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Method Article
La retina condivide importanti somiglianze con il cervello e rappresenta quindi una finestra unica per studiare il sistema vascolare e struttura di un neurone nel cervello non invadente. Questo protocollo descrive un metodo per studiare demenza usando tecniche di imaging retinici. Questo metodo può potenzialmente aiutare nella diagnosi e valutazione del rischio di demenza.
La retina offre una straordinaria "vetrina" per studiare processi patofisiologici di demenza nel cervello, in quanto è un'estensione del sistema nervoso centrale (SNC) e condivide con il cervello in termini di origine embriologica, caratteristiche anatomiche importanti somiglianze e Proprietà fisiologiche. La struttura vascolare e neuronale nella retina può ora essere retinico facilmente visualizzato e non invadente usando tecniche di formazione immagine, compreso fotographia e tomografia a coerenza ottica (OCT) e quantificati da semi-automaticamente programmi di analisi assistita da computer. Studiare le associazioni fra i cambiamenti vascolari e neuronali nella retina e demenza potrebbe migliorare la nostra comprensione della demenza e, potenzialmente, aiutare nella diagnosi e valutazione del rischio. Questo protocollo mira a descrivere un metodo di quantificazione e l'analisi di sistema vascolare retinico e struttura di un neurone, che sono potenzialmente associati a demenza. Questo protocollo anche vengono forniti esempi dei cambiamenti retinici in soggetti con demenza e discute questioni tecniche ed attuali limiti dell'imaging retinico.
Per effetto dei rincari dell'aspettativa di vita, demenza è diventato un grave problema medico, contribuendo alla significativa sociale e salute economica a livello globale grava1,2,3,4,5. Oggi, una persona negli Stati Uniti si sviluppa il morbo di Alzheimer (annuncio), la forma più comune di demenza, ogni 66 s6. È stato stimato che entro il 2050, 115 milioni di persone ne risentiranno di AD7.
La retina offre una straordinaria "vetrina" per studiare demenza dovuto le relative proprietà anatomiche e fisiologiche simili con il cervello. In termini di sistema vascolare, retiniche arteriole e venule, misura 100-300 µm di diametro, condividono caratteristiche simili con piccoli vasi cerebrali, come arteriole fine senza anastomosi, funzione di barriera e di auto-regolazione8, 9. in termini di struttura di un neurone, le cellule gangliari della retina (RGCs) condividono proprietà tipiche con neuroni nel sistema nervoso centrale (SNC) 10. Il RGCs prominente sono collegati con il cervello come formano i nervo ottico e progetto segnali visivi dalla retina per i nuclei genicolati laterali e il collicolo superiore. Il nervo ottico, simile a molte fibre neuronali nel SNC, è myelinated di oligodendrociti ed è ensheathed in strati meningei. In particolare, può risultare un insulto al nervo ottico in simili risposte osservate in altri assoni CNS, come retrograda e anterograda degenerazione dell'assone, formazione della cicatrice, distruzione della mielina, degenerazione secondaria e un livello anormale di neurotrophic fattori e neurotrasmettitori11,12,13,14. La comparsa di sintomi visivi in alcuni pazienti dell'annuncio può essere spiegata anche dalle associazioni robuste tra la retina e il cervello15,16. Di conseguenza, è stato suggerito che la retina può riflettere i processi patologici di demenza nel cervello e imaging retinico può essere usato per studiare la demenza.
Il vasculature retinico e la struttura di un neurone possono essere visualizzati in questo momento non invadente usando tecniche di imaging retinici. Per esempio, le fotografie del fondo retinico possono essere catturate utilizzando macchine fotografiche del fondo, e caratteristiche del vasculature retinico (ad es., la nave calibro, tortuosità e fractal dimensione) quindi possono essere quantificate utilizzando analisi assistita da computer programmi. Inoltre, i parametri della struttura neuronale retinica (ad esempio lo spessore di strato plessiforme interno cella di ganglio [GC-IPL] e strato delle fibre nervose retiniche [RNFL]) possono anche essere misurati utilizzando la tomografia a coerenza ottica (OCT) e quantificato utilizzando il built-in algoritmi di analisi.
Data l'importanza dell'imaging retinico nello studio di demenza, questo protocollo si propone di descrivere un metodo di imaging e l'analisi di sistema vascolare retinico e struttura neuronale in vivo usando tecniche di imaging retinici. Questo protocollo anche vengono forniti esempi dei cambiamenti retinici in soggetti con demenza e discute questioni tecniche ed attuali limiti dell'imaging retinico.
tutti i metodi descritti qui sono stati approvati da un comitato etico di ricerca clinica locale in Hong Kong.
Nota: per semplicità, l'equipaggiamento elencato nella Tabella materiali viene utilizzato per illustrare le procedure di formazione immagine retinica e la successiva analisi. Misurazione di parametri vascolari retinici è illustrato utilizzando il programma (SIVA) di Singapore I Vessel, valutazione 17 (versione 4.0, National University of Singapore, Singapore). Tuttavia, dovrebbe essere notato che un diverso insieme di apparecchiature può essere adottato come i principi sottostanti rimangono simili.
1. preparare i soggetti per Imaging retinico
2. Misurare i parametri vascolari retiniche da Fundus fotografie utilizzando un programma di analisi Computer-assistita
Figura 1: Diagramma schematico che mostra la procedure di misurazione dei parametri vascolari retinici. (A) ottenere fotografie di ottica-disco-centrato del fondo utilizzando una macchina fotografica del fondo. Figura 1A e 2A figura sono due fotografie del fondo con una qualità ottimale. (B) caricare le fotografie del fondo sul server basato su cloud e immettere i dettagli di studio pertinenti, tra cui il fattore di conversione di immagine (ICF). Altri programmi di analisi computerizzata possono utilizzare metodi non basati su cloud per organizzare e archiviare le immagini. (C) Apri la fotografia del fondo nel programma di analisi assistita da computer. Mark (D) la posizione del centro del disco ottico e (E) richiedere il software automaticamente rilevare il bordo del disco ottico e posizionare una griglia di misurazione. (F) costrutto ricalchi la nave base ai percorsi di nave e laici nave copre per stimare i diametri dei vasi. (G) regola i tracciati non corretto nave e nave copre manualmente. (H) misura un spettro di parametri vascolari retinici, tra cui nave calibri, tortuosità, dimensione frattale e biforcazione. Passaggio (D) al punto (F) e passo (H) può essere eseguita automaticamente da alcuni programmi di analisi assistita da computer. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: le fotografie del fondo con una qualità ottimale e suboptimale. La qualità dell'immagine di una fotografia del fondo dovrà essere controllata immediatamente dopo acquisizione immagine, la qualità dell'immagine colpisce direttamente la successiva valutazione di parametri vascolari retiniche. L'immagine deve essere eliminata se uno di questi manufatti è osservato. Queste immagini sono state catturate utilizzando una macchina fotografica del fondo di 50°. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: calcolo del fattore di conversione immagine (ICF). Per calcolare l'ICF, selezionare in modo casuale un campione di 10% delle immagini dallo studio (passaggio 1). Quindi, misurare l'altezza di dischi ottici (in pixel) dalle immagini campionate (passaggio 2). Calcolare l'ICF utilizzando la formula: ICF = 1800 µm / (altezza in pixel di dischi ottici delle immagini campionate in media), dove 1800 µm è circa l'altezza di un normale disco ottico (passaggio 3). Come risoluzione di immagine e di effetto di ingrandimento differiscono da una telecamera a altra, è necessario calcolare un accurato ICF per ogni fotocamera utilizzata. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: l'auto-analisi di errori comuni. Il tracciamento automatico nave non è completamente accurato e regolazioni manuali sono tenute a garantire l'accuratezza della misura. Questa figura mostra la traccia automatica di errori comuni e dimostra risultati ottimali dopo regolazioni manuali. (A), il centro del disco ottico è contrassegnato in modo non corretto e ciò ha portato alla deviazione della griglia di misurazione, che può riguardare le misure successive. Idealmente, il cerchio più interno della griglia di misurazione dovrebbe delineare il bordo del disco ottico. (B) l'analisi di nave incompleta potrebbe portare alla misura errata della dimensione frattale, tortuosità, ecc che dovrebbe essere tracciato il percorso della nave fino alla fine della nave. Se la parte distale della nave cade all'esterno della griglia di misurazione, l'analisi può essere interrotta in bianco cerchio più esterno. (C) la nave tracciamenti presso i siti di crossover sono soggetti a una maggiore tendenza di errore e quindi richiedono particolare attenzione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: vaso errato copre. Questa figura mostra esempi di copertine di nave non corretto che dovrebbero essere disattivati ed esclusa dalla misurazione successiva. Copre la nave devono essere disattivati se non sono perpendicolari ai vasi (A). Inoltre, copre la nave devono essere disattivati anche se la nave tracciata è nascosto sotto un altro vaso (B), o le coperture di nave non possono rappresentare la larghezza approssimativa della nave (C). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: quantificazione del sistema vascolare retinico. (A) zona B (definito come 0.5-1.0 disco diametri allontanandole dal margine del disco) è utilizzato per misurare i calibri di nave della zona B secondo il rischio di aterosclerosi nello studio delle Comunità. Zona C (definito come 0.5-2.0 diametri allontanandole dal margine del disco a disco) viene utilizzato per misurare i calibri di nave di zona C e uno spettro di parametri di rete vascolare retinica (quali la tortuosità, dimensione frattale e biforcazione). (B) nave copertine sono linee di misura utilizzate per stimare i calibri vaso retinico (o diametri). Copertine di nave non corretto dovrebbero escludersi manualmente dalla misurazione. (C) per tutte le navi che hanno la loro prima biforcazione all'interno zona C, il programma automaticamente misura gli angoli di ramificazioni (θ) della prima biforcazione. Inoltre, il coefficiente di ramificazione è anche calcolato utilizzando la formula: coefficiente di ramificazione = (d 1 2 + d 2 2) /d 0 2, dove d 0 è il calibro del tronco e d 1 e d 2 sono i calibri di ramo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. valutare lo spessore del GC-IPL e RNFL
Figura 7: diagramma schematico che mostra le procedure di misurazione spessore RNFL e GC-IPL. Tomografia a coerenza ottica (OCT) può essere utilizzata per misurare spessori di strato plexiform di cella-interno del ganglio (GC-IPL) e lo strato di fibre nervose retiniche (RNFL). (A, B) Misurare gli spessori di GC-IPL e RNFL utilizzando il built-in “ maculare cubo ” e “ cubo di disco ottico ” scansione protocolli rispettivamente. (C, D) Controllare la qualità di immagine immediatamente dopo l'acquisizione di immagini. Eliminare l'immagine e ripetere la scansione se la potenza del segnale è inferiore a 6, o artefatti di movimento vengono rilevati. (E, F) Quindi, richiedere il programma di analisi integrato automaticamente analizzare il risultato della scansione e generare un rapporto per l'interpretazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 8: sub-ottimali risultati di tomografia a coerenza ottica. Risultati comuni sub-ottimali della tomografia a coerenza ottica (OCT) includono (A) segnale debole forza (valore di forza < 6) e gli artefatti di movimento (B). La qualità di scansione dovrebbe essere rivisti immediatamente dopo l'acquisizione di immagini e la scansione dovrebbe essere ripetuto se vengono rilevati questi manufatti. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 9: strati retinici utilizzati per la valutazione della struttura di un neurone retinica. Lo strato di fibre nervose retiniche (RNFL) è misurato utilizzando l'algoritmo (ONH) testa del nervo ottico, mentre lo strato di plexiform delle cellule-interno del ganglio è misurato utilizzando l'algoritmo di analisi (GCA) delle cellule del ganglio. L'algoritmo ONH segmenti il contorno interno ed esterno di RNFL per misurare lo spessore del RNFL. L'algoritmo di GCA rileva il contorno esterno dello strato di fibre nervose retiniche (RNFL) e strato plessiforme interno (IPL) per produrre il combinato spessore dello strato delle cellule del ganglio (GCL) e IPL. Gli spessori di GCL e IPL sono misurati insieme, come il confine tra GCL e IPL è anatomicamente indistinto. Tuttavia, lo spessore combinato di GCL e IPL (cioè GC-IPL) è comunque indicativo della salute del RGCs. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questo figura.
Figura 10: Un esempio per mostrare le differenze nel sistema vascolare retinico tra un soggetto normale e soggetto AD. Rispetto al soggetto normale, la fotografia del fondo del soggetto AD ha mostrato calibri di nave più stretti (CRAE della zona B, 116,4 µm vs 156,4 µm; CRVE della zona B, 186,9 µm vs 207,5 µm; CRAE della zona C, 138,5...
Questo protocollo descrive le procedure di quantificare i cambiamenti vascolari e neuronali in retina in vivo. Come la retina condivide simili origini embriologiche, caratteristiche anatomiche e fisiologiche proprietà con il cervello, questi cambiamenti retinici possono riflettere i cambiamenti simili del sistema vascolare e struttura di un neurone nel cervello.
Come mostrato in Figura 10 e tabella 1, il soggetto AD ha mostrato calibri d...
Vorremmo esprimere il nostro apprezzamento per la School of Computing, Università nazionale di Singapore per il supporto tecnico.
Per quanto riguarda potenziali legami finanziari, l'autore Tien Y. Wong è un co-inventore del programma Singapore I nave valutazione (SIVA) utilizzato in questo articolo.
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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