本研究描述了一种工作流程,用于确定和比较单个感兴趣区域(例如,年龄相关性黄斑变性 [AMD] 中的玻璃膜疣和视网膜下玻璃膜疣样沉积物)的自发荧光水平,同时考虑整个眼底的不同自发荧光水平。
眼底自发荧光 (FAF) 成像允许对眼底的内在荧光团进行无创映射,特别是视网膜色素上皮 (RPE),随着基于共聚焦扫描激光检眼镜的定量自发荧光 (QAF) 的出现,现在可以量化。研究显示,在年龄相关性黄斑变性 (AMD) 中,QAF 在后极普遍降低。QAF 与各种 AMD 病变(玻璃膜疣、视网膜下玻璃膜样沉积物)之间的关系尚不清楚。
本文介绍了确定 AMD 病变特异性 QAF 的工作流程。使用多模态 活体 成像方法,包括但不限于光谱域光学相干断层扫描 (SD-OCT)、黄斑体积扫描和 QAF。使用定制的FIJI插件,相应的QAF图像与SD-OCT扫描的近红外图像(特征标志,即船只分叉)对齐。在OCT图像中标记中央凹和视神经头的边缘(并转移到注册的QAF图像中),以便准确定位分析网格。
然后可以在单个 OCT BScan 或 QAF 图像本身上标记 AMD 特异性病变。创建规范 QAF 图以解释整个眼底 QAF 值的变化平均值和标准偏差(对代表性 AMD 组的 QAF 图像进行平均以构建规范标准视网膜 QAF AMD 图)。这些插件记录 X 和 Y 坐标、z 分数(一种数值测量值,用于描述与 AF 贴图平均值相关的 QAF 值,表示与平均值的标准偏差)、平均强度值、标准偏差和标记的像素数。这些工具还可以根据标记病变的边界区域确定 z 分数。该工作流程和分析工具将提高对AMD病理生理学和临床AF图像解释的理解。
眼底自发荧光 (FAF) 成像可对眼底1 的自然和病理性荧光团进行无创映射。最常见的蓝色(488 nm激发)自发荧光(AF)激发视网膜色素上皮(RPE)的脂褐素和黑素颗粒2,3,4。颗粒的分布和增加/减少在正常衰老和各种视网膜疾病(包括年龄相关性黄斑变性 (AMD))中起着核心作用5。
FAF 的进一步发展,即定量眼底自发荧光 (QAF),现在可以准确测定地形分辨的视网膜 AF 强度 4,6。通过将参考纳入 FAF 成像设备的光路,可以比较设备、时间点和被摄体之间的自动对焦强度。该技术导致了 AMD 中假定的致病因素的范式转变,长期以来,人们推测这是由于 RPE 细胞中脂褐素的过度积累7。然而,AF 的组织学和临床定量显示 AMD 的 AF 减少(由于自发荧光脂褐素和黑素寡藻素颗粒的重新分布和丢失),而不是 AF8、9、10 的拟议增加。
监测心房颤动具有临床意义。Von der Emde 等人等人表明,在高危、中度 AMD 眼中,AF 不仅降低,而且在 AMD 过程中进一步降低 8,9。此外,组织学研究表明,大多数受 AMD 影响的 RPE 细胞在 RPE 细胞通过俯冲、脱落、迁移或萎缩而丢失之前表现出颗粒聚集和挤出的特征性行为13,14,15,16。这进一步表明,心房颤动丧失可能是即将疾病进展的触发因素或替代信号。
到目前为止,QAF 研究仅在使用预制网格极坐标系(例如 QAF8/Delori 网格)的后极点上评估了全局 AF 17。使用预制网格测量自动对焦会导致被摄体每只眼睛的预定区域产生多个自动对焦值。以这种方式研究心房颤动值可能会错过心房颤动病理改变区域的局部变化,例如,在玻璃膜疣或视网膜下玻璃膜疣样沉积物 (SDD) 顶部或附近的 AMD 中。玻璃膜疣和更高程度的 SDD 与晚期 AMD 和视力丧失的高风险相关。特别是玻璃膜疣,其典型的周期是多年内体型增加,并可能在萎缩前迅速恶化。可以想象,例如,AMD的整体心房颤动会降低,但在这些特定的疾病相关局灶性病变中和周围会增加甚至进一步减少。
不同的局部心房颤动模式也可能与疾病进展的预后相关。例如,自发荧光水平可用于评估玻璃膜疣的大小是否正在增加或已经消退为萎缩。已经表明,地理性萎缩中 AF 病灶周围模式的改变在很大程度上影响了萎缩的进展18。此外,局部自发荧光模式可以揭示RPE健康状况的更多细节。光学相干断层扫描 (OCT) 通常显示脉络膜毛细血管的超反射,但 RPE 层看起来完好无损。结合局部 QAF 值和 OCT 的多模式方法可能有助于鉴别具有 RPE 破坏和即将萎缩的高风险病变。
研究中没有进行空间分辨分析的一个原因是,最常用的制造商软件没有提供这些类型分析的工具。不同病变的心房颤动特性取决于AMD疾病分期,可以进一步解释AMD的发病机制。因此,需要一种工具来测量区域性、病变特异性心房颤动。为了准确比较位于整个视网膜的病变,工作流程需要一种方法来解释人体眼底中不同程度的心房颤动19。最核心的是,由于黄斑色素的阴影效应和不同的颗粒计数20,21,AF 特征性较低。
AF 在 ~9°(所有方向上到中央凹的距离)达到峰值,并在外周更大程度上降低4.因此,如果要比较软玻璃膜疣(位于低 AF 区域的中央凹和副中央凹)和 SDD(位于高 AF 区域的中央凹),结果将不具有可比性22。受 Pfau 等人的研究和眼底控制视野测量的灵敏度损失概念(在 AMD 中测量的视力山的灵敏度 [视网膜敏感性随着与中央凹的距离下降])的启发,将 AF 与整个黄斑的标准化 AF 值进行比较23,24。结果报告为 z 分数(感兴趣区域值与均值关系的数值测量值)。
本研究的目的是评估使用一种新工具来测量 AMD 患者不同类型病变中的局部 QAF 水平。该工具旨在测量 OCT 扫描中发现的病变的自发荧光水平。这样可以评估病变(如软玻璃膜疣或 SDD)的局部自发荧光水平,并允许跟踪病变随时间变化的 AF 变化。该工具的潜在用途是启用一种新的结构生物标志物,该生物标志物可以估计 RPE 的健康状况,并可能对所研究的病变具有预后价值。
此工作流程提供了使用开源 FIJI 插件工具确定和比较 AMD 特异性病变的 AF 的分步指南。这些插件提供了易于使用的模板,不需要任何编码知识,医生可以在没有技术支持的情况下应用27.据我们所知,这些工具是用于病变特异性 AF 量化的一种工具。
QAF 值在整个视网膜上自然变化,由于视网膜内的脂褐素和黑素分布不均匀、血管 AF 低和黄斑色素分布不均匀,QAF 值在外围较高,在黄斑中较低。由于视网膜中自然发生的 QAF 水平变化很大,因此直接分析病变的绝对 QAF 值不是一种有前途的方法。例如,外周的低自发荧光病变可能仍具有高于黄斑生理性荧光水平的绝对 QAF 值。使用标准视网膜和使用 z 分数来测量玻璃膜疣的荧光水平,可以校正这种自然发生的 QAF 值方差。
z 分数是感兴趣区域值与 StandardRetina 中平均值关系的数值测量。它的计算方法是从同一位置的标准视网膜的平均值中减去个体的平均值,然后将结果除以标准差。这种标准化允许比较不同的 QAF 图像,因为 z 分数表示值与平均值相差多少个标准差。正 z 分数表示该值高于平均值,而负 z 分数表示该值低于平均值。
需要注意的是,可能存在应考虑的潜在陷阱。虽然这种方法解释了整个眼底不同数量的心房颤动水平,但它可能仍然不是测量和比较 RPE 心房颤动的最准确方法。个体具有不同的黄斑色素水平和地形,病变也可能影响上覆视网膜的半透明性28,29。因此,在 SDD 区域测得的 AF 降低(参见代表性结果)是阴影效应的结果,而不是 RPE30,31,32 中荧光团减少的结果。
我们目前正在研究一种工作流程,以使用线性混合模型来考虑视网膜反射率、厚度和量化的黄斑色素(使用绿色和蓝色自动对焦)。此外,到目前为止,QAF 使用年龄依赖性校正因子来解释透镜混浊,忽略了33 岁相似参与者的透镜混浊的个体间差异。因此,我们目前正在研究一种工作流程,用于对透镜状自发荧光和混浊进行个性化校正因子。为了可靠地从小病灶中提取 AF 信息,需要对 QAF 图像进行足够的重测可靠性。为了进一步区分那些可以进行更详细分析的 QAF 图像,我们正在研究可以预测 QAF 图像重测信度的“QAF 图像可靠性指数”。在现阶段,谨慎的方法是获取重复图像并研究病变特异性 AF 的复测可靠性。
由于相邻病变的等壳合并,所提出的额外分析病变等壳体的方法在技术上难以实现。合并等壳体的区域可以根据所考虑的病变进行独特的表征。我们的解决方案是将一种类型的所有病变视为一个病变,并将其外围分析为关节等壳。然而,这种方法大大降低了测量单个玻璃膜疣等壳的能力,并可能被认为是该技术的进一步缺陷。在技术上更复杂的方法来解释合并的等壳或在合并的等壳区域暂停报告AF,可以促进未来在病变周围分析AF。
我们使用AMD作为本研究的模型疾病。该工作流程也可以用于研究其他疾病的病变。到目前为止,QAF 已用于许多脉络膜视网膜疾病,包括隐性 Stargardt 病、Bestrophin-1 相关疾病、各种形式的视网膜色素变性、急性地带性隐匿性外视网膜病变、弹性假黄色瘤等 17,33,34,35,36,37.由于该工作流程使用开源软件,我们鼓励其他人在确定病变特异性心房颤动时重复这项工作,并扩展我们对视网膜疾病的了解。总之,我们提出了一个工作流程来确定和比较整个黄斑不同视网膜病变的 AF 水平。该工作流程为更深入地分析心房颤动铺平了道路,并可促进AMD及其他领域新生物标志物的开发。
The authors have nothing to disclose.
这项工作由德国眼科学会(DOG)博士生资助(MW)和NIH/NEI 1R01EY027948(TA)资助。
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