 µm;CRVE 区 C, 206.6 µm vs. 232.2 µm), 更小...
本协议描述了在视网膜体内量化神经元和血管变化的过程。由于视网膜与大脑有着相似的胚胎来源、解剖特征和生理特性, 这些视网膜的变化可能反映了大脑中血管和神经元结构的类似变化。
如图 10和表 1所示, 与健康主题相比, AD 主题显示的容器口径减少。据报道, 减少 CRVE 和 CRAE 是与阿尔茨海默氏病相关的46,
我们对新加坡国立大学计算机学院的技术支持表示感谢。
关于潜在的金融关系, 作者发明是新加坡 I 船评估 (湿婆) 项目中使用的一份文件。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Non-mydriatic Retinal Camera | Topcon, Inc, Tokyo, Japan | TRC 50DX | N/A |
Singapore I Vessel Assessment Program | National University of Singapore | Version 4.0 | N/A |
CIRRUS HD-OCT | Carl Zeiss Meditec, Inc, Dublin, CA | Model 4000 | N/A |
Mydriatic Agents | N/A | N/A | Prepared from 1% tropicamide and 2.5% phenylephrine hydrochloride |
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