מחקר זה מתאר זרימת עבודה לקביעה והשוואה של רמות אוטופלואורסצנטיות מאזורי עניין בודדים (למשל, משקעי דרוסן ודרוזנואידים תת-רשתית בניוון מקולרי הקשור לגיל [AMD]) תוך התחשבות ברמות אוטופלואורסצנטיות משתנות ברחבי הקרן.
הדמיה אוטופלואורסצנטית של פונדוס (FAF) מאפשרת מיפוי לא פולשני של פלואורופורים פנימיים של פונדוס העין, במיוחד אפיתל פיגמנט הרשתית (RPE), הניתן כעת לכימות עם הופעת הסריקה הקונפוקלית של לייזר אוטופלואורסצנטי כמותי מבוסס אופטלמוסקופיה (QAF). הודגם כי QAF יורד באופן כללי בקוטב האחורי בניוון מקולרי הקשור לגיל (AMD). הקשר בין QAF לנגעי AMD שונים (דרוסן, משקעי דרוסנואידים תת-רשתית) עדיין אינו ברור.
מאמר זה מתאר זרימת עבודה לקביעת QAF ספציפי לנגע ב- AMD. נעשה שימוש בגישת הדמיה multimodal in vivo , כולל, אך לא רק, טומוגרפיה קוהרנטית אופטית בתחום ספקטרלי (SD-OCT), סריקת נפח מקולרי ו- QAF. באמצעות תוספי FIJI מותאמים אישית, תמונת QAF המתאימה מיושרת עם תמונת האינפרא-אדום הקרוב מסריקת SD-OCT (ציוני דרך אופייניים; כלומר, התפצלויות כלי שיט). הפובולה וקצה ראש עצב הראייה מסומנים בתמונות OCT (ומועברים לתמונת QAF הרשומה) למיקום מדויק של רשתות הניתוח.
לאחר מכן ניתן לסמן נגעים ספציפיים ל-AMD על גבי OCT BScans בודדים או על תמונת QAF עצמה. מפות QAF נורמטיביות נוצרות כדי להסביר את הממוצע המשתנה וסטיית התקן של ערכי QAF ברחבי הפונדוס (תמונות QAF מקבוצת AMD מייצגת הוערכו בממוצע לבניית מפות QAF AMD סטנדרטיות סטנדרטיות נורמטיביות). התוספים רושמים את קואורדינטות X ו- Y, ציון z (מדידה מספרית המתארת את ערך QAF ביחס לממוצע של מפות מיקוד אוטומטי במונחים של סטיית תקן מהממוצע), ערך עוצמה ממוצעת, סטיית תקן ומספר הפיקסלים המסומנים. הכלים קובעים גם ציוני z מאזור הגבול של נגעים מסומנים. זרימת עבודה זו וכלי הניתוח ישפרו את ההבנה של הפתופיזיולוגיה ופענוח התמונה הקלינית של AF ב- AMD.
הדמיית פונדוס אוטופלואורסנציה (FAF) מספקת מיפוי לא פולשני של פלואורופורים טבעיים ופתולוגיים של פונדוס העין1. האוטופלואורסצנטיות הכחולה הנפוצה ביותר (עירור 488 ננומטר) מעוררת גרגרי ליפופוסצין ומלנוליפופוסצין של אפיתל פיגמנט הרשתית (RPE)2,3,4. פיזור ועלייה/ירידה של גרגירים ממלאים תפקיד מרכזי בהזדקנות תקינה ובמחלות רשתית שונות, כולל ניוון מקולרי תלוי גיל (AMD)5.
פיתוח נוסף של FAF, כמותי fundus autofluorescence (QAF), מאפשר כעת קביעה מדויקת של עוצמות AF רשתיתטופוגרפיות 4,6. על-ידי שילוב הפניה במסלול האופטי של התקן ההדמיה FAF, ניתן להשוות את עוצמות המיקוד האוטומטי בין התקנים, נקודות זמן ונושאים. טכניקה זו הביאה לשינוי פרדיגמה ביחס לגורם פתוגנטי משוער ב- AMD, אשר במשך זמן רב הועלה השערה כי הוא נובע מהצטברות יתר של ליפופוסצין בתאי RPE7. עם זאת, כימות היסטולוגי וקליני של AF גילה ירידה במיקוד אוטומטי ב-AMD (עקב חלוקה מחדש ואובדן של גרגרי ליפופוסצין אוטופלואורסצנטיים ומלנוליפופוסצין), במקום העלייה המוצעת במיקוד אוטומטי 8,9,10.
לניטור מיקוד אוטומטי יש השלכות קליניות. Von der Emde et al. ואחרים הראו כי AF הוא לא רק ירידה אלא גם ירידה נוספת במהלך AMD בסיכון גבוה, בינוני AMDעיניים 8,9. בנוסף, מחקרים היסטולוגיים מצביעים על כך שרוב תאי RPE המושפעים מ- AMD מראים התנהגות אופיינית עם צבירת גרגירים ושחול לפני אובדן תאי RPE באמצעות הפחתה, החלקה, נדידה או ניוון13,14,15,16. זה מצביע עוד יותר על כך שאובדן AF עשוי להיות טריגר או איתות חלופי להתקדמות המחלה הממשמשת ובאה.
מחקרי QAF עד כה העריכו את מיקוד האוטומטי באופן גלובלי רק במערכות קואורדינטות קוטביות טרומיות באמצעות רשת טרומית (למשל, QAF8/Delori Grid)17. שימוש ברשתות טרומיות למדידת מיקוד אוטומטי יוצר ערכי מיקוד אוטומטי מרובים באזורים קבועים מראש לעין של נושא הצילום. חקירת ערכי מיקוד אוטומטי בדרך זו עלולה להחמיץ שינויים מקומיים באזורים עם מיקוד אוטומטי שהשתנה פתולוגית, לדוגמה, ב- AMD מעל או קרוב למשקעי דרוסן או דרוסנואידים תת-רשתיים (SDD). דרוסן, ובמידה גבוהה יותר SDDs, קשורים לסיכון גבוה לפתח AMD מאוחר ואובדן ראייה. לדרוזנים בפרט יש מחזור טיפוסי של גידול בגודל לאורך שנים רבות והם עלולים להידרדר במהירות לפני הניוון. ניתן להעלות על הדעת, למשל, כי AF גלובלי יורד ב- AMD, אך עולה או אפילו מופחת עוד יותר בתוך וסביב נגעים מוקדיים ספציפיים אלה הקשורים למחלה.
דפוסי מיקוד אוטומטי מקומיים שונים יכולים גם להיות בעלי רלוונטיות פרוגנוסטית להתקדמות המחלה. לדוגמה, רמות אוטופלואורסנציה עשויות לשמש כדי להעריך אם דרוסן גדלים בגודלם או שהם כבר נמצאים ברגרסיה לניוון. כבר הוכח כי שינויים בדפוסים ההיקפיים של מיקוד אוטומטי באטרופיה גיאוגרפית משפיעים במידה רבה על התקדמות הניוון לאורך זמן18. בנוסף, דפוסי אוטופלואורסנציה מקומיים עשויים לחשוף פרטים נוספים על בריאות RPE. לעתים קרובות, טומוגרפיית הקוהרנטיות האופטית (OCT) מראה השתקפות יתר לתוך choriocapillaris, אם כי שכבת RPE נראה שלם. גישה רב-מודאלית המשלבת ערכי QAF מקומיים ו-OCT עשויה לסייע בהבחנה בין נגעים בעלי סיכון גבוה לשיבוש RPE וניוון מתקרב.
אחת הסיבות לכך שניתוחים מרחביים במחקרים לא בוצעו היא שתוכנת היצרן הנפוצה ביותר אינה מספקת כלי לניתוחים מסוג זה. תכונות AF של נגעים שונים התלויים בשלב מחלת AMD יכולות להסביר עוד יותר את הפתוגנזה של AMD. לכן, רצוי כלי למדידת מיקוד אוטומטי אזורי ספציפי לנגע. כדי להשוות במדויק נגעים הממוקמים ברחבי הרשתית, זרימת העבודה זקוקה לדרך להסביר דרגות שונות של מיקוד אוטומטי בפונדוס האנושי19. באופן המרכזי ביותר, מיקוד אוטומטי נמוך יותר באופן אופייני בשל השפעות ההצללה של פיגמנט מקולרי וספירות גרגירים שונות20,21.
מיקוד אוטומטי מגיע לשיאו ב~9° (המרחק לגומה המרכזית לכל הכיוונים) ויורד במידה רבה יותר באופן היקפי4. לכן, אם היינו משווים ערכים מוחלטים של רמות מיקוד אוטומטי מדרוזן רך (הממוקם בגומה המרכזית ובפרפוביה באזורים עם מיקוד אוטומטי נמוך) ומדוכני SDD (הממוקמים באופן פארא-מרכזי באזורי מיקוד אוטומטי גבוה), התוצאות לא היו ניתנות להשוואה22. בהשראת עבודתם של Pfau et al. והרעיון של אובדן רגישות (תיקון רגישות הנמדדת ב- AMD עבור גבעת הראייה [ירידה ברגישות הרשתית עם המרחק לגומה המרכזית] של בקרות בריאות) עבור היקף מבוקר פונדוס, AF מושווה לערכי מיקוד אוטומטי סטנדרטיים ברחבי המקולה23,24. התוצאות מדווחות כציוני z (מדידה מספרית של הקשר בין אזור של ערך עניין לממוצע).
מטרת מחקר זה היא להעריך את השימוש בכלי חדש למדידת רמות QAF מקומיות בסוגים שונים של נגעים בחולים עם AMD. כלי זה נועד למדוד רמות אוטופלואורסצנטיות של נגעים שזוהו בסריקות OCT. הדבר מאפשר הערכה של רמות אוטופלואורסצנטיות מקומיות בנגעים, כגון דרוסן רך או SDD, ומאפשר מעקב אחר שינויים במיקוד האוטומטי מנגעים לאורך זמן. התועלת הפוטנציאלית של כלי זה היא לאפשר סמן ביולוגי מבני חדש שמעריך את בריאות RPE ועשוי להיות בעל ערך פרוגנוסטי לנגעים הנחקרים.
זרימת עבודה זו מספקת מדריך שלב אחר שלב לשימוש בכלי תוסף FIJI בקוד פתוח כדי לקבוע ולהשוות מיקוד אוטומטי של נגעים ספציפיים ל- AMD. התוספים מספקים תבניות קלות לשימוש שאינן דורשות ידע בקידוד וניתנות ליישום על ידי רופאים ללא תמיכה טכנית27. למיטב ידיעתנו, כלים אלה הם יחידים מסוגם לכימות מיקוד אוטומטי ספציפי לנגע.
ערכי QAF משתנים באופן טבעי על פני הרשתית, כאשר הערכים גבוהים יותר בפריפריה ונמוכים יותר במקולה עקב פיזור לא אחיד של ליפופוסצין ומלנוליפופוסצין בתוך הרשתית, מיקוד אוטומטי נמוך של כלי דם ופיזור פיגמנט מקולרי לא אחיד. בשל השונות הגבוהה של רמות QAF טבעיות ברשתית, ניתוח ערכי QAF מוחלטים של נגעים ישירות אינו גישה מבטיחה. לדוגמה, נגע היפואוטופלואורסצנטי בפריפריה עשוי עדיין להיות בעל ערכי QAF מוחלטים גבוהים יותר מאשר רמות פלואורסצנטיות פיזיולוגיות של המקולה. השימוש ב- StandardRetina והשימוש בציוני z למדידת רמות הפלואורסצנטיות של דרוסן נכונים לשונות טבעית זו של ערכי QAF.
ציון z הוא מדידה מספרית של הקשר בין אזור של ערך עניין לממוצע ב- StandardRetina. הוא מחושב על ידי חיסור הממוצע מאדם מהממוצע מה- StandardRetina באותו מיקום, ולאחר מכן חלוקת התוצאה בסטיית התקן. סטנדרטיזציה זו מאפשרת השוואה בין תמונות QAF שונות, שכן ציון z מציין כמה סטיות תקן ערך שונה מהממוצע. ציון z חיובי מציין שהערך נמצא מעל הממוצע, בעוד שציון z שלילי מציין שהוא מתחת לממוצע.
חשוב לציין כי ייתכנו מלכודות פוטנציאליות שיש לקחת בחשבון. בעוד ששיטה זו לוקחת בחשבון את הכמות המשתנה של רמות מיקוד אוטומטי ברחבי הקרן, ייתכן שזו עדיין לא הדרך המדויקת ביותר למדוד ולהשוות מיקוד אוטומטי של RPE. לאנשים יש רמות וטופוגרפיה שונות של פיגמנט לוטאלי מקולרי, ונגעים עלולים להשפיע על שקיפות הרשתית שמעל28,29. לכן סביר שהמיקוד האוטומטי המופחת שנמדד באזורים של SDD (ראו תוצאות מייצגות) הוא תוצאה של השפעות הצללה ולא ירידה בפלואורופורים ב-RPE30,31,32.
אנו עובדים כעת על זרימת עבודה כדי לקחת בחשבון את החזרות הרשתית, עובי ופיגמנט מקולרי מכומת (באמצעות מיקוד אוטומטי ירוק וכחול) עם מודלים מעורבים ליניאריים. בנוסף, עד כה, QAF משתמש בגורם תיקון תלוי גיל כדי להסביר opacification לנטיקולרי שמתעלם מהבדלים בין-אישיים באופסיפיקציה הלנטיקולרית של משתתפים בגיל33 דומה. לכן אנו עובדים כעת על זרימת עבודה עבור גורם תיקון מותאם אישית של autofluorescence lenticular ו opacification. כדי לחלץ באופן אמין מידע של מיקוד אוטומטי מנגעים קטנים, יש צורך באמינות נאותה של תמונות QAF לבדיקה חוזרת. כדי להבדיל עוד יותר בין תמונות QAF שבהן ניתוח מפורט יותר הוא בר קיימא, אנו חוקרים “מדדי אמינות תמונה QAF” שיכולים לחזות את אמינות הבדיקה החוזרת של תמונות QAF. בשלב הנוכחי, הגישה הנבונה היא לרכוש תמונות כפולות ולחקור את אמינות הבדיקה החוזרת של מיקוד אוטומטי ספציפי לנגע.
השיטה המוצגת של ניתוח נוסף של iso-קליפות של נגעים היה קשה מבחינה טכנית ליישם, כמו iso-קליפות של נגעים שכנים להתמזג. אזורים של איזו-קליפות ממוזגות יכולים להיות מאופיינים באופן ייחודי בהתאם לנגע הנחשב. הפתרון שלנו היה להתייחס לכל הנגעים מסוג אחד כאל נגע אחד ולנתח את הפריפריה שלהם כאיזו-גוף משותף. שיטה זו, לעומת זאת, מפחיתה באופן דרסטי את היכולת למדוד את קליפות האיזו-קליפות של דרוסן בודד ועשויה להיחשב למלכודת נוספת של טכניקה זו. שיטות מתוחכמות יותר מבחינה טכנית להתחשבות בגופי איזו-קליפה ממוזגים או דיווח מושהה של מיקוד אוטומטי באזורים של גופי איזו-קליפה ממוזגים יכולים להקל על ניתוח המיקוד האוטומטי בהיקף הנגעים בעתיד.
השתמשנו ב-AMD כמחלת מודל עבור מחקר זה. ניתן להתאים את זרימת העבודה לחקר נגעים גם במחלות אחרות. עד כה, QAF שימש במחלות כוריורטינליות רבות, כולל מחלת Stargardt רצסיבית, מחלות הקשורות Bestrophin-1, צורות שונות של רטיניטיס פיגמנטוזה, רטינופתיה חיצונית סמויה זונלית חריפה, pseudoxanthoma elasticum, ואחרים 17,33,34,35,36,37. מכיוון שזרימת עבודה זו משתמשת בתוכנת קוד פתוח, אנו מעודדים אחרים לשכפל עבודה זו בקביעת מיקוד אוטומטי ספציפי לנגע ולהרחיב את הידע שלנו על הפרעות רשתית. לסיכום, אנו מציגים זרימת עבודה כדי לקבוע ולהשוות רמות AF של נגעים שונים ברשתית לאורך המקולה. זרימת עבודה זו סוללת את הדרך לניתוח מעמיק יותר של מיקוד אוטומטי ויכולה להקל על הפיתוח של סמנים ביולוגיים חדשים ב- AMD ומעבר לה.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו מומנה על ידי מענק האגודה הגרמנית לרפואת עיניים (DOG) לדוקטורנטים (MW) וה- NIH/NEI 1R01EY027948 (TA).
BatchStandardRetina plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
FIJI (Image J) | n.a. | n.a. | n.a. |
Mark_Bscans_OCT plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
Microspft office | Microsoft | n.a. | n.a. |
QAF_xml_reader plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
Register_OCT_2 plugin | n.a. | n.a. | n.a. |
Spectralis | Heidelberg Engineering | n.a. | QAF extension |
StandardRetina plugin | n.a. | n.a. | n.a. |