Оценка вклада капилляров и других сосудов в плотность перфузии желтого пятна, измеренная с помощью ангиографии оптической когерентной томографии

Резюме

Описана оценка коэффициента определения между сосудом и плотностью перфузии парафовеального поверхностного капиллярного сплетения для выявления вклада сосудов размером больше капилляров в плотность перфузии.

Аннотация

Парафовеальная циркуляция поверхностного капиллярного сплетения сетчатки обычно измеряется плотностью сосудов, которая определяет длину капилляров с циркуляцией, и плотностью перфузии, которая вычисляет процент оцениваемой области, имеющей циркуляцию. Плотность перфузии также учитывает циркуляцию сосудов больше капилляров, хотя вклад этих сосудов в первый обычно не оценивается. Поскольку оба измерения автоматически генерируются устройствами ангиографии оптической когерентной томографии, в данной работе предлагается метод оценки вклада сосудов, превышающих капилляры, с использованием коэффициента определения между плотностью сосуда и перфузии. Этот метод позволяет выявить изменение доли плотности перфузии из сосудов больше капилляров, даже если средние значения не отличаются. Это изменение может отражать компенсаторную артериальную вазодилатацию как ответ на выпадение капилляров на начальных стадиях сосудистых заболеваний сетчатки до появления клинической ретинопатии. Предложенный способ позволит оценить изменения состава плотности перфузии без необходимости использования других устройств.

Введение

Циркуляция сетчатки представляет собой комбинацию артериолярного, капиллярного и венулярного потока, вклад которого может варьироваться для удовлетворения потребностей в кислороде различных слоев сетчатки. Эта циркуляция не зависит от автономной регуляции нервной системы и традиционно оценивается с помощью флуоресцеиновой ангиографии, инвазивного метода, который использует внутривенный контраст для очерчивания сосудов сетчатки. Последовательные фотографии позволяют оценить артериальное, артериолярное, венулярное и венозное кровообращение, а также места повреждения капилляров при сосудистых заболеваниях сетчатки1.

Современным методом измерения макулярной циркуляции является оптическая когерентная томографическая ангиография (OCTA), которая использует интерферометрию для получения изображений сетчатки и может очерчивать капилляры и более крупные сосуды сетчатки2. В отличие от флуоресцеиновой ангиографии, визуализация OCTA не зависит от макулярного пигментного затенения ксантофилла, что позволяет превосходно визуализировать макулярные капилляры3. Другими преимуществами OCTA перед флуоресцеиновой ангиографией являются ее неинвазивность и более высокое ^{разрешение4}.

Приборы OCTA измеряют поверхностное капиллярное сплетение в парафовее на карте 3 х 3 мм, концентрической к ямочному центру (рисунок 1). Оборудование автоматически измеряет плотность длины сосуда (длину капилляров с циркуляцией в измеряемой площади) и плотность перфузии (процент измеряемой площади с циркуляцией), которая включает в себя плотность сосудов больше капилляров (рисунок 2)⁵. Плотность сосудов вносит существенный вклад в плотность перфузии в физиологических условиях. Некоторые устройства измеряют плотность сосудов как «скелетонизированную плотность сосудов» и плотность перфузии как «плотность сосудов / сосудов». Независимо от прибора, обычно существует измерение длины (измеряется в мм/^мм2 или ^мм-1) и другое для площади с циркуляцией (измеряется в %), которые генерируются автоматически.

Плотность сосудов может изменяться у здоровых людей при воздействии темноты, мерцающего ^света6 или напитков с ^{кофеином7} из-за нейрососудистой связи, которая перераспределяет кровоток между поверхностными, средними и глубокими капиллярными сплетениями в соответствии с слоем сетчатки с самой высокой активностью. Любое снижение плотности сосудов, вызванное этим перераспределением, возвращается к исходным значениям после прекращения стимула и не представляет собой капиллярную потерю, патологическое изменение, о котором сообщалось до появления ретинопатии при сосудистых заболеваниях, таких как ^{диабет8} или артериальная гипертензия9.

Уменьшение капилляров может быть частично компенсировано артериолярной вазодилатацией. Измерение только процента или перфузированной области не дает никакого представления о том, есть ли расширение сосудов, которое может появиться, когда капилляры достигают минимального порога. Измерение плотности сосудов не поможет обнаружить увеличение площади кровообращения в результате расширения сосудов. Вклад артериолярной циркуляции в плотность перфузии может быть оценен косвенно, используя коэффициент определения между плотностью сосудов и плотностью перфузии и определяя процент площади с циркуляцией, которая соответствует капиллярам или другим сосудам.

Обоснование этого метода заключается в том, что регрессионный анализ может определить степень, в которой изменения независимого числового значения приводят к изменениям зависимого числового значения. В визуализации макулярных сосудов с использованием OCTA капиллярная циркуляция является независимой переменной, которая влияет на область с циркуляцией, потому что в оцениваемой области мало более крупных сосудов. Тем не менее, парафовея имеет более крупные сосуды, которые могут расширять и изменять процент площади с циркуляцией, что не может быть идентифицировано непосредственно текущими автоматизированными метриками OCTA. Преимущество использования коэффициента детерминации заключается в том, что он измеряет связь между двумя существующими метриками, чтобы получить еще две: процент площади с циркуляцией, которая соответствует капиллярам, и процент, который соответствует другим сосудам. Оба процента могут быть измерены непосредственно с помощью количества пикселей с помощью программного обеспечения для обработки изображений. Однако коэффициент детерминации может быть рассчитан для образца с числами, которые устройства OCTA генерируют ^{автоматически10,11}.

Патхак и др. использовали коэффициент детерминации для оценки мышечной массы и жировой массы из демографических и антропометрических измерений с использованием искусственной нейронной сети. Их исследование показало, что их модель имела значение ^R2 0,92, что объясняло изменчивость значительной части их зависимых ^{переменных12}. О'Фи и его коллеги использовали коэффициент определения, чтобы исключить нефатальный инфаркт миокарда в качестве суррогата смертности от всех причин и сердечно-сосудистой смертности, потому что они обнаружили ^R2 от 0,01 до 0,21. Эти результаты показали, что независимая переменная объясняет менее 80% изменений зависимых переменных, установленных в качестве критерия суррогатного материнства (^R2= 0,8)¹³.

Коэффициент детерминации используется для оценки влияния изменений переменной, группы переменных или модели на изменения переменной результата. Разница между значением 1 и ^R2 представляет собой вклад других переменных в изменения переменной результата. Необычно приписывать разницу одной переменной, потому что обычно более двух факторов способствуют результату. Однако доля макулярной области, которая имеет циркуляцию, может происходить только из области, покрытой капиллярами, и из области, покрытой более крупными сосудами, поскольку более крупные сосуды расширяются больше, чем капилляры. Кроме того, считается, что реактивная вазодилатация, скорее всего, происходит от артериол сетчатки, потому что уменьшенная капиллярная циркуляция может уменьшить поступление кислорода.

Только два источника вносят процент площади с кровообращением в макуле: капилляры и сосуды больше их. Коэффициент определения между плотностью сосудов и плотностью перфузии определяет вклад капилляров в область с циркуляцией, а остальные изменения (разница между 1 и значением ^R2 ) представляют собой вклад единственной другой переменной, которая представляет область с циркуляцией (которая находится в более крупных сосудах сетчатки). В данной работе описан метод измерения этого вклада у здоровых людей (1 группа) и как он изменяется у пациентов с сосудистыми заболеваниями сетчатки: артериальной гипертензией без гипертонической ретинопатии (группа 2) и сахарным диабетом без диабетической ретинопатии (группа 3).

протокол

Этот протокол был одобрен комитетом по этике человеческих исследований Сала Уно. Смотрите Видео 1 для разделов 1 и 2 и Таблицу материалов для получения подробной информации об оборудовании, используемом в этом исследовании.

1. Анализ сетчатки в аппарате OCTA

1. Выберите меню для анализа сетчатки в устройстве OCTA.
2. Выберите карту сетчатки размером 3 x 3 мм; выберите поверхностный, если устройство OCTA измеряет различные капиллярные сплетения.
3. Выберите плотность длины сосуда (или ее эквивалент, например, скелетонизированную плотность сосудов).
4. Измерьте плотность длины сосуда в ^мм-1 на карте сетчатки 3 х 3 мм.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Карта разделена на две области: центральную (в пределах круга 1 мм, концентрического к центру фовеала) и внутреннюю (за пределами центрального круга 1 мм, рисунок 3). Оборудование также измеряет полную плотность (в пределах круга 3 мм) и подразделяет внутреннюю область на четыре поля: верхнее, нижнее, временное и носовое (рисунок 4). Каждая область задается таким образом, чтобы плотность длины судна измерялась автоматически. Приборы отображают значения для центральной, внутренней и полной плотностей, а также для верхних, временных, нижних и носовых полей внутренней плотности.
5. Вернитесь в меню для анализа сетчатки.
6. Выберите карту сетчатки размером 3 x 3 мм; выберите поверхностный, если устройство OCTA измеряет различные капиллярные сплетения.
7. Выберите плотность перфузии (или ее эквивалент, например, плотность сосудов).
8. Измерьте плотность перфузии в % на карте сетчатки размером 3 x 3 мм.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Карта разделена на две области: центральная (в пределах круга 1 мм, концентрическая к центру фовеала) и внутренняя (за пределами центрального круга 1 мм). Оборудование также измеряет полную плотность (в пределах круга 3 мм) и подразделяет внутреннюю область на четыре поля: верхнее, нижнее, временное и носовое. Каждая область задается таким образом, чтобы плотность перфузии измерялась автоматически. Приборы отображают значения для центральной, внутренней и полной плотностей, а также для верхних, временных, нижних и носовых полей внутренней плотности.
9. Убедитесь, что карты плотности имеют уровень сигнала > 7; затем убедитесь, что на картах нет ошибок измерения, возникающих в результате артефактов или движений глаз.
10. Зарегистрируйте значения плотности длины центрального сосуда, плотности центральной перфузии, плотности внутренней длины сосуда, внутренней плотности перфузии, верхней плотности длины сосуда, верхней плотности перфузии, нижней плотности длины сосуда, нижней плотности перфузии, плотности височной длины сосуда, плотности временной перфузии, плотности длины носового сосуда и плотности перфузии носа в электронной таблице.

2. Расчет коэффициентов определения с помощью электронной таблицы

1. Выберите переменные для оценки (например, плотность длины центрального сосуда и плотность центральной перфузии). Выберите значения обеих переменных для определенной группы (например, группы 1).
2. На панели инструментов нажмите кнопку Вставить.
3. Нажмите на кнопку рекомендуемых диаграмм в разделе графиков . Дождитесь появления точечной диаграммы в качестве предложения в окне. Нажмите кнопку ОК , чтобы принять предложение.
4. Проверьте точечную диаграмму данных. Щелкните правой кнопкой мыши на серии , чтобы отобразить меню параметров .
5. Выберите параметр добавить линию тренда . Подождите, пока на график будет добавлена линейная линия тренда и появится меню в правой части экрана.
6. Переместите меню вниз, чтобы найти параметр Отображать значение R-квадрата на графике . Выберите этот параметр, чтобы отобразить значение R-квадрата на графике. Выберите значение R-квадрата.
7. Выберите Главная на панели инструментов и нажмите кнопку копирования .
8. Подготовьте график коэффициентов определения на новой странице.
9. Выберите ячейку назначения (например, центральный коэффициент определения для группы 1). Нажмите на правую кнопку мыши. Выберите «Вставить» с сохранением исходного форматирования.
10. Подготовьте новую диаграмму, чтобы показать процент изменений плотности перфузии, объясняемых изменениями плотности сосудов.
11. Выделите ячейку с коэффициентом детерминации на предыдущем графике. Нажмите на правую кнопку мыши. Выберите Копировать.
12. Выберите ячейку назначения на новой диаграмме (например, центр в группе 1). Нажмите на правую кнопку мыши. Выберите Вставить.
13. Выделите ячейку со вставленным значением; затем на панели инструментов выберите в меню чисел стиль «Главная | процентов».
14. Выберите увеличить десятичную дробь в меню чисел и нажмите на нее один раз.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Результирующее число представляет собой процент изменений плотности перфузии, объясняемых изменениями плотности сосудов.
15. Подготовьте еще одну таблицу, чтобы показать процент плотности перфузии, объясняемый изменениями в сосудах больше капилляров.
16. Выберите ячейку назначения (например, центр в группе 1). Вычтите последний результат из 1.
17. Выделите эту ячейку. Выберите Главная на панели инструментов.
18. Выберите стиль процента в меню чисел .
19. Нажмите один раз на увеличение десятичных знаков в меню чисел .
20. Отформатируйте карты, чтобы отобразить вклад капилляров (плотность сосудов) и сосудов больше капилляров в изменения плотности перфузии.
21. Повторите процедуру для получения значений плотностей внутреннего сосуда/перфузии и верхней, нижней, височной и носовой плотностей сосудов/перфузий в группе 3.

3. Сравнение коэффициентов детерминации

1. Сравните коэффициенты детерминации в трех группах: 1, здоровые люди; 2, пациенты с артериальной гипертензией без гипертонической ретинопатии; и 3 - пациенты с сахарным диабетом 2 типа без диабетической ретинопатии. В группе 3 также сравните коэффициенты детерминации между полями: верхним, нижним, временным и носовым.

4. Сравните процентные различия в вкладе капилляров и сосудов больше капилляров в плотность перфузии между группами и между полями в группе 3

Результаты

Было 45 субъектов в группе 1, 18 в группе 2 и 36 в группе 3. В таблице 1 показано распределение по возрасту и плотности по группам; только плотности сосудов и перфузии в группе 1 были ниже, чем в группе 2. Коэффициенты определения плотности центрального сосуда и перфузии показаны на

Обсуждение

Вклад сосудов больше капилляров в изменение плотности перфузии при заболеваниях сосудов сетчатки до развития ретинопатии. Он уменьшался во внутренней области пациентов с артериальной гипертензией и варьировался между полями у пациентов с диабетом. Существуют прямые методы измерени?...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
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